밀가루의 종류에 따른 글루텐 형성 정도의 차이와 설탕, 마가린, 소금의 첨가가 글루텐 형성에 미치는 영향

서론
  글루텐은 밀가루가 물과 함께 반죽되어 생성된다. Baked product를 만들 때 정확히 같은 재료를 사용했다고 하더라도 글루텐이 얼마나 많이 생성되었느냐에 따라 다른 식감을 갖게 된다. 글루텐에는 gliadin과 glutenin이 거의 동일한 양으로 들어있다. Gliadin은 끈적거리는 특성이 있고 70% 알코올에 녹는다. 또한, Gliadin 은 single polypeptide chain이고 분자 내에 disulfide bond가 존재한다. 반면에 glutenin은 elastic하고 알코올에 녹지 않는다. 또한 glutenin은 polypeptide 분자들 간에 disulfide bond가 존재한다. 
   글루텐이 형성되려면 먼저 단백질들이 수화되어야 한다. 단백질들을 완전히 수화시키는 데 필요한 물의 질량은 준비된 밀가루 질량의 2배 정도이다. 수화 과정에서 hard wheat은 soft wheat 보다 2배 더 많은 물을 bind할 수 있다. 밀가루와 물을 mixing하기 시작하면 수화된 단백질 분자간의 secondary bond가 파괴되고 새로운 결합이 형성되면서 cohesive gluten matrix가 형성된다. Mixing 초기에는 반죽의 표면이 거칠고 매끄럽지 못하지만 점차 줄이나 막 같은 부분들이 발견되고 계속 mixing을 하면 결국 반죽은 매끄러워진다. 이러한 mixing 과정을 통해 단백질은 thin sheet을 형성하고 섬유처럼 분리된다. 
   글루텐은 높은 온도에서 더 잘 형성되며 hard wheat flour를 사용할 경우 글루텐 형성 속도는 느리지만 쉽게 파괴되지 않는다. 반면에 sugar, fat, 은 글루텐 형성을 방해한다. Sugar은 물을 흡수하는 성질이 있기 때문이고 fat은 단백질 표면을 coat해서 수화를 방해하기 하고 단백질 strand들이 서로 붙는 것을 방해한다. sugar, fat은 글루텐 형성을 방해하므로 반죽을 할 때 더 많을 beating이 필요하게 되므로 결과적으로는 완성된 반죽은 아무것도 첨가하지 않은 반죽보다 글루텐을 많이 함유하게 된다.  
   본 실험에서는 밀가루의 종류가 글루텐 형성에 미치는 영향을 비교하기 위해 박력분에 설탕을 첨가하였을 때, 강력분에 설탕을 첨가했을 때의 글루텐의 무게와 부피, 늘어나는 정도 및 내부구조를 비교하였다. 또한, 첨가물이 미치는 영향을 알아보기 위해 강력분만을 사용했을 때, 강력분에  마가린을 첨가했을 때, 강력분에 소금을 첨가했을 때, 강력분에 설탕과 마가린을 첨가했을 때의 gluten의 무게와 부피, 늘어나는 정도 및 내부구조를 비교하였다. 

실험 재료 및 실험 방법
   본 실험에서는 강력분 115g과 물 55ml를 혼합한 것, 박력분 115g과 설탕 45g과 물 55ml를 혼합한 것, 강력분 115g과 설탕 45g과 물 55ml를 혼합한 것, 강력분 115g과 마가린 35g과 물 40ml를 혼합한 것, 강력분 115과 소금 10g과 물 55ml를 혼합한 것, 강력분 115g과 설탕 22g과 마가린 17.5g과 물 40ml를 혼합한 것의 6종류의 dough를 사용해 글루텐을 만들었다. 먼저 밀가루를 채로 쳐서 걸러낸 후 설탕, 소금, 마가린이 첨가되어야 하는 dough 에는 첨가하고 준비된 분량의 물을 부은 후 주걱으로 잘 섞고 5분간 놔뒀다. 그 후 10분 동안 dough를 힘 있게 반죽했다. 반죽된 dough를 젖은 소창으로 감싸고 비커에 넣어 10분 동안 차가운 물을 흡수하게 했다. 그 후 비커에서 dough를 꺼내어 15분 동안 gluten에서 녹말이 빠져나오도록 세게 주물렀다. 녹말이 빠져나간 gluten dough의 무게와 부피를 재고 기록했다. 부피를 잴 때는 250ml 비커에 gluten을 넣고 150ml지점까지 찬 물을 채운 후 매스실린더에 물을 부어 물의 부피를 측정하여 측정값을 150ml에서 빼주었다. 측정이 끝나면 gluten을 공 모양으로 만든 후 종이호일을 깐 펜에 올려놓고 220°C의 오븐에서 30분간 구웠다. 그 후 150°C로 온도를 내리고 30분, 또는 건조해질 때까지 구웠다. 오븐에서 글루텐을 꺼내고 부피를 측정했다. 측정방법은 위에서 dough의 부피를 측정한 방법과 동일하게 하되 500ml 비커에 물 대신 좁쌀을 이용해서 부피를 측정했다. 굽기 전과 구운 후의 글루텐 부피의 측정갑을 이용해 글루텐의 부피가 얼마나 늘어났는지 계산한 후 글루텐을 잘라 내부 구조를 관찰했다. 

실험결과 및 고찰
실험결과
   측정된 글루텐의 무게는 강력분만을 사용한 것이 50.09g, 박력분과 설탕을 사용한 것이 48.06g, 강력분과 설탕을 사용한 것이 42.22g, 강력분과 마가린을 사용한 것이 51.89g, 강력분과 소금을 사용한 것이 50.21g, 강력분과 설탕과 마가린을 사용한 것이 50.09g이었다.
   글루텐의 부피 증가는 (구운 후 의 부피 - 굽기 전의 부피)/굽기 전의 부피 X 100으로 부피가 늘어난 퍼센트를 계산하여 비교했다. 계산 한 값은 강력분만 사용 한 것이 512.2%, 박력분에 설탕을 첨가한 것이 142%, 강력분에 설탕을 첨가한 것이 611%, 강력분에 마가린을 첨가한 것이 1182%, 강력분에 소금을 첨가한 것이 535.4%, 강력분에 설탕과 마가린을 첨가한 것이 1005%였다. 즉, 강력분에 마가린을 넣은 것, 강력분에 설탕과 마가린을 넣은 것, 강력분에 설탕을 넣은 것, 강력분에 소금을 넣은 것, 강력분만 사용한 것, 박력분에 설탕을 넣은 것 순으로 부피 증가가 컸다.
   글루텐을 잘라서 관찰한 내부구조는 다음과 같았다. 강력분에 마가린을 첨가한 것은 겹겹이 층을 이루었고 거미줄 같이 얽혀있는 모양이었다. 강력분에 설탕과 마가린을 첨가한 것은 크고 작은 구멍이 여러 개 있었고 매우 건조하며 그물 같은 구조였다. 강력분에 설탕을 첨가한 것은 거미줄처럼 망사고조이고 공기가 많이 들어가 있었다. 강력분에 소금을 첨가한 것은 촉촉하며 구멍이 뚫려있고 결이 관찰되었다. 강력분만 사용한 것은 구멍이 크고 고무 같은 촉감에 섬유질이 얼기설기 얽혀있는 모습이었다. 박력분에 설탕을 첨가한 것은 적은 수의 큰 구멍이 보였으며 겹겹이 층이 보였다.

고찰
   측정된 무게들을 비교해보면 무게들 간에 큰 차이가 없다. 이것은 밀가루의 종류와 첨가물이 반죽의 무게에는 큰 영향을 미치지 않는다는 의미이다. 글루텐이 잘 형성되었을수록 부피증가가 큰데, 강력분과 설탕을 사용한 것의 부피증가가 박력분과 설탕을 사용한 것의 부피증가보다 크므로 강력분이 글루텐을 더 잘 형성한다는 것을 알 수 있다. 지방과 당은 글루텐 형성을 방해한다. 글루텐이 잘 형성되려면 밀가루의 단백질이 충분히 수화되어야 한다. 하지만 당은 물을 두고 밀가루와 경쟁하기 때문에 수화를 방해한다. 지방은 밀가루 표면을 coat해서 수화를 방해할 뿐만 아니라  글루텐 strand끼리 달라붙는 것을 방해한다. 하지만 이러한 글루텐 형성 방해는 더 많은 beating을 유도하므로 최종적으로 완성된 반죽에서는 많은 글루텐이 형성된다. 따라서 강력분에 설탕을 넣은 것, 강력분에 마가린을 넣은 것, 강력분에 마가린과 설탕을 넣은 것의 부피증가가 강력분만을 사용한 것의 부피증가보다 컸다. 강력분에 소금을 첨가한 것은 535.4%의 부피증가를 보였는데, 이로부터 소금도 글루텐 형성을 방해함으로써 더 많은 beating을 유도하는 첨가물임을 알 수 있다.
   Dough를 반죽하기 시작하면 단백질 분자간의 secondary bond가 파괴되고 새로운 결합이 형성되면서 단백질은 thin sheet을 형성하고 섬유처럼 분리된다. 따라서 오븐에 구운 글루텐을 잘라 단면을 관찰한 결과 얇은 막들이 겹겹이 뒤엉켜있는 구조를 관찰할 수 있었다. 

결론 
   글루텐이 형성되기 위해서는 수화과정을 거쳐야 한다. 이때 강력분과 박력분은 수화과정에는 물을 bind하는 능력에 차이가 있고 강력분이 물을 더 잘 bind한다. 밀가루를 반죽하면 글루텐이 형성되고 형성된 글루텐을 구우면 부풀어 오른다. 부풀어 오른 글루텐의 단면은 얇은 막이 뒤엉켜있는 구조이며 글루텐이 많이 형성되었을수록 많이 부풀어 오른다. Dough에 첨가한 재료는 글루텐 형성에 영향을 미친다. 설탕, 마가린, 소금은 반죽할 때 글루텐 형성을 방해하는데, 이 방해 작용은 더 많은 beating을 유도하여 결과적으로 더 많은 글루텐이 형성되게 한다.