지방이 많은 우유, 왜 물과 섞이는 걸까? 콜로이드의 비밀

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나는 라떼를 좋아한다. 매일 아침 향긋한 라떼 한잔으로 하루를 시작하는 것만큼 행복한 일이 또 있을까? 매일 마시다보니 한번씩 너무 진한 라테는 부담스러울 때도 있다. 그럴 때면 농도를 조절하려고 물을 추가해서 먹기도 한다. 아마 많은 분들이 그렇게 드실거라 생각한다.

그런데 문득 궁금해집니다. 원래 우유는 지방이 많은데, 지방은 기름의 일종이다. 원래 기름은 물과 섞이지 않는다. 물에 식용류를 넣으면 둥둥 뜨고, 사골 국물도 식으면 기름이 굳어서 둥둥 뜨는 것처럼 말이다. 그런데 우유는 신기하게도 물을 부으면 그냥 섞여버린다. 왜 이런 일이 일어나는 걸까?

사실 우유가 물과 섞이는 데는 2가지 이유가 있다. 하나는 우유 자체가 가진 특성 때문이고, 다른 하나는 우유를 만들 때 거치는 특별한 공정 때문이다.

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첫번째 이유, 우유는 콜로이드 용액

우유 성분을 찬찬히 살펴보면, 90%가 수분이고 나머지는 단백질, 유당, 비타민 같은 영양소들이 콕콕 박혀있다. 지방은 한 3~4% 정도 되려나?
근데 중요한 건, 우유 속 지방이나 단백질은 물에 녹은 게 아니라는 사실이다. '용해'라는 건 말 그대로 물질 분자가 하나씩 떨어져서 물이랑 완전히 하나가 되는 걸 의미한다. 소금물이나 설탕물처럼 투명하게 변하는 것이다. 마셔보면 짭짤하거나 달콤한 맛이 나는 건, 분자들이 자기 성질을 잃지 않았기 때문이다. 이게 진짜 녹은 것이다.

우유의 경우는 어떨까? 우유 1ml에는 무려 150억 개나 되는 지방 덩어리(지방구)가 들어있다. 크기도 0.1~20 ㎛ (마이크로미터) 정도로 꽤 큰 녀석들이 둥둥 떠다니는 것이다. 근데 신기하게도 가만히 놔둬도 가라앉거나 분리되지 않는다. 그냥 계속 떠다닐 뿐이다.. 이런 특이한 성질을 가진 용액을 우리는 '콜로이드 용액'이라고 부른다.

콜로이드 용액?

콜로이드 용액 속 입자들은 왜 계속 떠다니는 걸까? 그 이유는 콜로이드 입자들끼리의 '친분'에 따라 두 가지로 나눌 수 있다.

첫 번째, 콜로이드 입자가 물이랑 엄청 친한 경우다! 얘네는 같은 콜로이드끼리 노는 것보다 물 분자랑 노는 걸 더 좋아한다. 그래서콜로이드 입자 주변에 물 분자들이 잔뜩 몰려있어서 다른 입자들을 만날 틈이 없게 된다. 덕분에 계속 가벼운 상태를 유지해서 가라앉지 않는다. 뭉쳐서 커져야 가라앉을 텐데, 그럴 기회가 없기 때문이다. 이런 입자들을 '친수성 콜로이드'라고 부른다.

두 번째, 콜로이드 입자끼리 완전 상극인 경우다! 얘네는 같은 콜로이드 입자를 만나면 자석의 같은 극처럼 서로 밀어내게 된다. 콜로이드 입자 표면에 같은 전하가 띠고 있을 때 이런 현상이 발생한다. 정전기적 반발력 때문에 서로 밀어내는 콜로이드를 '소수성 콜로이드'라고 부른다.

우유는 소수성 콜로이드!

우유 속 지방구는 소수성 콜로이다. 그래서 서로가 서로를 밀어내기 바쁜 것이다. 게다가 이 지방구를 엄청 좋아하는 '카세인'이라는 친수성 단백질이 지방구 주변을 둘러싸고 있다. 이런 경우 카세인 같은 물질을 '보호 콜로이드'라고 부른다. 쉽게 말해, 우유 속 지방과 단백질은 친수성 콜로이드랑 비슷한 상태라는 뜻이다. 그래서 적당히 가벼운 상태를 유지하면서 우유 속을 자유롭게 헤엄쳐 다닐 수 있게 된다.

두번째 이유, 우유의 균일화 공정

또 한가지 이유는 공장에서 우유를 제조할 때 살균과 함께 꼭 하는 작업이 있다. 바로 '균질화 작업'이다.
균질화 작업이란 '균질기'라는 기계를 이용해서 우유 속 지방구의 크기를 지름 2 ㎛ (마이크로미터) 이하로 전부 균일하게 맞추는 것이다. 균질화하지 않으면, 특별히 큰 지방구가 다른 지방구를 끌어당겨 서로 뭉치는 현상이 일어나게 된다.
오지탐험 관련 프로그램에서 자주 나오는 장면 중 하나다. 소에서 막 짜낸 원유를 그대로 두면 며칠 뒤 하얗고 걸쭉한 덩어리가 생기는 걸 볼 수 있다. 이게 바로 균질화하지 않은 지방이 서로 뭉쳐 생긴 크림이다. 식품 기술이 발전하지 않은 과거에는 이런 식으로 지방을 사용해 치즈 등으로 사용했다.


여기까지 지방이 많이 함유된 우유가 물에 섞이는 이유에 대해 알아보았다. 콜로이드 용액에 대해 조금 더 재미있고 친숙해질 수 있길 바란다!

 

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• 참고자료 : 알아두면 쓸모있는 식품과학 이야기, 사이토 가쓰히로