결정과당 2

[동의보감]

 

물리학적 특성 1

당도

1) 강도(Intensity)

결정과당은 가장 당도가 높은 천연 당이다. 단맛을 즉시 느낄 수 있고 다른 어떤 감미료보다도 감미 발현이 빠르다. 또한 상대적으로 당도가 높아 보다 적은 양으로 일정 수준의 당도에 도달할 수 있어서 칼로리 섭취를 줄일 수 있다. 당도의 실제 값은 온도, pH(변광회전 참고) 및 농도 등의 사용 환경에 따라 달라진다. 결정과당의 농도가 증가할수록 감미 포화(sweetener saturation) 때문에 인지되는 상대적인 당도는 감소한다. 여기에서 감미의 포화란 수용체가 대부분 감미료와 결합하여서 더 이상 감미료에 의한 자극을 받아들이거나 감지할 수 없는 상태를 말한다. 냉동 후식 류 등에서 결정과당은 설탕에 비해 1.8배의 당도를 가지는 것으로 간주되고 있다.

2) 시너지 효과(Synergy)

결정과당은 다른 종류의 강한 감미료와 병용하여 당도의 시너지 효과를 낼 수 있다. 예를 들면, 결정과당과 설탕을 50/50으로 섞으면 10%의 건조물질로 128의 상대적인 당도를 가질 수 있다. 설탕과 결정과당 자체만으로 된 용액은 동일한 농도와 양에서 각각 100과 117의 상대적인 당도를 가진다.

나아가, 사카린과 사이클라메이트 같은 강한 감미료를 결정과당과 혼합하면 마찬가지로 시너지 효과를 낼 수 있다. 예를 들어 3%의 결정과당과 0.188%의 사카린을 섞으면 (이론적으로 5% 설탕 용액과 동일한 당도를 가짐) 섭씨 5도에서 만든 7.9%의 설탕 용액과 동일한 당도를 가진 용액을 만들 수 있다.

3) 변광회전(Mutarotation)

결정상태에서 결정과당은 오직 β-D-fructopyranose의 형태로만 존재한다. 수용액 속에 용해되면, 빠른 변광회전이 일어나 4개 또는 5개까지 결정과당 호변이성체(tautomers)가 형성된다. 결정과당 용액의 상대적인 당도는 당도가 보다 높은 pyranose isomer와 확실히 당도가 낮은 furanose isomer 사이의 평형 정도에 달려있다.

이러한 변광회전 평형은 주로 온도에 의해 영향을 받으며, pH에 의해서는 상대적으로 적은 영향을 받는다. 차고 다소 산성을 띠는 결정과당 용액에서는 변광회전이 서서히 일어나고 당도가 더 높은 pyranose isomer가 더 우세하며, 인지되는 당도가 증가한다.

고온에서는 변광회전이 빠르게 일어나고 당도가 좀 더 낮은 furanose isomer 의 형성이 증가하여, 결과적으로 인지되는 당도가 상대적으로 감소한다.

물리학적 특성 2

감미특징(Taste Masking)

결정과당은 쓴맛과 금속성 맛과 뒷맛을 감추어 주는 효과가 있다. 이는 특히 강한 감미료를 사용한 경우에 있어 그렇다. 독립적인 연구 결과 사카린 또는 아세설팜칼륨(acesulfame-K)의 용액(총 당도는 설탕 10%와 같음)에 1% 결정과당 용액을 섞으면 강한 감미료 용액과 비교하여 맛이 현저히 좋아진다.

향미증진(Flavor Enhancement)

결정과당은 감미발현이 빠르고 빨리 사라지므로 단맛이 오래 지속되지 않아 깔끔하며 음식의 향을 강화시켜 주는데, 과일과 시나몬, 바닐라와 초콜릿 등에서 특히 그러하다. 따라서 향료나 산미료의 첨가량을 줄일 수 있다.

용해도(Solubility)

결정과당은 용해도가 가장 높은 감미료 중 하나로써, 같은 농도와 온도에서 설탕이나 포도당보다 높은 용해도를 나타낸다. 따라서, 결정과당은 빠른 기력회복을 위한 분말 혼합 음료와 후식에 적합하다. 또한 결정과당은 설탕에 비해 알코올에 대한 용해도도 높아 고농도의 건조분말을 사용한 가당 주류의 생산에도 적합하다. 이러한 특성은 주류와 주류를 함유한 초콜릿 생산에 응용할 수 있는 이점으로 작용한다.

점도(Viscosity)

동일 고형 농도상에서 비교하였을 때 결정과당 용액의 점도가 설탕 용액의 점도에 비해 낮게 나타난다. 필요에 따라 제품의 수분 함량을 감소시키거나 고분자 물질의 함량 또는 겔화제를 증가시킴으로써 점도를 증대시킬 수 있다. 전분을 주로 사용한 제품에서 결정과당 시스템은 상대적으로 겔화 온도가 낮아 포도당 또는 설탕을 함유한 동일 시스템에 비해 최종 점도가 높게 나타난다.

어는점 내림(Freezing Point Depression)

감미료의 어는점 내림은 입안에서 느끼는 감각과 냉동제품의 처리에 큰 영향을 미친다. 결정과당은 동일 농도의 설탕에 비해 어는점 내림값이 더 크다. 결정과당을 사용하면 냉동 유제품을 냉동고에서 바로 부드럽게 퍼낼 수 있다. 단, 결정과당을 이용한 냉동 후식 류는 그다지 부드럽지 않다. 왜냐하면 결정과당은 상대적으로 당도가 높아 설탕에 비해 사용량이 적기 때문이다.

결정과당은 또한 냉동 시 발생하는 물 결정으로 인한 손상으로부터 제품을 어느 정도 보호해 주고 과일 조각과 얇게 발린 소스가 딱딱하게 굳는 것을 방지해 준다.

흡습성(Hydroscopicity and Humectancy)

권장 보존 상태에서 보관할 경우 실온 상태에서 안정적이며 자유롭게 흐르는 성질을 유지한다. 60% 이상의 상대 습도에서는 수분 흡수가 현저히 증가하므로, 생산/포장 지역에서는 대기내 습도 조절에 각별히 신경을 써야 한다. 수분차단 포장을 권장한다. 나아가 방향제 포장 제품의 경우 상대적으로 부피 대 표면적의 비율이 높아 수분의 침투가 용이하므로 고화 방지제를 첨가해야 할 필요가 있다.

결정과당은 효율적인 보습제이며 케익, 빵 그리고 기타 식품을 신선하고 촉촉하게 유지하는데 특히 유용하다.

수분 활성도(Water Activity)

가당제의 수분 활성도는 제품의 미생물학적 안정성과 신선함에 영향을 미친다. 결정과당은 설탕에 비해 수분 활성도는 낮고 삼투압은 높다. 쨈과 과일 가공물과 같은 제품은 유통기한을 줄이지 않고 한 단계 낮은 건조 물질 레벨(즉, 저가당 형태)에서 생산할 수 있다.

단, 동일한 설탕 제품의 질감을 재현하기 위해 증점제 또는 겔화제를 첨가해야 할 수 있다.

안정성(Stability)

화학적/열적 측면
결정과당은 ketose 형태의 단당으로 화학적으로 활성도가 매우 높다. 아미노기와 작용하여 마이얄 반응(비효소 갈색 착색)을 쉽게 일으키는 성질이 있다. 또한 설탕에 비해 고온에서 쉽게 분해되어 hydroxymethylfurfural과 당도가 매우 낮거나 거의 없는 물질을 형성한다(카라멜화 과정). 결정과당을 함유하고 있는 제빵류의 경우 굽는 온도를 보통 섭씨 25도 정도 낮추는 것이 바람직하다.

결정과당은 공기와 열에 비교적 안정적이나 물을 흡수하는 성질이 있다. 원래의 밀봉 포장상태로 섭씨 25도 이하의 온도와 60%이하의 상대습도에서 보관한 제품은 최소한 1년 이상 안정성을 유지할 수 있다.

미생물학적 측면
결정과당 용액은 낮은 수분 활성도로 인해 동일 질량의 설탕에 비해 미생물의 증식에 보다 높은 저항성을 나타낸다.