마이야르 반응, Maillard reaction
프랑스의 의사 겸 화학자 루이 카미유 마이야르(Louis Camille Maillard, 1878~1936)가 1912년 발견해 공표한 화학 반응으로, 한국에서는 스펠링을 보고 마일라드, 메일라드 등의 발음하기도 한다. 실제로 일본에선 메일라드 반응(メイラード反応)이라고 부른다. 프랑스어가 아닌 영어 발음은 이 발음이기 때문.
요리에서 흔히 쓰이는 것으로 알려져 있지만 본래 마이야르는 요리엔 아무 관심없이 인체 세포 속에서 아미노산과 당이 어떻게 반응하는지를 연구하다 발견한 것으로, 나중에서야 이 반응이 요리에서 늘상 일어난다는 걸 깨닫게 된 것이다.
마이야르 자신도 150여 편의 논문 가운데 하나 정도로 생각했던 마이야르 반응 논문은 그러나 20세기 중반 식품업계에서 음식이 요리될 때 일어나는 화학반응에 대해 본격적으로 연구를 시작하면서 재조명됐다. 특히 1953년 미국 농무부의 화학자 존 호지가 마이야르 반응의 구체적인 메커니즘을 밝힌 논문을 발표하면서 확고한 자리매김을 했다. 그래서 지금도 그의 업적을 인정해 ‘마이야르-호지 반응’이라고 불러야 한다는 목소리도 있다.
발생 조건
반응물
환원당과 아미노기를 가지는 화합물(단백질) 사이에서 일어난다. 식품의 가열, 조리 또는 저장 중 일어나는 갈변이나 향기의 생성에 관여한다. 우리 몸에서도 일어난다. 다른 말로는 아미노 카보닐 반응이라고도 하며 아미노기와 카보닐기가 합쳐져 특유의 색과 향을 생성하는 반응이다.
온도
마이야르 반응은 최초로 발견된 사례가 체온 하에서의 반응이었고, 간장 및 된장을 만들 때 발효와 함께 일어나는 숙성과정의 정체 역시 마이야르 반응이란 점에서 알 수 있듯 저온에서도 발생한다. 그러나 요리에 활용할 수 있을 만큼 짧은 시간 안에 식품 표면의 수분을 증발시키면서 충분한 반응을 일으키려면 120°C 이상의 온도가 필요하며, 175~180°C 정도에서 그 속도가 가장 빠르다. 그리고 이보다 온도가 높아지면 당이 혼자서 갈변하는 캐러멜라이징 반응이 강해져 마이야르 반응이 상대적으로 약해진다. 튀김을 180°C 이상에서 조리하고, 오븐의 기본 예열 온도가 180°C로 정해진 것도 이 때문이다.
발생 과정
1단계
아미노기 + 카보닐기 > 글루코실아민 > 케토세아민 (이때 케토세아민으로 변하는 도중 아마도리 전위에 따라 반응속도가 결정되며 이 반응의 반응속도가 이후 전체의 반응 속도를 결정한다.)
케토세아민은 케토 폼과 에놀 폼으로 구성되는데 에놀 폼의 반응성이 더 커서 케토 폼만 남게 된다.
2단계
케토세아민이 산화되어 3-데옥시오존 > 3.4-다이데옥시오존 > 5-hmf > reductone 순으로 변화한다.
3단계
reductone과 나머지 산화생성물들이 멜라노이딘 반응을 일으켜 색소를 생성하고 반응이 끝난다.
aldol : reductone > 알코올 + 카보닐
strecker : reductone + 아미노기 > 알데하이드 + 기타 생성물
타는 것과의 차이
열을 가해 반응을 일으킨다는 점 때문에 일반인들의 이해 방식으로는 '약하게 타는 것'으로 보인다. 결국 마이야르 반응과 타는 것을 가르는 것은 곧 굽는 것과 태우는 것의 구별이라고도 할 수 있다.
마이야르 반응은 화학반응 후 색소와 다른 몇몇 물질이 생겨 음식의 풍미를 더하지만 음식을 태우는 것은 더 높은 온도에서 연소가 진행되어 그을음 등이 생기는 것이다. 200°C 까지는 마이야르 반응이 일어나지만 그 이상의 온도로 올라가게 되면 마이야르 반응이 약하게 일어나다가 타기 시작한다.
마이야르 반응이 일어난 결과 환원당이 산화된다는 것은 연소와 같지만 연소는 중간과정 다 제끼고 산화가 끝까지 진행되어 이산화탄소와 물, 그리고 그을음으로 나오는 탄소 덩어리만을 남기는 것이라면 마이야르 반응은 여러 종류의 산화반응들 중 풍미와 색을 나타내는 화합물이 만들어지는 단계까지만 진행되고 더 이상 산화가 진행되지 않는 것이라고 할 수 있다. 즉 엄밀한 의미에서 '약하게 타는 것'은 고기의 매우 적은 부분이 산화가 끝까지 진행되고 나머지 부분에서는 산화가 일어나지 않는 것이라면 마이야르 반응은 넓은 부분에서 산화가 일부만, 그것도 특정한 경로로 진행되는 것이다.
캐러멜라이징과의 차이
조리 중 음식이 갈색으로 변하는 현상을 설명할 때 캐러멜화(caramelize)와 혼동되는 경우가 있는데, 캐러멜화는 단백질 없이 당분만 있는 상태에서 일어나는 별개의 현상이다.
최종 당화 산물
이 반응의 결과로 일명 '당독소(glycotoxin)' 라고 불리는 최종당화산물이 생성된다. AGE(Advanced Glycation Endproducts)에 대한 의학 연구에 의하면, 이 물질이 신체의 노화와 각종 대사 질환을 유발하거나 촉진시킨다고 한다.자세한 내용은 여기를 참조. 적색육이 WHO IARC에 의해 2급 발암물질로 지정되었는데, 그 핵심적인 이유가 적색육을 불에 굽게 될 경우 많은 양의 최종당화산물이 발생되기 때문이다. 직화>팬에 굽기>삶기 순으로 최종당화수산물의 발생량이 달라진다.
생기는 맛과 향
감칠맛, 꽃향기, 양파향, 고기향, 녹색채소들의 향, 초콜릿향, 감자향, 흙냄새 등등 다양한 맛과 향을 내지만 일반적으로는 감칠맛 그 자체가 맛의 대부분을 이룬다고 보면 된다.
고기를 구울 때 생기는 갈색 크러스트나 식빵의 갈색 껍질이 마이야르 반응의 결과물이다.