d라이브러리

주거 공간의 중심으로 자리를 굳힌 주방. 그동안 무심코 지나쳤던 파란 불꽃, 뚝배기, 프라이팬, 압력밥솥, 전자레인지, 나무 도마에서 과학적 원리를 찾을 수 있을까. 쇠고기는 붉은데 생선살이 흰 이유는 무엇일까.

서산으로 해가 뉘엿뉘엿 넘어가는 즈음, 초가집 굴뚝마다 피어오르는 연기와 집집마다 들려 오는 도마질 소리, 그리고 음식 냄새는 집으로 향하는 이들의 발걸음을 재촉했다. 또 쌀쌀한 초겨울 바람에 몸을 움츠릴 때 다가오는 집안의 불빛은 부엌 아궁이에서 지피는 땔감의 온 기를 실어와 우리의 몸과 마음을 녹인다.

근래에는 주방이라는 용어가 일반적으로 사용되기 때문에 부엌이라고 하면 생소하게 느낄 수도 있지만 부엌이라고 하면 생소하게 느낄 수도 있지만 부엌은 더 맛깔스런 전래의 음식들이 만들어지는 장소처럼 느껴진다. 그러나 요즘은 거실과 더불어 주거 공간 속에 중요한 위치를 점하고 있는 주방이 더 친근하다. 이 주방 속에서 벌어지는 재미있는 현상들을 과학의 눈으로 한꺼풀 벗겨보자.

①서쪽은 싫어

우선 각 가정에서 주방이 어디에 위치해 있는지 살펴보자. 주방이 주거 공간 속에서 가장 우선적으로 배치되는 곳은 아니지만 대부분의 경우 서쪽 방향을 피한다는 것이 알려진 사실 이다. 오후가 될수록 서쪽에 있는 것이 더 따뜻하다는 것을 생각하면 이유는 간단하다. 정남 쪽을 중심으로 동쪽과 서쪽으로 햇빛이 비춰지는 시간은 같다. 하지만 지구복사 때문에 오 후가 될수록 대기는 따뜻해진다. 여기에 햇빛이 비춰지는 서쪽에 주방이 있으면 주방 공기 의 온도가 높아져 음식이 쉽게 상할 수 있다는 것이다. 음식을 다루는 곳이 시원해야 한다 는 기본이다. 또 예전의 한옥에서 볼 수 있는 앞뒤로 배치된 부엌의 문도 통풍을 위한 것이다.

②파란 가스불꽃

무심코 지나쳤던 가스레인지의 파란색 불꽃. 가끔 보이는 노란색 불꽃. 왜 이런 색깔이 나타 날까. 기본적으로 물질이 내는 빛의 색깔은 온도에 따라 달라진다. 물질의 온도가 높아질수 록 더 강한 세기의 빛을 내게 되고, 짧은 파장의 빛도 점점 더 많아진다. 온도가 낮을 경우 에는 눈에 보이지 않는 적외선 영역의 빛이 나오지만, 온도가 더 높아지면 눈으로 볼 수 있 는 가시광선이 나오게 된다. 그래서 처음에는 파장이 긴 붉은색으로 보이다가 온도가 더 높 아지면 붉은색과 함께 노란색의 빛이 나오게 된다. 온도를 더욱 높이면 일곱 가지 무지개 빛깔이 모두 섞여 나오기 때문에 하얗게 느껴지는 빛이 나온다. 30W의 백열구는 붉게 보이 지만 100W 이상의 백열등은 하얗게 보이는 것도 필라멘트의 온도가 다르기 때문이다.

기체 상태의 탄화수소로 된 연료를 태우는 가스레인지의 불꽃도 온도가 매우 높아서 가시광 선의 빛이 모두 나오기 때문에 하얗게 보여야만 한다. 만약 산소가 충분히 공급되지 않아서 불꽃의 온도가 낮아지면 파장이 짧은 빛이 조금밖에 나오지 않게 되어서 불꽃이 노란색으로 보이게 된다.

그런데 가스레인지 불꽃이 파란 것은 왜일까. 이는 연료인 탄화수소를 태울 때에 두 개의 탄소 원가가 결합된 ${C}_{2}$가 만들어지기 때문이다. 이때 만들어진 ${C}_{2}$는 열에너지를 많이 가지고 있는 불안정한 분자로 에너지를 잃으면서 부서지게 되는데 이때 나오는 푸른색이 우리 눈에 보이게 되는 것이다.

③뚝배기와 은수저

조리에 그 무엇보다 필요한 것은 그릇. 재미있는 것은 어떤 요리를 하느냐에 따라 그릇도 다양한 종류가 필요하다는 점이다.

조리를 하는 대부분의 그릇은 열의 전도 방식을 택한 것들이다. 즉 고체인 그릇에 열 을 전달하면 이 그릇의 열이 음식을 익게 한다는 말. 그 중 대표적인 것이 냄비와 뚝배기. 이것은 찌개를 끓이는 그릇이지만 그 효과는 사뭇 다르다. 이미 알다시피 냄비보다 뚝배기 의 된장국이 훨씬 늦게 끓지만 뜨거움은 계속 유지된다. 이는 금속이 도자기보다 열을 쉽게 전도하는 특성이 있기 때문이다. 즉 열의 전도가 쉽다는 것은 빨리 데워지기도 하지만 빨리 식는다는 것을 의미한다.

또 열의 전도와 관련된 흥미로운 사실이 있다. 집에서 사용하는 수저 중에 은수저와 스테인 리스 스틸 수저가 있다면 동시에 뜨거운 국에 담갔다가 입으로 가져가 보자. 아마도 은수저 를 입에 가져갔을 때 더 뜨겁다는 것을 느낄 것이다. 물론 은수저에 닿은 국이 더 뜨거운 것은 아니었다. 이것도 물질에 따라 열이 전달되는 정도가 다르기 때문이다. 스테인리스 스 틸이 열을 전달하는 정도는 은의 5분의 1도 안된다. 따라서 2종류의 수저가 국으로부터 열 을 빼앗아 오는 정도가 다르다. 평소 부모님이 쓰시던 은수저가 내 수저보다 뜨겁게 느껴진 이유다.

④수증기와 물거품

가끔 국수를 삶거나 채소를 데치기 위해 물을 끓이다가 손이나 얼굴을 데는 경우가 있다. 그렇다고 손을 끓는 물 속에 집어넣었기 때문은 아니다. 원인은 바로 수증기. 끓는 물이 수 증기보다 뜨겁다고 생각할 지 모르나 실상은 그렇지 않다. 1기압에서 끓는 물은 아무리 격 렬히 끓더라도 1백℃다. 열에너지를 더 많이 가지고 있는 물 분자들은 수증기가 되어서 기 체 상태로 날아가 버리기 때문에 열을 아무리 가해 주어도 물의 온도는 올라가지 않는다. 수증기 상태의 물 분자는 액체 상태의 물 분자보다 더 많은 에너지를 가지고 있기는 하지만 액체의 물보다 차지하고 있는 공간이 넓어서 밀도가 작기 때문에 끓는 물보다 덜 뜨겁게 느 껴질 뿐이다.

물을 끓이다 보면 물거품이 발생하는 것을 볼 수 있다. 여기에도 과학적인 이유가 있다. 물 분자들은 열에너지를 흡수하면서 점점 빠르게 움직이다가 너무 많은 에너지를 흡수한 분자 들 중 일부는 다른 분자들을 옆으로 밀어내고 자신만의 공간을 확보하는데 이것이 물거품이 다. 이 물거품은 밀도가 작아 수면으로 떠오르면서 곧 터진다.

⑤프라이팬 코팅의 비밀

음식을 볶거나 부침을 할 때 중요한 것은 재료가 그릇에 들러붙지 않도록 하는 것. 이를 위해 무한정 기름을 부을 수도 없는 일이어서 부침요리는 수시로 불을 조절해야한 다. 적어도 프라이팬 코팅이 사용되기 시작한 1960년대 이전까지는 그랬다. 테플론으로 알려 진 프라이팬 코팅물질은 1938년 듀폰사의 화학자인 로이 플런켓이 개발한 폴리테트라플로로 에틸렌. 처음에는 윤활유가 필요 없는 베어링 등에 사용되다가 프라이팬 코팅 재료로 부엌 에 진출했다.

달걀은 왜 스테인리스 스틸이나 알루미늄 프라이팬에 붙는 것일까. 이런 금속 팬의 표면에 는 미세한 틈이 많다. 또 사용하면서 크고 작은 흠집들이 생긴다. 여기에 달걀을 올려놓으면 달걀이 이 틈새로 흘러 들어가 들러붙는다. 이것을 최소화하기 위해 기름을 쓰는 것이다. 기 름은 금속표면에 생긴 틈새를 메우고 얇은 막을 형성해 그 위에 달걀을 띄우는 역할을 한 다. '그렇다면 물을 넣어도 될 텐데'라고 생각하는 사람도 있겠지만 물은 쉽게 증발해 버려 많이 붓지 않으면 소용이 없다.

이제 프라이팬 코팅의 역할이 짐작간다. 코팅의 표면은 매우 매끄러워 현미경 수준에서 보 더라도 거칠지 않다. 재료가 파고 들어갈 틈새가 없어 팬에 들러붙지 않는다는 얘기다.

⑥물분자 진동으로 음식 익혀

음식을 데우거나 요리를 하는데 사용하는 편리한 가전제품 전자레인지. 가동되고 있는 전자 레인지 속을 보고 있으면 아무런 불꽃도 보이지 않는데 어떻게 음식이 익는 것일까. 전자레 인지에 쓰이는 마이크로파(파장 약 12cm, 주파수 2천4백50MHz)는 우리 눈에 보이지 않는 다.

마이크로파가 음식을 데우는 기본 원리는 공명. 전자레인지로 익힐 수 있는 음식은 수분을 함유해야 한다. 마이크로파는 대부분의 물질을 그냥 통과한다. 그러나 마이크로파 진동수와 공명을 일으키는 물질을 만나면 물질에 흡수돼 음식을 익힌다. 그 물질 중 으뜸이 물이다. 다음으로는 지방, 탄수화물, 단백질 순으로 마이크로파를 흡수하지만 물분자보다는 흡수성이 떨어진다. 따라서 음식에서 수분과 지방을 많이 포함한 부분이 먼저 뜨거워지고 다른 부분 은 전도에 의해 데워진다고 할 수 있다.

물분자는 마이크로파의 에너지를 잘 흡수한다. 전자레인지에서 사용하는 마이크로파의 에너 지는 물 분자의 회전 에너지 간격과 정확하게 같아서 공명이 일어나기 때문이다. 마이크로 파의 에너지를 흡수한 물 분자는 빠른 속도로 회전을 하다가 옆에 있는 다른 분자들과 충돌 하면서 그 에너지를 전해주기 때문에 음식이 뜨거워지게 된다.

주방에 있는 그릇 중에는 전 자레인지에 사용할 수 있는 것과 없는 것이 있다. 종이, 유리, 세라믹 등으로 만들어진 그릇 과 전자레인지에 넣어도 되는 플라스틱 그릇은 마이크로파를 흡수하지 않고 투과시킨다. 따 라서 전자레인지에 사용해도 그릇이 가열되지 않는다.

그러나 금속의 경우는 이야기가 다르다. 금속은 거울처럼 마이크로파를 반사한다. 금속 그릇 에 음식을 담아 전자레인지를 가동시키면 마이크로파는 그릇 표면에서 반사되면서 금속의 전자를 떼어낸다. 따라서 금속으로 된 그릇을 넣으면 스파크가 일어나고, 전자레인지의 마이 크로파 생성 장치에 너무 많은 전류가 흐르게 되기 때문에 화재 발생의 원인이 된다.

⑦소나무 도마의 승리

서양 음식과 달리 많은 재료를 다양하게 섞어서 만드는 우리나라 음식. 여기에 음식마다 들 어가는 양념류도 만만치 않다. 이런 재료를 적당한 크기로 또 알맞은 형태로 만들어 내는 것이 도마다. 지금도 시골에 가면 무쇠 칼과 모양이 예쁘지 않은 두꺼운 도마를 찾아볼 수 있다. 예전에는 굵은 통나무를 그대로 잘라서 밑면을 편편하게 만든 도마를 사용했다. 그러 나 근래의 주방에서는 깨끗해 보이는 하얀 플라스틱 도마를 많이 사용한다. 나무 도마는 물 기를 흡수해 세균이 번식하기 쉽기 때문에 비위생적이라는 오명을 쓰고 우리 주변에서 사라 져 갔다. 과연 그럴까.

나무도마에는 주로 소나무를 사용한다. 소나무는 전국적으로 넓게 분포해 구하기 쉽기 때문 에 오랜 옛날부터 각 가정에서 도마로 이용돼왔다. 하지만 소나무가 도마로 이용된 데는 더 중요한 이유가 있다. 그것은 바로 소나무의 항균 작용 때문이다.

나무들은 나쁜 물질이나 공기로부터 자신을 보호하기 위해 항균물질을 발산하는데, 이들을 통칭해 '피톤치드'라고 한다. 숲에 가면 맑은 공기를 마실 수 있는 이유도 이 피톤치드 덕분 이다. 이러한 나무들 중 특히 소나무의 항균작용은 다른 나무에 비해 월등히 높다. 또 소나 무는 상처를 입으면 그 자리에 송진이 흘러나와 상처를 아물게 하고 나쁜 세균의 침입을 막 는다. 이렇듯 항균작용을 하는 휘발성 성분이 소나무 도마의 위력이다.

최근에 밝혀진 도마의 세균 배양 실험 결과에 따르면 소나무 도마에는 부패를 방지하는 물 질이 있어 세균이 잘 번식하지 못한다고 한다. 반면 플라스틱 도마에서는 세균의 배양 속도 가 매우 빨라 오히려 비위생적이라는 사실이 알려졌다. 그래서 인위적으로 항균처리된 플라 스틱 도마가 다시 등장했다. 예전부터 사용해 온 소나무 도마가 실은 조상들의 삶 속에서 우러나온 지혜였음이 밝혀진 것이다.

⑧부드럽고 흰 생선살

늘 먹는 생선도 가만히 살펴보면 궁금한 것이 한 두가지가 아니다. 왜 쇠고기와 달리 생선 살은 대부분 희고 부드러울까. 부드러운 이유부터 살펴보자. 첫째로 지상을 달리거나 날갯짓 을 해야하는 동물들과 달리 물 속을 헤엄치는 어류에게는 그다지 튼튼한 근육질의 몸이 필 요하지 않다. 그러므로 물고기들은 코끼리나 독수리처럼 근육이 발달해 있지 않다.

둘째는 물고기의 근섬유가 육상동물의 근섬유와는 완전히 다르다는 것이다. 물고기는 순간 적으로 빨리 이동해야할 필요가 많으므로 순발력이 있어야 한다. 반면 육상동물들은 지구력 을 갖춰야 한다. 따라서 물고기의 근육은 대부분 빨리 수축하는 섬유로 돼 있다. 빨리 수축 하는 섬유는 짧고 가늘어서 끊어지기가 쉽다. 길고 느리게 수축하는 육상동물의 근섬유와 다른 점이다. 이것은 생선살이 쉽게 부러지는 이유다.

또 물고기들은 힘줄, 인대처럼 신체를 지탱하고 연결시켜주는 연결조직이 없다. 이는 생선살 이 순수한 근육으로만 이뤄져 있다는 것을 말한다. 이런 이유들이 합해져 생선살이 부드러 운 것이다. 따라서 생선을 요리할 때는 지나치게 익히지 않는 것이 좋다.

생선살은 왜 흰색일까. 첫째로 물고기는 피가 많지 않다. 또 얼마 안되는 피도 대부분 아가 미 근처에 몰려 있다. 둘째로 물고기의 근육활동은 육상동물의 근육활동과 다르다. 물고기는 빨리 수축하는 근섬유를 잠깐씩 사용하기 때문에 산소를 많이 저장해야 할 필요가 없다. 일반적으로 산소는 근세포 속에 있는 단백질인 미오글로빈의 형태로 저장된다. 따라서 흰살 생선에는 미오글로빈이 많지 않다. 미오글로빈은 조류나 포유류의 근육을 붉그스름하게 보 이도록 하는 물질이다. 즉 고기가 붉은 것은 피 때문이 아니라 미오글로빈 때문이다. 물론 다랑어처럼 활동량이 많은 어류는 근육에 미오글로빈이 많아 붉은색을 띤다.

⑨에너지 잡는 뚜껑

라면을 끓이려고 물을 부은 냄비를 불에 올려 놓았다. 조금이라도 빨리 끓이려면 어떻게 해 야 할까. 방법은 바로 냄비의 뚜껑을 덮어놓는 것. 가열이 계속되면 용기 속에 들어있는 수 면 위쪽의 수증기 분자는 점점 늘어난다. 수증기 분자는 많은 에너지를 가지고 있다. 뚜껑을 덮는다는 것은 수증기를 도망가지 못하게 잡는 것. 즉 많은 에너지를 갖고 있는 수증기를 냄비로 돌려보내 물을 더 빨리 끓도록 한다.

비슷한 경우로 압력 밥솥이 있다. 주전자에 물을 넣고 끓이면 뚜껑이 들썩이는 것을 볼 수 있다. 이는 주전자 내부에 수증기가 많아져 압력이 높아졌기 때문이다. 반면 압력밥솥은 뚜 껑을 움직이지 않게 함으로써 내부압력을 증가시킨다. 그렇다고 무한정 압력이 증가되는 것 은 아니다. 압력조절 장치를 달아 일정 압력 이상이 되면 압력밥솥 내부의 기체가 빠져나오 도록 해 일정한 압력을 유지한다. 보통의 압력솥은 2기압 정도의 압력을 유지해 물의 끓는 점을 약 1백20℃까지 올린다. 이런 경우 높은 온도에서 물이 끓으므로 물과 함께 있는 식품 은 단시간 내에 익는다. 그럼으로써 에너지와 영양소의 손실을 줄일 수 있다.

유혹 물리치는 테플론

재료가 프라이팬에 눌어붙는 것은 프라이팬 표면의 원자나 분자가 음식의 분자와 결합하기 때문이다. 이를 방해하는 것은 테플론의 특이한 성질 때문. 테플론은 똑같은 분자가 많이 모여 거대한 분자 덩어리를 이룬 중합체다. 테플론 분자는 플루오르원자 4개와 탄소원자 2개로 구성된 기본 단위 수천 개가 한데 모여 분자 덩어리를 이루고 있다. 여기서 탄소 원자와 결합한 플루오르는 탄소원자를 보호하는 갑옷 역할을 하는데 매우 안정적이어서 다른 어떤 것과도 반응하려 하지 않는다. 즉 탄소원자와 결합하려고 하는 쇠고기, 돼지고기, 달걀 등의 유혹을 막아애는 것이다.

또 테플론은 어떤 액체도 스며들지 못하게 한다. 한 예로 물이나 기름을 테플론 코팅에 떨어뜨렸을 때 팬에 스며들지 않은 것을 볼 수 있다. 테플론의 긴 사슬이 서로 조밀하게 엉겨서 다른 분자들이 스며들 공간이 없기 때문이다. 그렇다면 어떻게 팬에 테플론 코팅을 할까. 방법은 팬의 표면을 아주 거칠게 해서 테플론을 달라 붙게 만드는 것이다. 코팅 프라이팬을 선전하는 많은 프라이팬 제조업체의 경쟁력은 코팅재료의 차이가 아니라 코팅을 팬에 잘 붙게 하는 기술에 있다는 사실이 재미있다.

LPG와 LNG

주방에 들었섰을 때 무엇보다 눈에 띄는 것은 가스레인지. 과거 땔감을 직접 땔 때와는 달리 요즘은 조리와 취사가 분리돼 있다. 대개의 가정에서 사용하는 연료에는 프로판가스가 주성분인 액화석유가스(LPG)와 메탄가스가 주성분이면서 도시가스로 알려진 애고하천연가스(LNG)가 있다. 원래 가스 자체에는 냄새가 없으나 유출시 검출을 위해 냄새를 혼합한다. LPG는 공기보다 무거워 새어 나오면 밑으로 가라앉고 LNG는 위로 올라간다. 두 경우 모두 작은 불씨나 스파크에 의해 폭발 가능성이 있으므로 가스가 유출되지 않도록 하는 것이 중요하다. 또 밀폐된 공간에서 장시간 연소시킬 경우 산소가 줄어들고 이산화탄소와 함께 맹독성이 일산화탄소도 함께 발생하므로 자주 환기시켜야 한다.