식품의 원리

PROLOG _ 모든 식품 현상은 분자에서 시작된다

Part I. 식품을 어떻게 공부하면 좋을까?
1장. 가장 쉽고 쓸모 있게 식품을 공부하는 법
1. 생명이 복잡하다고 식품마저 복잡할 이유는 없다
2. 단순화할수록 깊이가 생긴다
3. 식품의 핵심 성분은 네 가지뿐이다
2장. 분자 구조로 식품을 읽는 법
1. 크기: 분자는 1㎚(나노미터)이다
2. 운동: 분자는 초음속으로 영구운동을 한다
3. 형태: 분자 형태에 모든 정보가 들어 있다

Part II. 식품을 지배하는 4가지 원자와 분자
1장. 물은 가장 단순하면서 심오한 분자이다
1. 물이 있어야 생명이 있다
2. 물의 특별함은 수소결합에서 나온다
3. 수질: 무엇이 물의 품질을 달라지게 하는가?
4. 용해도를 알면 물성의 절반을 이해할 수 있다
2장. 탄수화물은 포도당의 다양한 형태이다
1. 달면 삼키고 쓰면 뱉어야 하는 이유
2. 전분은 우주에서 가장 거대한 분자이다
3. 셀룰로스는 지상에서 가장 풍부한 유기화합물이다
3장. 단백질은 종류만큼 기능이 다양하다
1. 생명의 정교함은 단백질의 정교함에서 온다
2. 생명의 역동성은 단백질의 흔들림에서 온다
3. 단백질의 다루기 까다로운 만능 소재이다
4. 단백질의 소재별 특성
4장. 지방이 가장 단순하고 안정적이다
1. 지방산의 특성은 길이와 꺾인 형태가 결정한다
2. 세포막으로 경계를 만들어야 생명이 시작된다
3. 제5 영양소, 이소프레노이드

Part III. 적은 양으로 식품의 특징을 바꾸는 분자들
1. 식품첨가물과 식물의 2차 대사산물의 공통점
2. 색소: 0.001%로 식품에 흥미를 부여하는 분자
3. 향 성분: 0.01%로 음식의 다양성을 만드는 분자
4. 맛 성분: 1%로 맛의 균형을 조절하는 분자
5. 보존료: 0.01%로 미생물을 억제하는 유기산
6. 식이섬유와 증점다당류: 1%로 식감을 바꾸는 분자
7. 유화제와 용매
8. 아미노산과 미네랄: 식물도 만들기 힘든 것
9. 에너지 대사, 활성산소와 항산화제
10. 비타민과 조효소

부록 _ 식품의 가치에 대한 나의 생각 정리
EPILOGUE _ 그림으로 이해하는 식품의 과학

식품 자체는 생각보다 단순하다. 자동차가 복잡하다고 연료까지 복잡할 필요가 없는 것처럼 내 몸이 복잡한 것이지 식품 자체가 복잡한 것은 아니다. 우리가 음식을 먹는 목적의 90% 정도는 살아가는 데 필요한 ATP(에너지)를 얻기 위함이다. 만약에 하루 2,400Cal를 탄수화물이나 단백질로 소비한다면 600g이 필요하다. 1년이면 219kg이다. 이것은 수분이 없는 분말 형태일 때 양이고, 음식물은 보통 70% 이상이 물이므로 730kg에 해당한다. 1년에 우리 몸의 절반이 새로 만들어진다고 하는데, 그러면 40kg 정도가 몸을 만드는 데 사용되는 것이고, 나머지 690kg은 물과 이산화탄소로 분해되면서 ATP를 만드는 데 소비된다. 하루에 필요한 미네랄의 총량이 10g이 안 되고, 비타민의 총량도 0.1g에 불과하니 양 측면에서 식품의 역할은 정말 간단하다.

세포 안에서 일어나는 일도 분자의 나노 현상이고, 식품의 모든 현상도 분자의 나노 현상이다. 분자를 구성하는 원자는 핵 주위를 전자가 엄청난 속도로 돌고 있는 상태이다. 138억 년 전 우주가 태어난 순간부터 지금까지 한 번도 쉬지 않고 돌고 있으며, 이 우주의 수명이 다하는 날까지 돌고 있을 것이다. 그 움직임이 분자의 요동을 만들고 식품은 시간에 따라 꾸준히 변한다. 우리는 그것을 ‘경시 변화’라고 한다. 식품에는 수많은 경시 변화가 있다. 그래서 젤리의 이수현상, 분말의 흡습 및 케이킹, 전분의 호화 및 노화 현상, 당액의 석출, 재결정 현상 등이 발생한다. 천일염을 숙성하면 칼륨과 마그네슘 같은 간수 성분이 빠지는 이유, 초콜릿에서 표면에 지방이 보이는 블루밍이 발생하는 이유, 심지어 냉동고에 얼려진 아이스크림의 얼음 입자와 크기가 변하는 이유도 이 운동 때문이다.

단백질의 단단함은 외부로 드러나기도 한다. 손톱, 발톱, 부리, 코뿔소의 뿔과 같은 구조체는 겉보기부터 단단하다. 이들을 구성하는 케라틴은 상피 세포에서 가장 풍부한 구조적 단백질이며 콜라겐과 함께 동물에서 핵심적인 생체고분자이다. 케라틴은 높은 인성과 높은 탄성률을 모두 지닌 가장 단단한 생물학적 물질 중 하나로 미네랄은 거의 포함하지 않는다. 단지 복잡한 계층적 구조를 형성하여 동물의 단단한 조직인 양모, 깃털, 뿔 등을 구성하여 보호 및 방어, 포식 및 갑옷과 같은 다양한 기능을 효과적으로 수행한다. 이처럼 단백질이 세포를 지지하고 고정하고 보호하는 역할을 할 수 있는 것은 단백질을 치밀하게 배열하면 다른 어떤 것보다 강하고 견고한 구조물을 만들 수 있기 때문이다. 거미줄 같은 단백질은 같은 두께의 강철보다 훨씬 높은 강도와 탄성률을 가지고 있다. 단지 너무 가늘어서 약해 보일 뿐이다.