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밀단백질 : 글루텐과 반죽

밀가루
- 밀단백질 글루텐 : 글루텐 프리
- 밀가루 - 좋다
- 반죽


음식용어: 글루텐
세계 최초로 글루텐의 유용한 성질들을 발견한 것은 중국인이었지만, 글루텐에 유럽인들의 관심을 끌게 만든 것은 두 명의 이탈리아 과학자들이었다. 예수회 학자인 프란체스코 마리아 그리말디(Francesco Maria Grimaldi)는 1665년에 유작으로 출판된 광학에 관한 책에서 듀럼 세몰리나 밀로 만든 파ㅅ타용 도우에 두껍고 찐득찐득한 물질이 들어 있으며, 이 물질은 마르면 단단해지고 잘 바스러진다고 썼다. 그는 ‘접착제’를 뜻하는 라틴어를 이용해 이 물질을 ‘글루텐’이라고 명명했다. 다시 이 글루텐은 인도유럽어 어원인 ‘겔(gel-)’에서 나왔다. 이 어원에서 ‘구름(cloud)’, ‘지구(globe)’, ‘엉덩이 근육(gluteus)’, ‘조개(clam)’, ‘매달리다(cling)’, ‘점토(clay)’등, 그리고 ‘공 모양이 되다’, ‘고체 덩어리가 되다’, ‘걸쭉해지다’ 혹은 ‘끈적끈적해지다’ 등의 뜻을 가진 수많은 단어들이 파생되었다. 1745년에 잠바티스타 베카리(Giambattista Beccari)는 글루텐을 더 세심하게 연구한 끝에 이 물질이 동물에 특징적인 어떤 물질과 유사하다는 사실을 알아냈다. 말하자면, 우리가 현재 ‘단백질’이라고 부르는 것을 인지했던 것이다.

 


도우와 배터의 기본 구조와 그 산물들
밀가루는 참으로 신기하고 놀라운 물질이다! 다른 가루들은 아무리 물과 섞어도 단순히 무기력한 범벅밖에 되지 않는다. 그런데 밀가루를 그 무게의 절반 분량의 물과 섞은 조합에서는 흥미로운 현상이 생긴다. 처음에는 모양이 잘 변하지 않는 뭉친 덩어리가 된다. 그런데 시간과 정성을 들여서 반죽을 치대면, 그러한 성질이 사라지고 생기가 돌면서 가만히 내버려 두어도 지속되는 탄성이 생긴다. 밀가루 반죽이 다른 곡물 반죽들과 다른 것이 바로 이러한 응집성과 탄성이다. 가볍고 섬세한 질감의 빵, 얇게 벗겨지는 페이스트리, 비단결 같은 파스타를 만들 수 있는 것도 이러한 성질들 덕분이다.
빵, 케이크, 비스킷 등 다양한 빵 및 과자류와 파스타의 다양한 질감은 도우와 배터의 구조들에 의해 창조된다. 그 구조들은 세 가지 기본 요소로 구성되어 있는데, 물 ∙ 밀가루의 글루텐 단백질 ∙ 전분 알갱이가 그것들이다. 이러한 요소들이 힘을 합해 하나의 통합된 응집력 있는 덩어리를 만들어 낸다. 파스타에 치밀한 질감의 매끈함을 주는 것이 이러한 응집력이다. 도우, 페이스트리 반죽, 배터를 멀쩡한 상태로 종잇장처럼 얇게 펼 수 있는 것도 이러한 응집력 덕분이다. 빵과 케이크가 가볍고 부드러운 것은 단백질-전분 덩어리가 수백만 개의 미세한 거품들로 분리되어 있기 때문이다. 또 페이스트리가 얇게 벗겨지면서도 연한 것은 수백 개의 얇은 지방들에 의해 단절되어 있기 때문이다.
우리는 밀가루와 물의 혼합물을 이 두 주재료의 비율에 따라 도우와 배터로 구분한다. 일반적으로 도우는 물보다 밀가루가 많아서 손으로 다룰 수 있을 만큼 충분히 뻑뻑하다. 수분은 전량 글루텐 단백질과 전분 알갱이 표면에 묶여 있으며, 전분 알갱이들은 글루텐과 수분으로 이루어진 반고형의 그물구조에 박혀 있다. 한편, 배터는 밀가루보다 물이 많아 부을 수 있을 정도로 묽다. 물의 대부분은 자유로운 액체 상태이며, 글루텐 단백질과 전분 알갱이는 분산되어 있다.
도우와 배터의 구조는 한시적이다. 열을 가하면 전분 알갱이가 물을 흡수해 부풀며, 애초의 반고형 또는 액상이었던 구조가 항구적인 고형의 구조물로 변한다. 빵과 케이크의 경우에 그 고형의 구조물은 수백만 개의 공기주머니들이 빼곡히 들어차 있는, 전분과 단백질의 스펀지 같은 그물구조다. 제빵사는 이러한 그물구조를 ‘크럼(crumb)’이라고 부르는데, 이러한 ‘크럼’이 빵과 케이크 내용물의 대부분을 차지한다. 보통 ‘크럼’보다 건조하고 치밀한 질감의 바깥 표면은 ‘크러스트(crust)’라고 한다.

 

글루텐
도우의 작은 조각을 씹어 보면 더 작고 단단해지면서 껌 같은 탄성이 있는 덩어리가 남는데, 이 잔여물을 중국인들은 ‘면근,’ 즉 ‘밀가루의 근육’이라고 불렀고, 우리는 ‘글루텐’이라고 부른다. 글루텐의 주성분은 단백질인데, 자연계에서 발견되는 가장 거대한 단백질 분자가 포함되어 있다. 밀가루 도우에 생기를 주는 것도, 부풀린 빵을 만들 수 있는 것도 이 놀라운 분자들 덕분이다.

글루텐 단백질, 서로 달라붙는 긴 사슬을 형성한다 글루텐은 물에 용해되지 않는 몇 가지 밀 단백질들의 복잡한 혼합물이지만, 글루텐끼리 그리고 물 분자들과 제휴를 맺는다. 이 단백질들은 건조할 때는 움직이지 않으며 불활성이다. 그런데 물기를 머금으면 모양이 바뀌고, 상대적 위치를 이동하면서 서로 달라붙거나 혹은 결별한다.
단백질은 아미노산이라는 그보다 작은 분자들로 이뤄진 사슬 모양의 긴 분자다. 글루텐 단백질의 대부분을 차지하는 글리아딘과 글루테닌은 아미노산 1000여 개의 길이쯤 된다. 글리아딘 사슬은 작고 단단한 덩어리로 접혀 있으며, 서로 간에 또는 글루테닌 단백질들과 약하게 결합되어 있다. 이와 달리 글루테닌들은 여러 가지 방법으로 서로 결합해 전면적이고 강하게 결합된 그물구조를 형성한다.
글루테닌 사슬의 양 끝에는 황 함유 아미노산들이 있어서, 다른 글루테닌 사슬 끝에 있는 동일한 아미노산과 강력한 황-황 결합을 형성한다. 이러한 결합이 형성되려면 산화제-대기 중의 산소, 효모에 의해 생성되는 특정한 물질들, 또는 ‘도우 개선제’가 필요하다. 길고 용수철처럼 감겨 있는 글루테닌 분자의 중간 부분은 주로 유사한 아미노산들과 약하고 한시적인 결합(수소결합과 소수성결합)을 형성하는 아미노산들로 구성되어 있다. 이렇게 해서 글루테닌 사슬들은 말단과 말단이 서로 연결되어 수백 개 글루테닌 길이의 슈퍼 사슬을 형성하며, 코일처럼 감긴 부분들은 이웃한 글루텐 단백질들의 비슷한 부위들과 쉽게 수많은 한시적 결합을 형성하게 된다. 그 결과물이 코일처럼 감긴 단백질들이 광범하게 상호 연결된 그물구조, 즉 글루텐이다.
글루텐의 가소성과 탄성 빵 밀의 글루텐은 가소성과 탄성을 함께 갖고 있다. 다시 말해서 압력을 가하면 모양이 변하지만 압력에 저항하며, 압력이 사라지면 본래의 모양으로 되돌아온다. 가소성과 탄성이 결합된 덕분에 밀가루 도우는 효모에 의해 생성된 이산화탄소 가스를 담고 있을 만큼 팽창할 수 있으면서, 또 기포벽들이 터질 정도로 얇아지지 않을 만큼 저항력을 가진다.
글루텐의 가소성은 글루테닌들 사이에 섞여 있는 글리아딘 단백질의 존재에서 비롯된다. 글리아딘들은 작고 단단하기 때문에 마치 볼 베어링처럼 작용해 글루테닌들이 일부분이 서로 달라붙지 않고 미끄러질 수 있게 해준다. 탄성은 서로 연결된 글루텐 단백질들의 코일처럼 감기고 휘어진 구조에서 비롯된다. 반죽을 치대면 단백질 분자들이 풀리고 가지런해지지만 여전히 길이를 따라 둥글게 말리거나 휘어진 부분들이 남아 있다. 압력에서 벗어나면 이 분자들이 애초의 구부러진 모양으로 돌아가려는 경향을 보인다. 게다가 코일처럼 감겨 있는 개별 단백질들의 용수철 구조는 늘려져 미는 에너지의 일부를 저장할 수 있지만, 이 밀기가 중단되면 분자들은 애초의 작고 단단한 코일 형태로 되돌아간다. 이 현미경 크기의 사건들의 결과를 육안으로 확인 할 수 있으니, 바로 늘려졌던 도우가 원래의 모양으로 슬금슬금 되돌아가는 것이다.


글루텐의 이완 밀가루 도우의 또 다른 중요한 특징은 시간이 지남에 따라 탄성이 이완된다는 점이다. 시간이 지나도 도우의 탄성이 이완되지 않는다면 결코 갖가지 모양의 부풀린 반죽이다 파스타로 만들 수가 없다! 잘 발달된 도우의 경우, 단백질 분자들은 조직되고 정렬되어 있으며, 분자들은 조직되고 정렬되어 있으며, 분자들 사이에 수많은 약한 결합들을 형성한다. 워낙 그 결합의 수가 많아 단백질들이 그 자리에 굳건히 유지되며, 펼침에 저항력을 갖는다. 둥글게 빚은 도우가 탄탄하고 탱탱한 것은 그 때문이다. 그러나 분자들 사이의 결합이 약하기 때문에, 탱탱한 공 모양을 이루는 도우의 물리적 긴장은 서서히 일부 결합을 파괴하며, 그리하여 도우의 구조가 점차 납작해지며, 좀 더 쉽게 펴지는 덩어리로 이완되어 간다.
글루텐의 힘 통제하기 글루텐의 강한 탄성이 모든 빵과 과자류에 이익을 주는 것은 아니다. 효모 빵, 베이글, 퍼프 페이스트리에는 그것이 유용하지만, 그 밖의 페이스트리들, 부풀린 케이크, 팬케이크, 쿠키의 경우에는 바람직하지 않다. 이처럼 연한 음식들을 만들 때는 반죽을 할 때 의도적으로 글루텐의 형성을 제한한다.
글루텐의 강도와 반죽의 농도를 조절하기 위한 여러 가지 재료들과 기술들이 있는데, 그 중 몇 가지 예를 들면 다음과 같다.
ㆍ 사용하는 밀가루의 종류, 빵을 만들 때 쓰는 고단백 강력분을 사용하면 강한 글루텐이 형성되고, 페이스트리와 케이크를 만들 때 쓰는 저단백 박력분을 사용하면 글루텐이 약하게 형성된다.(파스타용) 듀럼 세몰리나를 쓰면 강하지만 가소성이 뛰어난 글루텐이 만들어진다.
ㆍ 밀가루에 산화제 – 숙성 및 개선제 – 를 타면, 글루테닌 분자들이 일렬로 연결되는 현상이 증가하며, 따라서 도우의 강도가 증가한다.
ㆍ 도우의 수분 비중, 그에 따라 글루텐 단백질의 농도, 글루텐 단백질들의 상호 연결 범위가 결정된다. 수분 비중이 낮으면 글루텐의 발달이 불완전해지며, 따라서 질감이 푸석푸석해진다. 수분 비중이 높으면 글루텐의 농도가 떨어져서 도우와 그것으로 만든 빵이 모두 말랑말랑하고 촉촉해진다.
ㆍ 밀가루 – 물 혼합물을 젓고 치대면, 글루텐 단백질을 늘리고 정렬해서 탄력적인 그물구조로 만든다.
ㆍ 소금은 글루텐의 그물구조를 크게 강화시킨다. 양전하를 띤 나트륨과 음전하를 띤 염소 이온들이 글루테닌 단백질들에서 전하를 띤 일부 구간에 집중적으로 몰려들어 전하를 띤 일부 구간에 집중적으로 몰려들어 전하를 띤 부분들이 서로 반발하지 못하게 함으로서 단백질들이 서로 더 가까이 다가가 더 광범하게 결합할 수 있도록 해주기 때문이다.
ㆍ 설탕은 부풀린 달콤한 빵에서 전형적인 농도인 밀가루 무게의 10퍼센트 내외에서 밀가루 단백질을 희석시킴으로써 글루텐의 발달을 제한한다.
ㆍ 지방과 기름은 단백질 사슬을 따라 늘어서 있는 소수성 아미노산들과 결합해 단백질 사슬들의 상호 결합을 방해함으로써 글루텐을 약화시킨다.
ㆍ 도우의 산도가 높으면 – 예컨대 사워도우 발효를 했을 때처럼 – 단백질 사슬을 따라 늘어서 있는 양전하를 띤 아미노산의 수를 증가시키고, 그리하여 사슬들끼리 반발하는 힘을 증가시킴으로써 글루텐의 그물구조를 약화시킨다.


전분
탄성이 있는 글루텐 단백질은 부풀어 오른 빵을 만드는 데 필수적인 요소다. 하지만 단백질은 전체 밀가루 무게 가운데 고작 10퍼센트를 차지하며, 전분이 70퍼센트를 차지한다. 전분 알갱이는 도우와 배터에서 여러 기능을 담당한다. 전분 알갱이들은 물과 함께 표면에 장력을 행사하며, 반죽 부피의 절반 이상을 차지할 뿐만 아니라, 글루텐 그물조직에 침투해 들어가 그것을 파괴함을써 반죽을 부드럽게 만든다. 케이크에서 전분은 조직을 구성하는 주요 성분이고, 글루텐은 많은 양의 물과 설탕 사이에 흩어져 있어서 조직을 단단하게 잡아 주지 못한다. 빵과 케이크를 굽는 동안, 전분 알갱이들은 물을 흡수해서 팽창하며 이산화탄소 가스 주변을 감싸는 단단한 벽을 형성한다. 그와 동시에 부풀어 오른 전분 알갱이들의 단단함이 기포의 팽창을 중지시키고, 그리하여 내부의 물방울들이 기포들을 터뜨리고 탈출할 수밖에 없도록 강제해 개별 기포들로 이루어진 거품이 연속적인 스펀지 조직으로 바뀐다. 만일 빵이나 케이크를 구울 때 이와 같은 화학적 과정이 일어나지 않는다면, 굽고 난 후에 차가워진 수증기가 수축해서 빵이나 케이크는 폭삭 주저앉고 말 것이다.

기포
부풀어 오른 도우와 배터를 가볍고 연하게 만들어 주는 것이 바로 기포다. 빵과 케이크는 전체 부피 가운데 80퍼센트가 빈 공간일 정도로 기포로 가득 채워져 있다! 기포는 그물조직을 절단해 글루텐과 전분 알갱이들의 그물조직을 약하게 만들어서, 그것을 기포 벽을 형성하는 수백만 개의 아주 얇고 섬세한 막으로 분할하다. 제빵사들은 그들의 제품에 기포를 형성시키기 위해 효모나 화학 발효제를 사용한다. 그러나 이러한 재료들이 새로운 기포들을 창조하는 것은 아니다. 기포의 이산화탄소는 반죽의 물속으로 배출되었다가 기왕에 있던 미세한 기포들 속으로 분산되어 들어가 그것들을 확대시킬 뿐이다. 이처럼 기왕에 있던 기포는 공기 기포들인데, 이것들은 애초에 제빵사가 반죽을 치댈 때나, 버터나 설탕을 섞어서 크림처럼 만들 때나, 달걀을 휘저어서 거품을 낼 때 생긴다. 그러므로 애초에 반죽에 공기를 주입하는 공정이 완성된 빵의 최종 질감에 지대한 영향을 미친다. 반죽을 만들 때 기포가 많이 생성될수록 최종 결과물이 더 섬세하고 부드러워진다.

유지: 쇼트닝
19세기 초반 이래로 ‘쇼트닝’은 반죽을 ‘짧게 만들거나’ 그 구조를 약화시켜 최종 제품이 더 연하도록, 또는 더 쉽게 얇게 일어나도록 만드는 유지나 기름을 뜻하는 단어로 자리 잡았다. 쇼트닝의 효과가 가장 잘 발현된 경우가 파이 크러스트나 퍼프 페이스트리다. 퍼프 페이스트리는 고형의 유지와 반죽을 한 겹씩 교대로 쌓아 올려 각각의 층이 별개의 페이스트리 층으로 구워지도록 만든 것이다. 케이크와 보강 빵의 경우에도 지방은 이처럼 선명하지는 않지만, 여전히 중요한 역할을 한다. 여기서는 유지와 기름 분자들이 글루텐이 강한 기름진 빵(예를 들면, 이탈리아의 파네토네)을 만들려면, 밀가루와 물만 섞어서 치대 글루텐을 발달시킨 다음에 유지를 넣으면 된다.
유지와 그 친척 물질들은 빵과 케이크의 최종적인 구조의 형성에도 간접적이기는 하나 중요한 역할을 담당한다. 소량만 넣어도 상당한 정도로 부피가 늘어나고 질감이 가벼워지기 때문이다.

도우와 배터의 재료들: 밀가루
다른 곡물과 씨앗도 사용할 수 있지만 우리에게 가장 친숙한 빵과 과자류, 파스타는 밀로 만들어진다.
밀의 종류
현재 재배되는 밀은 여러 종류이며, 종류별로 특징과 사용처가 다르다. 대표적인 종류가 빵 밀이다. 이 밀의 가장 중요한 차별적 특징은 글루텐 단백질의 비중과 성질이다. 높은 단백질 비중과 강한 글루텐은 대체로 단단하고, 유리질이고, 반투명한 밀알과 일치한다. 경질 밀은 미국 밀의 75퍼센트를 차지한다. 미국 밀의 20퍼센트를 차지하는 연질 밀은 경질 밀에 비해 다소 약한 글루텐 단백질이 그보다 소량 들어 있다. 듀럼밀 역시 또 다른 별도 종으로, 주로 파스타를 만들 때 사용된다.
단백질 비중에 따른 분류에 더해, 북미 밀은 생장 습성과 알곡의 색깔에 따라 이름이 붙는다. 봄밀은 봄에 파종해서 가을에 추수하는 반면, 겨울밀은 늦가을에 파종해서 파종해서 모종 상태로 겨울을 나고 이듬해 여름에 추수한다. 가장 흔한 밀 품종들은 붉은색으로, 이 품종들의 씨껍질은 페놀화합물들로 인해 적갈색을 띤다. 페놀화합물 비중이 훨씬 낮고 씨껍질이 옅은 황갈색인 흰색 밀은, 기울을 전부 또는 일부 함유하고 있는 그 통밀가루 및 완성품이 밝은 색깔을 띠고 있다는 점과 덜 떫고 ‘단’맛이 난다는 점 덕분에 점점 더 인기가 높아지고 있다.