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푹푹 찌는 무더위에 갈증을 느낀 섭섭박사님은 시원한 탄산음료가 당겼어요. 냉장고를 뒤적이다 달콤짜릿 시원한 콜라를 발견했죠. 톡 쏘는 탄산에 심취해 있던 섭섭박사님은 즐거운 콜라 실험이 번뜩 떠올랐어요!
도전
실험
콜라가 투명해졌다!
콜라병을 요리조리 살펴보던 섭섭박사님은 냉장고로 달려가 무언가를 꺼내 왔어요. 그러더니 콜라를 사이다처럼 투명하게 변하게 만드는 마술을 보여 주겠다는 거예요. 도대체 어떻게 하려는 거죠?
왜
이런 일이?
→ 결과 : 콜라의 캐러멜 색소가 우유의 단백질과 만나며 응고된다.
콜라는 물에 이산화탄소가 녹아 있는 탄산음료예요. 약한 산성을 띠는 콜라엔 ‘캐러멜 색소’가 함께 들어 있어요. 물에 녹아 갈색을 내며, 간장이나 과자 등에 먹음직한 색을 입히는 착색제로 흔히 사용되지요. 한편 우유에는 ‘카제인’이라는 단백질이 들어 있어요. 우유 속 단백질의 80%를 차지하는 카제인은 산성에 응고되는 특성이 있어요.
그래서 우유와 콜라가 만나면 카제인 단백질이 응고되며 덩어리가 만들어져요. 콜라의 캐러멜 색소도 단백질과 함께 덩어리져, 콜라는 투명하게 변신합니다. 1시간 뒤 바닥에 가라앉은 응고물질을 종이 필터로 걸러주면, 투명한 콜라만 남지요.
우리가 먹는 음식이나 얼굴에 바르는 화장품, 의류 염색 등 다양한 곳에서 색소가 사용되고 있어요. 대부분은 석유 화합물에서 만들어지는 합성 색소지요. 천연 색소는 만드는 데 비용이 많이 들고, 많은 양을 생산하는 데 어려움이 있거든요.
그런데 지난 6월 8일, 카이스트 생명화학공학과 이상엽 교수, 양동수 박사, 박선영 박사는 일곱 빛깔의 무지개 색소를 효율적으로 만들어내는 미생물(대장균)을 개발하는 데 성공했어요. 특히 미생물로 초록색, 남색 천연 색소를 만든 건 이번이 최초라 더욱 눈길을 끌어요.
연구팀은 연어, 당근, 계란 노른자 등의 식품이나 색을 띠는 미생물에서 색소를 생산하는 유전자를 가져와 대장균 안에 주입했어요. 이 각 대장균은 원래 7가지 색소를 만들 수 없어요. 이후 대장균에게 세포 안에서 색소로 변환될 포도당과 글리세롤을 먹이로 줬어요. 그러자 대장균은 대사 활동을 통해 이 먹이를 색소로 바꿨지요.
연구팀은 미생물을 조작해 무지개 색소의 생산 효율을 높였어요. 원래 미생물은 색소를 만든 뒤, 세포 밖으로 배출하지 않고 세포 안에 쌓아둬요. 그래서 색소 보관량에 한계가 있었어요. 하지만 연구팀은 세포의 모양을 변형시키거나 세포 안에 색소를 저장할 수 있는 주머니도 만들어 미생물 속에 색소를 더 많이 쌓을 수 있게 했어요. 동시에 세포 밖으로 색소를 운반할 수 있는 작은 주머니도 만들어, 기존보다 많은 양의 7가지 색깔 색소를 만들었습니다.
연구팀은 “이번 기술로 천연 색소를 높은 효율로 생산할 수 있다”며 “합성 색소로 옷을 염색할 때 발생하는 폐수가 전체 산업 폐수의 20%를 차지한다는 보고가 있는데, 이 색소로 환경 문제도 해결할 수 있을 것”이라고 말했답니다.
실험
하나 더!
콜라로 반짝반짝 동전 만들기!
남은 콜라를 보며 아쉬운 마음이 든 섭섭박사님. 돼지 저금통을 열어 새카맣게 때가 낀 동전에게 새 옷을 입혀 주겠다며 분주히 움직였어요.
왜
이런 일이?
→ 결과 : 산화-환원 반응을 이용해 동전의 녹을 싸~악!
녹슨 10원짜리 동전을 준비해 주세요. 알루미늄에 구리를 씌운 새로운 10원 동전(구리 48%, 알루미늄 52%)보단 2006년 이전에 만들어진 10원 동전(구리 65%, 아연 35%)이 구리 함량이 높아 실험에 적절할 거예요. 동전의 주성분 구리가 공기 중에 오래 노출되면, 산소와 결합해 산화구리를 만들며 점차 광택을 잃어요.
동전 표면의 녹을 제거하는데는 산화-환원 반응이 이용됐어요. 콜라는 이산화탄소가 녹아 있는 약산성 물질이에요. 케첩도 토마토와 식초를 혼합해 만든 식재료로, 식초의 아세트산과 토마토 속 시트르산이라는 유기산 때문에 산성을 띠지요. 산성 물질 속 수소이온이 산화구리 안에 있는 산소와 만나면 물로 변하는 화학반응이 일어나요. 산화구리가 산소를 잃는 환원 반응을 통해 녹이 제거되죠. 치약 속 연마제도 미세한 탄산칼슘 입자가 동전 표면의 산화구리와 만나 마찰을 통해 녹을 제거한답니다.
