출처: http://www.seehint.com/word.asp?no=11665

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당 구조 고정시키기: 식히기와 결정화

사탕의 최종 질감은 익힌 시럽 속의 당 분자들이 식어서 고형의 구조로 굳는 방식에 따라 달라진다. 당이 적은 수의 큰 결정들을 형성하면 사탕의 질감이 거칠고 알갱이가 생긴다. 반면에 꼭 알맞은 양의 시럽으로 덮인 수 백만 개의 미세한 결정들을 형성하면 사탕이 매끈하면서 크림처럼 된다. 그리고 결정을 전혀 형성하지 않는다면 단단한 단일 덩어리가 된다. 그래서 사탕 제조에서 가장 까다로운 단계는 조리를 마친 120~175°C의 시럽을 상온까지 식히는 조리 이후의 단계다. 식는 속도, 시럽의 움직임, 미세한 입자 형태의 먼지와 설탕의 존재 등이 사탕의 구조와 질감에 극적인 영향을 미칠 수 있다.

설탕 결정은 어떻게 형성되는가

당 분자들은 질서 정연한 배열로 서로 결합해서 결정이라고 부르는 치밀한 고형의 덩어리를 형성하려는 자연적인 경향을 가지고 있다. 시럽을 만들기 위해 당 결정들을 물에 용해시키면 물 분자들이 당 분자들과 결합해 그것들을 둘러싸 서로 떼어 놓음으로써 이러한 경향을 극복한다. 만약 시럽 속에 용해된 당 분자들이 너무 밀집되어 있어서 물 분자들이 당 분자들을 떼어 놓을 수가 없게 되면 당 분자들은 다시 서로 결합해 결정을 형성하기 시작한다. 용해된 물질이 서로 결합하려는 경향과 이러한 결합을 차단하려는 물의 능력이 정확히 균형을 유지할 때, 우리는 그 용액이 ‘포화되었다’라고 표현한다.

포화점은 온도에 따라 달라진다. 뜨거운 설탕 용액 속에서 빠르게 이동하는 물 분자들은 찬 용액에서 정체되어 있는 물 분자들보다 더 많은 설탕 분자들을 용해된 상태로 유지시킬 수 있다. 뜨거운 포화 용액이 식기 시작하는 순간 그 용액은 과포화 상태가 된다. 다시 말해서 일시적으로 그 온도에서 정상적으로 함유할 수 있는 양 이상의 용해된 설탕을 함유하게 되는 것이다. 그리고 일단 과포화 상태가 되면 최소한에 의해서도 설탕 결정들이 형성되고 증가하게 된다. 당 분자들이 고형의 결정으로 뭉쳐지면 주변 용액은 농도가 떨어진다. 용액이 새로운 온도에서의 적정 당 농도에 도달하면 당 결정의 형성과 증가가 중단된다. 이제 당은 두 가지의 서로 다른 상태로 존재하게 된다. 일부는 시럽 속에 용해된 상태로 남고, 일부는 시럽에 둘러싸인 고형의 결정으로 뭉쳐져 있게 되는 것이다.

당 결정화에는 2개의 단계가 있다. 첫째는 결정의 ‘씨앗’이 형성되는 단계이며, 둘째는 이 씨앗이 자라 완전한 크기의 결정으로 성장하는 단계다. 씨앗 형성은 형성될 결정의 숫자를 결정하며, 결정의 성장은 그 크기를 결정한다. 두 단계 모두 사탕의 최종 질감에 영향을 받는다.

입자, 온도, 젓기가 결정화에 영향을 미친다.

결정 씨앗은 당 분자들이 달라붙어 단단한 덩어리로 응집될 수 있는 최초의 표면이다. 씨앗은 시럽 속에서 무작위적인 운동을 하다가 우연히 뭉치게 된 단 몇 개의 당 분자들일 수도 있다. 젓기와 흔들기는 용액 속의 분자들이 그렇게 하지 않을 때보다 더 빈번하게 맞닥뜨릴 수 있도록 하는 효과가 있으며, 그래서 결정 씨앗들의 형성을 촉진한다. 또 다른 것들이 식어 가는 시럽에서 씨앗 구실을 해 결정화를 유도할 수도 있다. 가장 흔한 것은 시럽에 팬 옆면에 부딪혀 튀거나 스푼에 달라붙은 시럽이 말랐다가 도로 시럽 속으로 섞여 들어오면서 생기는 미세한 결정들이다. 먼지 입자들과 미세한 기포들도 결정 씨앗 구실을 할 수 있다. 금속 스푼도 국지적으로 시럽의 열을 외부로 유출시킴으로써 온도를 떨어뜨리고 과포화 상태를 초래해 결정화를 유도할 수 있다. 그래서 경험이 많은 사탕 제조 자들은 나무 스푼을 사용하고, 일단 시럽의 가열이 끝나고 식기 시작하면 시럽이 흔들리지 않도록 하고, 촉촉한 브러시를 이용해 팬 벽에 달라붙은 마른 시럽을 꼼꼼하게 제거하는 등의 방법으로 미성숙 결정화를 방지한다.

결정의 크기와 사탕의 질감 조절하기

미성숙 결정화를 걱정해야 하는 까닭은 결정화가 시작되는 시럽 온도가 사탕의 질감에 영향을 미치기 때문이다. 일반적으로 뜨거운 시럽은 거친 알갱이를 만들며, 서늘한 시럽은 미세한 결정을 만든다. 그 논리는 이렇다. 차고 빠르게 운동하는 뜨거운 시럽에서보다 분자들이 빠르게 운동하는 뜨거운 시럽에서 일정한 시간 안에 결정 표면에 다가오는 당 분자들의 숫자가 더 많기 때문에 뜨거운 시럽에서 결정들이 더 빠르게 성장한다. 동시에, 안정된 결정 씨앗들은 높은 온도에서는 잘 형성되지 않기 때문에-소수의 당 분자들로 이루어진 덩어리들이 빠르게 운동하는 환경에서는 쉽게 해체되므로-뜨거운 시럽에서는 형성되는 결정들의 숫자 자체가 더 적다. 이 두 가지 경향을 종합해 보면, 뜨거운 온도에서 시럽이 결정화되기 시작할 때는 서늘한 온도에서 결정화가 이루어질 때보다 결정의 숫자는 적고 크기는 더 크며, 따라서 그 질감이 거칠어진다는 것을 알 수 있다. 퍼지나 퐁당, 곱고 크림 같은 질감의 사탕을 만들기 위한 레시피들에서 저으면서 결정화를 시작하기 전에 먼저 시럽을 급격히 식힐 것-113℃에서 43℃을 주문하는 것은 이 때문이다.

저으면 결정의 크기가 작아진다

결정의 크기와 질감은 젓기에 의해서도 영향을 받는다. 우리는 앞서 동요가 있으면 당 분자들이 서로를 향해 밀쳐지기 때문에 결정 씨앗의 형성에 유리하다는 것을 보았다. 빈번하게 젓지 않는 시럽은 소수의 결정만을 발달시키는 반면에 끊임없이 움직임이 유지되는 시럽은 굉장히 많은 수의 결정들을 만들어 낸다. 시럽 속의 결정들은 남아 있는 자유로운 분자들을 두고 서로 경쟁하는데, 결정이 많을수록 돌아다니는 유리 분자들의 수가 더 적으므로 각각의 평균 크기가 작아진다. 시럽은 더 많이 저을수록 최종 사탕의 질감이 더 고와진다. 퍼지를 만들 때 유독 팔이 아프도록 저어야 하는 것은 그 때문이다. 팔이 정지하는 순간 씨앗의 형성이 느려지고, 그때까지 만들었던 결정들이 커지기 시작하며, 따라서 사탕이 거칠어지고 알갱이가 생긴다.

결정 형성 차단하기: 설탕을 유리로 만들기

사탕 제조자 들은 시럽을 매우 급속히 식혀 일체 결정을 형성할 틈을 주지 않고 당 분자들의 운동을 중단시킴으로써 전혀 다른 구조와 질감을 만들어 낸다. 이것이 투명한 하드캔디를 만드는 방법이다. 수분 비율이 1~2퍼센트에 불과한 조리한 시럽은 본질적으로 미량의 물이 분산되어 있는 녹은 설탕이다. 시럽은 매우 끈적끈적하며, 만약 급속히 식히면 자당 분자들이 질서 정연한 결정으로 굳을 틈이 없기 때문에 그 자리에서 무질서한 덩어리로 굳는다. 그러한 무정형의 비결정질 물질을 ‘유리질’이라고 부른다. 보통의 창문이나 식탁 유리는 이산화규소의 비결정질 형태다. 이러한 광물 유리와 마찬가지로 당 유리도 부서지기 쉽고 투명하다. 유리가 투명한 것은 개별 당 분자들이 무작위로 배열된 상태에서 빛을 굴절시키기에는 너무나 작기 때문이다. 결정질의 고체들이 불투명한 것은 아무리 작은 결정들이라도 수많은 분자들로 이루어진 고체 덩어리여서 그 표면이 빛을 굴절시킬 만큼 충분히 크기 때문이다.

훼방꾼을 이용해 결정의 성장을 억제하기

현실에서 정제 자당 시럽의 결정화를 조절하거나 차단하기란 결코 쉽지 않다. 그래서 사탕 제조자들은 오랫동안 결정의 형성과 성장을 방해하고 억제하는 다른 재료들을 이용해왔다. 간섭제는 투명한 비결정질의 하드캔디와 미세한 질감의 크림 설탕, 퍼지, 그 밖의 말랑말랑한 사탕들을 만드는 데 도움을 준다.