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우유 속 단백질의 비밀
‘광우병’에 이어 ‘멜라민’ 파동으로 전국이 한바탕 난리를 겪었다. 분유뿐 아니라 초콜릿, 과자 등에도 공업용 화학물질인 멜라민이 들어있음이 밝혀졌다. 왜 멜라민을 넣었을까.
중국 농민들이 우유 양을 늘리기 위해 물을 섞는데 이렇게 하면 우유에 포함된 단백질 함량이 낮게 나온다. 우유의 단백질 농도는 질소(N) 함량으로 평가한다. 멜라민에는 질소분자가 풍부하기 때문에 우유에 섞으면 단백질 농도산출 값이 커져 검사에 통과할 수 있고 고급제품으로 인정받는다.
우유는 3대 영양소인 탄수화물, 단백질, 지방이 약 12% 들어있다. 세부적으로 보면 락토오스 같은 유당이 약 4.7~
5%, 카제인과 유청단백질이 약 3%, 유지방이 약 3.5~4%를 차지한다. 하얗고 불투명한 우유에 검출시약을 넣으면 파스텔톤으로 색이 변한다.
<;실험 따라 하기>;
우유에 어떤 영양소가 있는지 간단한 검출 실험을 해보자. 실험에 쓰이는 시약들은 보통 500mL이상의 용량으로 판매된다. 한 번 실험에 단지 몇 방울만 필요한 검출시약을 용량이 큰 병으로 사기에는 많은 비용이 든다. 요즘 실험용품 쇼핑몰에서는 여러 검출시약을 소량씩 넣어 스몰 키트로 판매한다.
실험 준비물
우유, 베네딕트용액, 수산화나트륨(NaOH)용액, 황산구리(CuSO4)용액, 수단Ⅲ용액, 스포이트 4개, 알콜램프, 집게, 시험관 또는 플라스크 3개
실험 방법 및 결과
① 당 검출 : 우유에 베네딕트용액을 4~5방울 떨어뜨린 뒤 잘 섞어 약간 푸른빛이 돌면 알콜램프로 가열한다.
포도당+베네딕트용액(파란색) → 황적색
② 단백질 검출 : 우유에 5% 수산화나트륨용액을 4~5방울 떨어뜨린 뒤 1% 황산구리용액 4~5방울을 더해 섞는다.
단백질 + 수산화나트륨용액(무색) +
황산구리용액(파란색) → 보라색(뷰렛반응)
③ 지방 검출 : 우유에 수단Ⅲ용액을 4~5방울 떨어뜨리고 잘 섞는다.
지방 + 수단Ⅲ용액(빨간색) → 선홍색
실험 시 유의할 점
① 지시약 별로 각각 다른 스포이트를 사용해야 한다. 지시약이 서로 섞이면 정확한 실험 결과를 알 수 없다.
② 베네딕트용액을 넣었을 때 가열하지 않아도 오랜 시간이 지나면 황적색으로 변한다. 하지만 가열하면 금새 색깔이 변한다.
③ 가열하는 실험은 항상 위험하다. 시험관을 이용한다면 비스듬히 기울여 골고루 가열하고, 시험관 입구가 사람이 있는 쪽을 향하지 않도록 주의한다. 적은 양의 액체를 시험관에서 가열하면 액체가 폭발적으로 튀어나와 화상을 입을 우려가 있다.
④ 수단Ⅲ용액은 원래 빨간색이라 다른 검출 실험처럼 색상 변화가 선명하지 않다. 하지만 지방이 없는 경우와 비교하면 차이가 약간 난다.
우유를 원심분리하면
물과 기름을 함께 병에 넣고 흔들면 기름이 위쪽으로 떠오르면서 층이 만들어지는 현상을 관찰할 수 있다. 균일 혼합물이 아닌 우유는 가만히 놓아둬도 밀도가 작은 유지방이 위쪽으로 떠오른다. 혼합물에 대해 배울 때 학생들은 흔히 균일 혼합물과 불균일 혼합물을 어떻게 구별해야 할지 혼란스러워 한다. 더구나 우유처럼 층이 나눠지지 않고, 아래쪽이나 위쪽 모두 하얗게 보이는 액체는 균일 혼합물로 착각하는 경우가 있다. 이를 구별하는 방법으로 균일 혼합물인 용액은 투명하다는 점을 이용한다. 균일 혼합물의 좋은 예는 소금물, 설탕물이다. 소금이나 설탕이 물에 다 녹으면 투명한 물과 같은 상태가 된다. 균일 혼합물은 파란색의 황산구리용액같이 색깔이 있는 경우는 있어도 우유처럼 불투명한 경우는 없다.
유지방이 위쪽으로 떠오르는 모습은 우유를 원심분리기에 넣고 돌리면 바로 확인할 수 있다. 원심분리기는 말 그대로 원심력을 이용한 것인데 탈수기와 원리가 거의 비슷하다. 원심분리기에 넣고 돌리면 밀도가 작은 물질은 위로 떠오르고 밀도가 큰 물질은 아래로 가라앉는다. 이 원리를 이용해 식물이나 동물의 조직을 떼서 원심분리하면 핵, 미토콘드리아, 엽록체 같은 세포내 소기관을 따로 얻을 수 있다. 각각의 밀도가 다르기 때문에 분리가 가능한데 이를 세포분획법이라 한다.
우유를 원심분리하면 시험관 윗부분에 유지방으로 만들어진 생크림이 생긴다. 우유 속에 약 3.5~4% 포함된 유지방이 우유의 고소한 맛을 내기 때문에 지방을 줄인 저지방우유를 먹으면 싱겁게 느껴진다. 그만큼 지방의 고소한 맛은 중독성이 있다.
우유로 액세서리 세척을?
우유를 냉장고에 보관하다보면 가끔 유통기한을 넘기는 경우가 있다. 먹기에는 꺼려지고 버리기에는 아까울 때 우유를 몸에 착용하는 금·은 목걸이, 팔찌 등을 세척하는데 이용할 수 있다. 우유를 살짝 끓이면 열에 의해 응고된 락토알부민 같은 유청단백질이 점착성을 가지므로 때를 흡착할 수 있다.
여러 가지 화학물질은 비슷한 성질을 가진 용매에 잘 녹는다. 극성물질은 극성용매에 잘 녹고(예: 소금은 물에 잘 녹는다), 무극성물질은 무극성용매에 잘 녹는다(예: 피부에 묻은 페인트자국을 버터로 지울 수 있다). 액세서리를 착용하면서 생긴 때는 피지가 섞인 지방 성분이기 때문에 비슷한 성질을 가진 유지방에 의해 녹는다. 유지방 중 일부 성분이 지방덩어리를 잘게 쪼개는 유화작용을 하기 때문에 금제품에 묻은 기름때를 유화시키면서 녹인다.
치약을 묻혀서 칫솔로 닦아도 액세서리가 깨끗해진다. 하지만 이 방법으로 닦으면 표면에 미세한 흠집들이 무수히 많이 생긴다. 반면 우유를 이용하면 표면에 흠집을 적게 남기면서 새것처럼 반짝반짝하게 만들 수 있다.
혹시 우유 속의 효소가 세척을 도와준다고 생각하는 독자가 있을 지도 모르겠다. 하지만 젖소에서 바로 짜낸 원유가 아닌 제품화된 우유 속의 효소는 저온살균이든 고온살균 우유든 간에 모두 살균과정에서 활성을 잃어버린다. 이 때문에 우리가 먹는 우유 속에는 활성이 있는 효소가 없다.
응고작용을 이용해 치즈 만들기
단백질이 우유 속에서 차지하는 비율은 약 3%다. 간혹 거름이 되라고 식물에 우유를 주는 경우가 있는데 이런 행동은 금물이다. 우유 속의 유단백질 때문에 식물이 죽게 되기 때문이다. 필자가 실험해본 결과 화분의 식물에 우유 1컵을 주었더니 2주 후에 완전히 말라서 죽어 버렸다. 유단백질이 뿌리 속 가느다란 물관과 체관을 막기 때문이다. 사람도 혈전에 의해 혈관이 막히면 죽는 것처럼 식물도 관다발이 막히면 생존할 수가 없다.
유단백질 중 약 80%를 차지하는 성분은 카제인이다. 우유를 가열하면 위쪽에 흰 막이 생긴다. 많은 사람이 흰 막을 카제인이 응고돼 생긴 물질이라고 잘못 알고 있다. 카제인은 우유가 끓을 정도의 온도에서는 피막 형성에 관여하지 않는다. 이 막은 카제인을 제외한 유청단백질이 응고된 것이다. 형성된 흰 막이 미끄러운 쇠젓가락에도 감기는 이유는 점착성이 있기 때문이다. 요즘 같은 화학접착제가 개발되기 전에는 우유의 흰 막을 천연접착제로 쓰기도 했다.
카제인은 열에 강하지만 산에 의해 잘 응고된다. 요플레 같은 제품의 고형 상태는 유산균이 생성한 산에 의해 카제인과 유청단백질이 함께 응고된 결과다. 우유의 단백질은 산에 의해 응고돼 침전되기 때문에 식초나 레몬즙 같은 과즙을 이용하면 치즈를 만들어 볼 수 있다. 응유효소인 레넷이 있으면 더 훌륭한 치즈를 만들 수도 있지만 값이 꽤 비싸다. 레넷 대신 산을 이용해 치즈를 만들면 산에 의한 단백질의 응고 현상을 관찰할 수 있다. 또 남은 치즈를 2~3일 정도 말리면 아주 딱딱해지기 때문에 미리 구멍을 뚫어놓으면 목걸이나 브로치로 쓸 수도 있다.
‘광우병’에 이어 ‘멜라민’ 파동으로 전국이 한바탕 난리를 겪었다. 분유뿐 아니라 초콜릿, 과자 등에도 공업용 화학물질인 멜라민이 들어있음이 밝혀졌다. 왜 멜라민을 넣었을까.중국 농민들이 우유 양을 늘리기 위해 물을 섞는데 이렇게 하면 우유에 포함된 단백질 함량이 낮게 나온다. 우유의 단백질 농도는 질소(N) 함량으로 평가한다. 멜라민에는 질소분자가 풍부하기 때문에 우유에 섞으면 단백질 농도산출 값이 커져 검사에 통과할 수 있고 고급제품으로 인정받는다.
우유는 3대 영양소인 탄수화물, 단백질, 지방이 약 12% 들어있다. 세부적으로 보면 락토오스 같은 유당이 약 4.7~
5%, 카제인과 유청단백질이 약 3%, 유지방이 약 3.5~4%를 차지한다. 하얗고 불투명한 우유에 검출시약을 넣으면 파스텔톤으로 색이 변한다.
<;실험 따라 하기>;
우유에 어떤 영양소가 있는지 간단한 검출 실험을 해보자. 실험에 쓰이는 시약들은 보통 500mL이상의 용량으로 판매된다. 한 번 실험에 단지 몇 방울만 필요한 검출시약을 용량이 큰 병으로 사기에는 많은 비용이 든다. 요즘 실험용품 쇼핑몰에서는 여러 검출시약을 소량씩 넣어 스몰 키트로 판매한다.
실험 준비물
우유, 베네딕트용액, 수산화나트륨(NaOH)용액, 황산구리(CuSO4)용액, 수단Ⅲ용액, 스포이트 4개, 알콜램프, 집게, 시험관 또는 플라스크 3개
실험 방법 및 결과
① 당 검출 : 우유에 베네딕트용액을 4~5방울 떨어뜨린 뒤 잘 섞어 약간 푸른빛이 돌면 알콜램프로 가열한다.
포도당+베네딕트용액(파란색) → 황적색
② 단백질 검출 : 우유에 5% 수산화나트륨용액을 4~5방울 떨어뜨린 뒤 1% 황산구리용액 4~5방울을 더해 섞는다.
단백질 + 수산화나트륨용액(무색) +
황산구리용액(파란색) → 보라색(뷰렛반응)
③ 지방 검출 : 우유에 수단Ⅲ용액을 4~5방울 떨어뜨리고 잘 섞는다.
지방 + 수단Ⅲ용액(빨간색) → 선홍색
실험 시 유의할 점
① 지시약 별로 각각 다른 스포이트를 사용해야 한다. 지시약이 서로 섞이면 정확한 실험 결과를 알 수 없다.
② 베네딕트용액을 넣었을 때 가열하지 않아도 오랜 시간이 지나면 황적색으로 변한다. 하지만 가열하면 금새 색깔이 변한다.
③ 가열하는 실험은 항상 위험하다. 시험관을 이용한다면 비스듬히 기울여 골고루 가열하고, 시험관 입구가 사람이 있는 쪽을 향하지 않도록 주의한다. 적은 양의 액체를 시험관에서 가열하면 액체가 폭발적으로 튀어나와 화상을 입을 우려가 있다.
④ 수단Ⅲ용액은 원래 빨간색이라 다른 검출 실험처럼 색상 변화가 선명하지 않다. 하지만 지방이 없는 경우와 비교하면 차이가 약간 난다.
우유를 원심분리하면
물과 기름을 함께 병에 넣고 흔들면 기름이 위쪽으로 떠오르면서 층이 만들어지는 현상을 관찰할 수 있다. 균일 혼합물이 아닌 우유는 가만히 놓아둬도 밀도가 작은 유지방이 위쪽으로 떠오른다. 혼합물에 대해 배울 때 학생들은 흔히 균일 혼합물과 불균일 혼합물을 어떻게 구별해야 할지 혼란스러워 한다. 더구나 우유처럼 층이 나눠지지 않고, 아래쪽이나 위쪽 모두 하얗게 보이는 액체는 균일 혼합물로 착각하는 경우가 있다. 이를 구별하는 방법으로 균일 혼합물인 용액은 투명하다는 점을 이용한다. 균일 혼합물의 좋은 예는 소금물, 설탕물이다. 소금이나 설탕이 물에 다 녹으면 투명한 물과 같은 상태가 된다. 균일 혼합물은 파란색의 황산구리용액같이 색깔이 있는 경우는 있어도 우유처럼 불투명한 경우는 없다.
유지방이 위쪽으로 떠오르는 모습은 우유를 원심분리기에 넣고 돌리면 바로 확인할 수 있다. 원심분리기는 말 그대로 원심력을 이용한 것인데 탈수기와 원리가 거의 비슷하다. 원심분리기에 넣고 돌리면 밀도가 작은 물질은 위로 떠오르고 밀도가 큰 물질은 아래로 가라앉는다. 이 원리를 이용해 식물이나 동물의 조직을 떼서 원심분리하면 핵, 미토콘드리아, 엽록체 같은 세포내 소기관을 따로 얻을 수 있다. 각각의 밀도가 다르기 때문에 분리가 가능한데 이를 세포분획법이라 한다.
우유를 원심분리하면 시험관 윗부분에 유지방으로 만들어진 생크림이 생긴다. 우유 속에 약 3.5~4% 포함된 유지방이 우유의 고소한 맛을 내기 때문에 지방을 줄인 저지방우유를 먹으면 싱겁게 느껴진다. 그만큼 지방의 고소한 맛은 중독성이 있다.
우유로 액세서리 세척을?
우유를 냉장고에 보관하다보면 가끔 유통기한을 넘기는 경우가 있다. 먹기에는 꺼려지고 버리기에는 아까울 때 우유를 몸에 착용하는 금·은 목걸이, 팔찌 등을 세척하는데 이용할 수 있다. 우유를 살짝 끓이면 열에 의해 응고된 락토알부민 같은 유청단백질이 점착성을 가지므로 때를 흡착할 수 있다.
여러 가지 화학물질은 비슷한 성질을 가진 용매에 잘 녹는다. 극성물질은 극성용매에 잘 녹고(예: 소금은 물에 잘 녹는다), 무극성물질은 무극성용매에 잘 녹는다(예: 피부에 묻은 페인트자국을 버터로 지울 수 있다). 액세서리를 착용하면서 생긴 때는 피지가 섞인 지방 성분이기 때문에 비슷한 성질을 가진 유지방에 의해 녹는다. 유지방 중 일부 성분이 지방덩어리를 잘게 쪼개는 유화작용을 하기 때문에 금제품에 묻은 기름때를 유화시키면서 녹인다.
치약을 묻혀서 칫솔로 닦아도 액세서리가 깨끗해진다. 하지만 이 방법으로 닦으면 표면에 미세한 흠집들이 무수히 많이 생긴다. 반면 우유를 이용하면 표면에 흠집을 적게 남기면서 새것처럼 반짝반짝하게 만들 수 있다.
혹시 우유 속의 효소가 세척을 도와준다고 생각하는 독자가 있을 지도 모르겠다. 하지만 젖소에서 바로 짜낸 원유가 아닌 제품화된 우유 속의 효소는 저온살균이든 고온살균 우유든 간에 모두 살균과정에서 활성을 잃어버린다. 이 때문에 우리가 먹는 우유 속에는 활성이 있는 효소가 없다.
응고작용을 이용해 치즈 만들기
단백질이 우유 속에서 차지하는 비율은 약 3%다. 간혹 거름이 되라고 식물에 우유를 주는 경우가 있는데 이런 행동은 금물이다. 우유 속의 유단백질 때문에 식물이 죽게 되기 때문이다. 필자가 실험해본 결과 화분의 식물에 우유 1컵을 주었더니 2주 후에 완전히 말라서 죽어 버렸다. 유단백질이 뿌리 속 가느다란 물관과 체관을 막기 때문이다. 사람도 혈전에 의해 혈관이 막히면 죽는 것처럼 식물도 관다발이 막히면 생존할 수가 없다.유단백질 중 약 80%를 차지하는 성분은 카제인이다. 우유를 가열하면 위쪽에 흰 막이 생긴다. 많은 사람이 흰 막을 카제인이 응고돼 생긴 물질이라고 잘못 알고 있다. 카제인은 우유가 끓을 정도의 온도에서는 피막 형성에 관여하지 않는다. 이 막은 카제인을 제외한 유청단백질이 응고된 것이다. 형성된 흰 막이 미끄러운 쇠젓가락에도 감기는 이유는 점착성이 있기 때문이다. 요즘 같은 화학접착제가 개발되기 전에는 우유의 흰 막을 천연접착제로 쓰기도 했다.
카제인은 열에 강하지만 산에 의해 잘 응고된다. 요플레 같은 제품의 고형 상태는 유산균이 생성한 산에 의해 카제인과 유청단백질이 함께 응고된 결과다. 우유의 단백질은 산에 의해 응고돼 침전되기 때문에 식초나 레몬즙 같은 과즙을 이용하면 치즈를 만들어 볼 수 있다. 응유효소인 레넷이 있으면 더 훌륭한 치즈를 만들 수도 있지만 값이 꽤 비싸다. 레넷 대신 산을 이용해 치즈를 만들면 산에 의한 단백질의 응고 현상을 관찰할 수 있다. 또 남은 치즈를 2~3일 정도 말리면 아주 딱딱해지기 때문에 미리 구멍을 뚫어놓으면 목걸이나 브로치로 쓸 수도 있다.
