유제품 단백질은 탁월한 기능과 영양적 가치, 미각적 특징으로 인해 전 세계 식품·음료 제조업계의 각광을 받고 있다. 고단백식품에 대한 소비자의 관심이 높아지면서 미국에서는 새로운 유제품 원료의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이 같은 유단백질의 인기는 피로근육의 회복과 포만감을 높여 체중 조절을 돕는다는 최신 연구 결과에서 비롯됐다.

이러한 연구 결과는 그리스 요거트, 단백질 음료, 아침식사 대용 단백질 식품에 대한 미국 및 서방국가에서의 수요 급증에도 영향을 주었다. 이노바 마켓 인사이트(Innova Market Insights)의 자료에 따르면 단백질 제품 중에서 가장 큰 성장세를 보인 것은 유제품 분야로, 전 세계적으로 단백질 성분 함유 표시가 된 유제품은 2013년 기준 15% 이상 증가했다.

그러나 유단백질 원료의 종류가 워낙 다양해 식음료업체들은 개발하고자 하는 제품의 기능적인 목적에 따라 가장 잘 맞는 원료를 선택 사용하는 것이 매우 중요하다.

◇ 우유단백과 유청단백

유단백질 원료는 크게 우유단백과 유청단백으로 나뉜다. 우유단백은 우유를, 유청단백은 치즈 유청을 각각 농축하거나 분리함으로써 만들어진다. 유청단백 원료로는 농축유청단백(WPC)과 분리유청단백(WPI)이 있는데, WPC의 단백질 함량은 34~89%, WPI의 단백질 함량은 90% 이상이다. 우유단백 원료로는 농축우유단백(MPC)과 분리우유단백(MPI)이 있으며, 각각의 단백질 함량은 유청단백 원료와 비슷한 수준이다. 미국은 오래전부터 유청단백 원료 생산 분야의 선두주자로 활약하고 있지만, 우유단백 원료는 상대적으로 덜 알려진 상태이다.

맛 살리고 피로회복·체중조절 효과로 인기
우유단백·유청단백 비슷하지만 특성 달라 

◇ 기능성에 대한 이해

유청단백과 카제인이 주성분인 우유단백은 다양한 환경에서 아주 다르게 반응하기 때문에 각각의 단백질이 응용과정에서 어떤 반응을 보이는지 정확히 파악하는 것이 중요하다. 카제인의 특징으로는 유화작용, 거품 형성, 수분결합력 등을 들 수 있으며, 응용과정에서 pH가 6 이상으로 유지되는 한 뛰어난 열안정성을 보인다.

반면 pH가 6 이하로 떨어지면 산성의 겔이 형성되는데, 이는 본질적으로 우유가 발효되어 요거트나 치즈로 변하는 과정을 말한다. 유청단백은 다양한 pH 환경에서 거품 형성, 겔화, 높은 용해도 등의 특징을 보이며, 뛰어난 열감도를 지니고 있다. 유청단백은 카제인과 달리 대략 섭씨 63℃부터 변성하기 시작해 충분히 응축된 이후(단백질 약 7%) 겔 상태로 바뀐다. 유청단백은 카제인처럼 산성의 겔로 바뀌지는 않는데, 이는 요거트 제품에 이용될 유단백질 원료를 선택함에 있어 반드시 고려해야 할 차이점이다.

MPC 또는 WPC를 선택하기에 앞서 두 성분의 기능적 차이에 대한 이해가 필요하다. 두 원료 모두 MPC80이나 WPC80처럼 단백질 함량이 비슷한 제품을 만들 수 있지만, 각 원료에 함유된 단백질의 성분비가 다르기 때문에 기능적 특성에 차이가 발생한다. 일반적으로 MPC는 우유에 들어 있는 유청단백 20%와 카제인 80%로 구성되어 있는 반면, WPC에 함유된 단백질은 100% 유청단백이다.

제품개발 시 기능에 맞는 원료 선택 매우 중요
음료, 강산 조건엔 유청단백 vs 중성에선 우유단백   

◇ 식품에의 응용

유단백질이 다양한 pH 조건에서 어떻게 반응하는지에 대한 이해는 올바른 성분을 선택하는 데 결정적인 역할을 한다. pH가 중요한 역할을 하는 대표적인 응용제품으로는 음료가 있다. 단백질음료의 pH 범위는 3.0~7.0이다. 따라서 각 단백질 원료의 특징과 pH 변화에 따른 반응에 대한 지식을 갖추고 있다면 필요한 원료를 보다 쉽게 선택할 수 있다.

pH3.0~4.5의 강한 산성 조건에서는 일반적으로 고온충전 프로세스가 사용되는데, 이러한 조건에서 단백질음료를 제조할 경우에는 유청단백 원료를 선택하는 것이 바람직하다. 우유단백은 용해성이 낮아 침전되기 때문이다. pH6.5~7.0의 약산성 조건에서는 열안정성이 높은 우유단백 원료를 이용해 단백질음료를 제조하는 것이 좋다. 왜냐하면 상온에서 오래 보관할 수 있는 제품을 만들기 위해서는 초고온 프로세스를 거쳐야 하기 때문이다. 이때 카제인 성분이 유청단백 원료의 열안정성을 높여주기 때문에 유청단백에서 추출한 단백질 역시 일부 사용이 가능하다.

우유단백과 유청단백 원료의 또 다른 주요 차이점은 수화작용에 있다. 원활한 수화작용은 유단백질 원료로부터 최적의 성능을 확보하는 데 결정적인 역할을 한다. 음료와 같은 액상 응용제품의 경우 유단백질 파우더를 추가한 후 원료가 물에 완전히 용해되도록 고속 믹서로 혼합하는 것이 좋다.

유청단백은 고(高)전단 과정에서 쉽게 변성되기 때문에 지나치게 많이 섞으면 거품이 대량 생성되어 단백질 변성을 유발할 수 있다. 이로 인해 산성 조건에서 단백질의 용해성이 떨어지게 된다. 일단 유청단백이 용해되면 남은 수화기간 동안 천천히 흔들어주는 것이 좋다. 유청단백은 수화 속도가 빠르기 때문에 (실온의 물에서) 최소 30분이면 음료 제품에 적합한 수준까지 수화시킬 수 있다.

이에 반해 우유단백 원료는 수화 속도가 느리다. 단백질 함량이 70% 이상인 우유단백 원료의 경우, 용해 시간이 최대 2시간 걸리는 경우도 발생한다. 수온을 49℃에서 60℃까지 올려 수화 시간을 단축시킬 수 있다. pH 농도와 수화작용이 유단백질 성분의 성능에 중요한 역할을 하는 기타 제품으로는 수프, 소스, 요거트 및 캐러멜과 같은 당과 제품이 있다.