달걀(chicken egg)의 화학
흰 자위는 왜 희고 노른자위는 왜 노란가
대형 식품점에는 달걀(계란)이 빼곡히 진열되어 있다. 지금은 대량 생산으로 손쉽게 구할 수 있는 달걀이지만 과거에는
귀한 식품의 하나였다.
그래서 짚 꾸러미에 12개(혹은 10개)를 담아서 명절 선물로 주고 받았던 풍경이 장 노년층에게는 그리 낯설지 않다. 전
국민이 가난했던 시절에는 국민학교 소풍 혹은 운동회 날에 김밥 도시락에 삶은 달걀 1-2개는 약방의 감초처럼 빠지
지 않았다. 그 만큼 달걀과 달걀 반찬은 특별한 날에 먹는 혹은 귀한 손님을 대접 할 때 사용되는 귀한 음식이었다. 이
번에는 달걀과 관련된 화학에 대해 알아보자.
달걀은 하나의 세포로, 크게 노른자위(난황), 흰자위(난백), 껍질(난각)로 구성되어 있다. 달걀의 대부분을 차지하는 흰
자위는 약 90%가 물이고, 나머지 약 10%가 단백질이다. 단백질은 많은 종류의 아미노산이 결합된 거대 분자이며, 물
을 싫어하는 소수성 사슬과 물을 좋아하는 친수성 사슬이 혼합되어 있다. 그런데 흰자위는 소량의 단백질이 많은 물에
녹아 있는 액체이다. 그러므로 흰자위 단백질 대부분은 구에 가까운 구조 (globular protein)를 하고 있다. 그것은 극성
을 띤 물에서 안정하게 녹아 있으려면 단백질의 외부는 친수성 사슬로 내부는 소수성 사슬로 된 형태가 되고, 표면적
을 최소화시켜 소수성 부분의 노출을 최대로 줄이는 구의 형태가 유리하기 때문일 것이다.
흰자위 단백질의 변성: 온도와 염의 효과
흰자위 단백질에서 가장 높은 비중을 차지하는 것은 오발부민(ovalbumin)으로, 비중은 약 60% 다. 오발부민은 모두
385개의 아미노산으로 구성된 단백질로 알려져 있다. 다른 단백질과 마찬가지로 오발부민도 온도, pH 변화에 따라 변
성이 된다. 삶을 때 단백질은 열에 의해 변성이 진행된다. 가열되면 구 모양의 단백질 내부로 많은 물 분자들이 강제로
침투하여 더 이상 소수성 사슬끼리 뭉쳐진 구 모양을 유지하기 힘들다.
열 혹은 물의 작용으로 구 단백질은 길게 펴지고, 그것은 근처에 위치한 또 다른 펴진 단백질과 상호작용이 활발해진
다. 소수성 사슬들이 물과의 상호작용을 피해서 자기들끼리 서로 결속하기 때문에 단백질은 더욱 잘 뭉쳐져 젤 형태로
변한다. 열이 더 가해지면 젤 상태의 단백질 내부에 물리적으로 갇혀 있던 물 분자마저 빠져 나오면서 더욱 단단한 고
체로 변한다. 젤 형태의 반 고체만 되어도 반사되는 빛이 많아져 불투명한 상태가 된다. 달걀을 삶은 물이 간혹 흰자위
의 찌꺼기로 혼탁한 경우가 있다. 그것은 온도에 의한 변성이 되기 전에 흰자위 단백질이 깨진 껍질의 틈으로 흘러나
온 후에 온도의 변성으로 형성된 찌꺼기가 떠돌아 다녀서 그렇게 되는 것이다.
그런 현상은 삶을 때 물에 약간의 소금을 첨가하면 예방이 가능하다. 물과는 달리 소금물에서는 틈으로 빠져 나온 흰
자위 단백질이 곧 바로 염에 의해 변성이 되어 그 틈을 재빨리 메울 수있다. 틈으로 흘러나온 구 단백질 겉면의 친수성
사슬은 나트륨이온 혹은 염소이온으로 인해서 순수한 물에 있을 때 보다 더 활발한 상호작용이 일어난다. 그 결과 단
백질 사슬이 더 펼쳐지면서 단백질 사슬끼리 소수성 상호작용이 강해져서 뭉쳐지면 틈을 메울 수 있다. 소위 말하는
단백질의 염석(salting out)이 진행되어 깨진 틈을 막는 것이다. 두부를 만들 때 간수를 첨가하면 콩 단백질이
덩어리가 되는 것과 같은 이치이다.
노른자위의 화학물질과 콜레스테롤
노른자위는 루테인(lutein)과 제아잔틴(Zeaxanthin) 같은 화학물질이 때문에 색이 노랗다. 항 산화작용 능력을 갖춘 이
화학물질은 눈의 망막과 황반(maculalutea)에 축적되어 눈을 보호해 준다. 짧은 파장의 가시광선 혹은 자외선으로
때문에 생성된, 눈 건강을 해치는 활성 산소 (혹은 자유 라디칼)을 없애주는 고마운 물질이다. 또한 노른자위는 약 200
밀리그램의 콜레스테롤과 약 5 그램의 지방을 포함하고 있다. 아주 위험한 상태의 고지혈증 환자는 주의를 해야 되겠
지만, 일주일 1-2번 달걀을 먹는다고 콜레스테롤 수치에 크게 영향을 줄 것 같지 않다. 왜냐하면 콜레스테롤의 약
80%는 먹은 음식을 원료로 간에서 자체 생산되며, 약 20% 는 섭취한 음식에서 보충되기 때문이다. 하루에 간에서 생
산되는 콜레스테롤의 양이 약 1000 밀리그램 정도 이므로, 달걀에 포함된 양이 그렇게 많다고 볼 수는 없다.
콜레스테롤은 답즙산, 남성 호르몬, 여성 호르몬은 물론 세포 막을 형성하고 유지하는데 필수적인 물질이다. 각종 생리
활성물질의 생산에 필요한 원료로 이용되고 있다. 심지어 피부에 햇볕을 쬐어 비타민 D를 형성하는 과정에도 콜레스
테롤이 필요하다. 노른자위의 단백질은 흰자위보다 조금 적지만, 지용성 비타민(A, D, E)은 훨씬 더 많이 녹아 있다. 거
의 물로 이루어진 흰자위에는 지용성 물질이 녹아 있기 힘들기 때문이다. 삶은 달걀의 노른자위 색이 검푸르게 변한
것을 볼 수 있다. 그것은 대개 노른자위와 흰자위의 접점에서 형성된다. 색은 노른자위에 포함된 철 이온과 단백질의
분해로 형성된 황화이온이 반응하여 황화철(FeS,Fe3S2)이 형성되었기 때문이다. 흰자위 단백질에는 황을 포함하는 아
미노산인 시스테인(cysteine)이 포함되어있다. 가열 변성된 흰자위의 단백질에서 형성된 황화수소(H2S) 가스는 점점