통합 실험 및 분자 시뮬레이션 접근법을 통한 지속 가능한 식품 가공 기술 발전
Schrödinger 와 매사추세츠 대학교(UMass) 간의 공동 연구에서 프로라민 제인과 그 제형들을 활용하여, 유변학적 및 구조적 특성, 압출성, 식감 특성, 그리고 그 기저에 있는 분자적 메커니즘을 종합적으로 조사하였다.
요약
- 질감을 개선하고 에너지 소비를 줄이면서, 최대 50% 더 낮은 온도에서 육류 대체품을 제조할 수 있음을 입증함으로써, 열에 민감한 원료를 포함할 수 있는 길을 열었다.
- 분자 시뮬레이션을 통해 원료 간의 상호작용과 구조 형성, 식감, 압출성에 작용하는 분자적 메커니즘에 대한 시각적 이해와 심층적인 통찰력을 얻어, 식품 배합 최적화 과정을 가속화했다.
- 분자 시뮬레이션을 실험적 접근법에 통합하는 것의 효율성과 효과성을 입증하였다
접근 방식
Schrödinger 와 UMass의 과학자들은 제인(zein)을 주성분으로 한 육류 대체 식품의 주요 특성과 압출 성능을 규명하기 위해 실험 및 전산 시뮬레이션을 통한 포괄적인 연구를 수행했다. 실험은 UMass의 과학자들이 진행했다. 자체 개발한 CG Martini 힘장 매개변수를 활용한 분자 및 컴퓨터 그래픽( coarse-grained , CG) 시뮬레이션은 Schrödinger Materials Science Suite, Desmond 분자동역학 엔진, 그리고 OPLS4 힘장을 사용하여 수행되었다.
- 다양한 온도 및 pH 조건에서 제인의 거동 양상을 파악하기 위해, 유변학적 분석과 분자 동역학 시뮬레이션( 분자동역학 )을 결합하여 제인의 텍스처 형성 특성을 규명하였다.
- pH 3~6 조건에서 복합체의 겔화 거동을 파악하기 위해, 3종의 단백질을 선정하여 제인(건물 함량 20%)과 혼합한 후 가열 처리를 실시하였다.
- 이전에 육류 대체품에 사용된 바 있는 세 가지 유형의 하이드로콜로이드를 선별하여 최적의 하이드로콜로이드 혼합물을 확인하였다
- HA-겔란 검 및 전분 성분(즉, 아밀로스)의 존재가 압출 공정 매개변수 및 식감 특성에 미치는 영향을 연구하였다
- 분자 수준에서 구조와 형태를 연구하고 성분 간 상호작용의 원동력을 파악하기 위해, 고온 및 이상적인 pH 조건에서 coarse-grained 분자동역학 시뮬레이션을 수행하였다.
전망
과학자들은 보다 지속 가능한 식품 제형을 개발하기 위한 효율적인 복합적 접근법을 입증했다.1,2 맞춤형 콜로이드 상호작용(이 경우 특히 소수성 상호작용)을 제공하는 적절한 원료를 선정함으로써, 유사한 식감 특성을 유지하면서도 가공 매개변수(예: 더 낮은 T)를 상당히 조정하고 개선할 수 있다. 향후 연구에서는 소수성 단백질이 저온에서 이방성 구조를 형성하도록 조절되는 상세한 기전을 규명하는 것과 더불어, 이러한 단백질의 새로운 공급원을 모색하는 데 우선순위를 두어야 한다.
참고 문헌
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제인의 구조 형성 특성에 대한 분자적 고찰 및 호르데인과의 유변학적 비교
Devnani B 외. Future Foods, 2024, 10, 100503.
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소수성 식물 단백질-다당류 복합체는 저온에서 이방성 질감을 지닌 고수분 압출 제품을 생산할 수 있게 해준다
Tan NK 외. Food Hydrocolloids, 2026, 170, 111711.