[식품 가공 및 저장학] 식품과 효소 1탄

식품과 효소

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1. 개관

 효소는 사람을 포함한 동물, 식물, 미생물 등 생체 내에서 발생하는 각종 화학반응의 속도를 촉진하고 화학반응을 조절하는 촉매 역할을 한다. 이러한 효소는 식품의 원료인 농수축산물 내에도 존재하며, 식품의 가공 및 저장 중이나 가공 후에 각종 화학반응을 촉진할 수 있으므로 식품의 품질에 많은 영향을 미친다. 따라서 효소가 관여하는 반응의 특성이 식품의 품질에 나쁜 영향을 미친다면 이를 방지하거나 억제해야 하며, 좋은 영향을 미치는 경우에는 효소의 반응을 촉진해야 한다. 이 장에서는 효소의 특성을 알아보고 식품의 가공 및 저장 공정 중에 이용되는 다양한 효소에 대해 학습하고자 한다.

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2. 효소

 효소(enzyme)란 생체 내에서 각종 화학반응을 촉진하는 물질로, 주성분은 단백질이며, 생체촉매라고도 한다. 모든 화학반응은 반응물질 외에 미량의 촉매가 존재함으로써 반응속도가 현저히 빨라진다. 효소가 반응속도를 촉진하는 것은 반응물이 필요로 하는 활성화 에너지를 낮추어 결과적으로 많은 반응물이 쉽게 반응할 수 있도록 돕기 때문이다. 활성화 에너지란 반응물이 반응을 일으키기 위해서는 일정량 이상의 에너지가 필요한데, 이때 필요한 에너지를 말한다.
 동물, 식물, 미생물 내에서는 많은 반응이 일어나는데 거의 모든 화학반응에 효소가 관여한다. 한 종류의 효소는 특정한 반응에만 관여하므로 생체 내에는 수많은 효소가 존재하며, 현재 2,000여 종이 알려져 있다. 효소는 반응 조건이 효소작용에 적당하다면 어디서나 일어날 수 있다. 따라서 식품과 식재료의 저장이나 조리, 가공 중은 물론 그 이후에도 효소반응이 일어날 수 있다. 이런 효소의 작용이 우리의 목적에 유리하다면 그 작용을 촉진하고, 반대로 불리하게 작용한다면 그 작용을 억제해야 한다. 이것이 식품의 가공 및 저장에 영향을 미치는 효소에 대한 기본적인 대응 전략이다.

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3. 효소의 명명법 및 분류

 효소의 명칭은 관용적으로 사용하는 명칭과 효소작용의 대상이 되는 물질인 기질과 관련된 명칭, 효소가 관여하는 반응에 따른 명칭이 있다.
 관용적 명칭은 초기에 효소가 많이 발견되면서 비롯된 것으로 특별한 규칙 없이 명명되었다. 펩신, 트립신, 다이아스테이스 등이 초기에 명명된 이름들이다, 그 후 1964년 국제생화학연합회의 효소위원회에서 효소를 여섯 종류로 분류하고 기질과 반응을 기본으로 하여 어미에 -ASE를 붙이기로 하였다. 또한 일반적으로 효소명은 어떤 화합물이 어떤 화학적인 변화를 받는지 알 수 있도록 ‘기질 명+반응 형식+ASE’의 형태로 표현하기도 한다. 즉, ‘lactate dehydrogenase’로 명명된 것을 통해 젖산의 탈수소반응을 촉매하는 효소임을 알 수 있다.

(A) 대분류 등급에 따른 효소의 구분

 연구가 진행되면서 많은 효소가 발견됨에 따라 효소들을 체계적으로 분류하는 방법이 수립되었다. 1961년 제1회 국제효소위원회의 권고에 따라 효소의 분류는 코드(code) 번호로 표시하고 있는데, 그 효소의 코드 번호는 다음과 같은 사항을 의미한다. 즉, 현재 국제적 규약에 따라 효소를 크게 여섯 군으로 분류한다. 이 대분류(class)는 효소가 촉매하는 반응의 화학적 종류에 따라 분류한 것이다.

(1) 산화환원효소

 산화환원효소는 산소나 수소, 전자의 이동과 같은 산화환원반응을 촉매하는 효소이다. 여기서 어떤 물질이 산화된다는 의미는 어떤 물질이 산소와 결합하거나 수소나 전자를 잃는 반응을 말하며, 환원은 그 반대의 반응을 말한다. 효소의 이름은 대개 수용체-산화환원효소의 형식으로 표시하거나 탈수소효소 또는 환원효소로 표시한다. 산소가 수용체일 때만 산화효소라는 용어가 사용된다. 산화환원효소의 종류에는 탈수소효소, 환원효소, 산화효소, 카탈레이스, 페르옥시데이스 등이 있다.

(2) 전이효소

 전이효소는 한 기질에서 다른 기질로 작용기 또는 원자단을 옮기는 반응을 촉매하는 효소를 말한다. 효소의 이름은 대개 수용체기-전이효소의 형태로 표시한다. 이러한 전이효소에는 아미노기 전달 효소, 메틸기 전이효소, 헥소키네이스 등이 있다. 이 효소 중에서 인산 전이효소가 중요한데, ATP 말단의 인산기를 다른 물질로 옮기는 효소를 키네이스라고 한다.

(3) 가수분해효소

 가수분해효소는 물 분자를 더하면서 기질 내의 에스터, 에터, 펩타이드, 글리코실 결합 또는 탄소 사이의 공유결합을 분해하는 효소이다. 대부분은 가수분해효소로 표시하거나 기질 명에 접미어 -ASE를 붙인다. 가수분해효소는 기질인 전분과 단백질, 지방에 따라 각각 아밀레이스, 프로테니스, 리페이스 등이 있다.

(4) 제거 효소, 탈리 효소

 제거 효소, 탈리 효소는 가수분해가 아닌 방법으로 기질에서 카복실기, 알데하이드기, 물 또는 암모니아 등의 원자단을 분리하고 기질에 이중결합을 생성하기도 하며, 반대로 이중결합에 이 원자단을 부가시키는 반응을 하기도 한다.
효소의 이름은 기질-기-lyase로 표시하거나 디 카복실레이스, 압돌레이스, 디하이드라테이스 등으로 나타낸다.

(5) 이성화효소

 이성화효소는 분자 내에서 상호 변화, 즉 이성화 반응을 촉매하는 효소로 분자의 D형, L형, 입체배위를 바꾸는 한편, 에놀형을 케토형으로 바꾼다. 그러나 기질을 분해하거나 산화시키지는 않는다. 이성화 반응의 형태에 따라 이성화효소, 라세미화효소, 뮤테이스 등으로 명명된다.

(6) 합성효소

 

 합성효소는 2개의 화합물을 서로 연결함으로써 결합 형성을 위한 반응을 촉매하는 효소이다. 효소의 이름은 X: Y ligase 또는 X : Y synthetase로 표시한다.