현재, 우리들의 주방에서 음식을 손쉽게 조리해주는 전자레인지와 오븐은 비슷한 것 같지만 각각 매우 다른 배경에서 만들어졌고, 열을 발생시키는 원리 또한 다릅니다
특히 전자레인지는 전자기파를 이용해서 전쟁에 사용하려던 목적으로 연구하던 중 마이크로파라는 파장의 특성이 우연히 발견되면서 음식물을 데울수있음을 알게 되어 인류에게 아주 빠른 요리를 할 수 있도록 해준 보너스와 같은 기술입니다
전자레인지가 현대문명의 기술이 발전하면서 만들어진것이라면, 오븐은 그야말로 불을 사용하기 시작한 인류의 초기 상태부터 발전해 온 가장 오래된 조리도구라 할 수 있습니다
이 글에서는 전자레인지의 발명과정과 작동 원리, 그리고 오븐의 역사와 원리에 대해서 알아보겠습니다
전자레인지가 만들어진 과정
먼저 전자레인지는 전자기파 중의 하나인 마이크로파를 이용해서 음식물을 가열하는 방법입니다
마이크로파는 전자기파(감마선, x선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 라디오파) 중의 하나인데, 파장이 느리고 길기 때문에 주로 통신이나 레이더에 사용되며 가정용 전자레인지에 사용됩니다
역사적으로 아주 위대한 발견이나 발명품도 우연한 기회에 이루어지는 경우가 많은데 전자레인지도 마이크로파를 발생시키는 진공관을 연구하던 과정에서 우연히 발명하게되었습니다
마이크로파를 발생시키는 진공관(마그네트론)은 제 2차 세계대전 당시 레이저 기술을 빠르게 향상시키기 위해서 영국의 케임브리지 대학의 애들턴 연구소에서 발명하였는데, 전쟁 중 이 기술은 연합군 간의 협력으로 미국에도 전해졌습니다
그래서 미국의 방위산업체인 레이시온에서도 이 기술을 연구하고 개발하였습니다
이 연구소의 퍼시 스펜서라는 연구원은 1945년 어느 겨울 날, 주머니에 넣어 두었던 초콜릿이 흐물흐물하게 녹아져 있는 것을 발견하게 되었습니다
당시의 날씨는 추운 겨울이었고, 연구실의 실내 온도도 따뜻한 환경이 아니었기 때문에, 퍼시 스펜서는 이 초콜렛이 녹아있는 것이 이상하게 생각되었습니다
그러다 문득 초콜렛이 녹은 것이 마그네트론에 의해서가 아닐까를 생각하게 되었습니다
그는 이 생각을 확인하기 위해 먹고 있던 옥수수를 마그네트론에 가져다 대었습니다
그러자 처음에는 아무런 반응이 없던 옥수수가 조그 후, 갑자기 '퍽'하는 소리를 내며 익는 것이었습니다
이것이 지금의 팝콘이 되었는데, 옥수수가 조용히 익히 않고 '퍽'하고 터지며 익었던 이유는 옥수수 안의 수분 때문이었습니다
마이크로파는 옥수수의 안, 중심부터 가열하기 시작하였는데 가열이 시작되면 수분이 증발하면서 증기가 내부에 쌓이게 됩니다 그런데 이 증기는 옥수수의 껍질이 단단하기 때문에 배출되지 못해서 껍질 안에 갇혀버리게 되고, 계속 증기가 쌓이면서 증기의 압력이 커져서 나중에는 옥수수의 껍질이 터지면서 팝콘이 되는 것입니다
퍼시는 옥수수에 이어 익지 않은 계란도 마그네트론에 갖다 대었는데, 계란도 속에서부터 익다가 조금 후 껍질이 폭발하였습니다
퍼시는 이후 여러 방법으로 실험을 한 끝에 마그네트론에서 발생되는 마이크로파를 이용하여 식품을 빠르게 익히는 데 사용할 수 있겠다는 확신을 하고 1945년 특허를 신청하였습니다
그리고 전자레인지를 시판하였는데 처음에 나온 전자레인지는 사람의 키와 거의 같은 크기였고 가격 또한 너무 고가였기 때문에 일반 대중들에게 보급되지는 못하였다고 합니다
그러나 기술이 계속 발전하면서 전자레인지의 크기가 싱크대에서 사용할 만큼 최적화되었고 가격 또한 안정되어서 현대에는 주방의 필수품이 되었습니다
전자레인지가 음식을 가열하는 원리
전자레인지가 음식물을 가열하는 원리는 일반적인 가열방식인 열전도와 열복사와 달리 마그네트론이라는 고주파 생성기를 통해서 만들어진 마이크로파를 통해서입니다
마이크로파는 음식물을 담고 있는 용기는 그냥 통과하고 음식물 내부에 침투하여 음식물을 직접 가열하는데 이러한 원인은 음식물에 들어있는 수분 때문입니다
마이크로파와 음식물 등에 들어있는 수분은 진동수가 비슷하다고 합니다 음식물 속에 진동수가 같은 마이크로파가 침투하면 음식물 내의 분자들이 공명하여 초당 24억 5000번 진동하면서 분자들끼리 마찰이 일어나는데 이로 인해 마찰열이 발생하면서 음식물이 뜨거워진다고 합니다
이때 마이크로파가 그냥 통과한 용기가 뜨거워지는 이유는 마이크로파의 영향 때문이 아니고 용기 안에서 가열된 음식물이 뜨거우므로 용기의 온도까지 올라가는 것이라고 합니다
그래서 열에 약한 플라스틱 등이 전자레인지 속에 들어가도 녹지 않는 이유는, 대부분의 경우 마이크로파와 공명 할 수 있는 분자 구조를 가지고 있지 않아서입니다
즉, 마이크로파는 플라스틱 분자에 거의 영향을 주지 않아서 플라스틱 자체는 가열되지 않고나 음식의 온도에 의하여 아주 천천히만 데워지는데 일부 열에 약한 플라스틱은 변형되거나 녹을 수 있으므로 전자레인지용 전요 플라스틱을 쓰는 것이 안전합니다
또 한 가지, 전자레인지 전용 금속 용기 외에는 금속을 넣으면 안 됩니다
왜냐하면 마이크로파는 금속을 침투하지 못하고 금속의 표면에서 반사되기 돼 때문에 음식이 고르게 데워지지 않거나 가열되지 않을 수도 있습니다
또한 금속 용기의 끝이 뾰족할 경우, 마이크로파로 인해 뾰족한 부분에 잘 모이는 전자들의 특성들로 인해 방전이 발생할 수도 있고 심한 경우, 불꽃이나 화재로 이어질 수도 있기 때문에 뾰족한 금속 용기나 주방 도구는 사용하지 않아야 합니다
알루미늄 금속인 쿠킹포일도 금속의 일종이기 때문에 조심해서 사용하는 것이 좋으며 특히 쿠킹 포일이 접혀져서 끝이 뾰족하게 된 경우, 또는 호일이 레인지의 벽이나 천장에 닿으면 위험할 수 있습니다
고대부터 사용해 온 오븐
기원전 약 6000~3000년경, 농경이 발달하며 밀, 보리 같은 곡물을 재배하고 수확하여 갈아서 식재료로 사용하는 문화가 퍼지기 시작하였는데 오븐은 인류 문명의 발상지의 하나로 알려진 고대 메소포타미아를 포함한 중동지역과 이집트등에서 그들의 가장 기본적인 주식인 빵을 굽기 위해서 만들어진 조리 도구입니다
이때 사용하였던 오븐의 모양은 항아리 모양이었고, 이것을 땅에 묻기도 하고 땅 위에 만들어서 사용하기도 하였습니다
오븐을 사용하는 방법은 바닥에 불을 피워서 항아리 전체를 불의 온도로 달군 뒤 불을 제거하고, 항아리의 안 쪽 벽면에 밀가루 반죽을 납작하게 붙여서 구워내는 방식입니다
오늘날에도 중동지역등에서 이어지고있는 납작한 형태의 빵은 고대로부터 시작된것이며, 오늘 날 우리가 즐겨 먹는 피자의 기원으로도 볼 수도 있는데 이러한 형태의 빵은 불 조절이 어려웠던 당시의 오븐에서 가장 쉽고 빠르게 구워서 나눠 먹을 수 있는 방법이었기 때문입니다
중동지역과 조금 떨어진 이집트 지역의 오븐은 항아리 모양이 아니라 주로 평평한 모양의 점토판이었는데, 이 점토판은 벽돌이나 진흙으로 만들어졌습니다 이집트의 유물에서 발견되는 벽화에는 이러한 점토판에 빵을 굽는 그림이 많이 발견되고 있습니다
이집트의 평평한 모양의 오븐은 밀가루 반죽을 넓게 펼쳐서 구울 수 있었기 때문에 다양한 크기의 빵을 만들 수 있는 장점이 있었고, 음식물을 재료에 따라 골고루 익히기 어려운 재료를 익힐 때는 음식물 위에 뚜껑을 덮고 그 위에 숯이나 불을 얹어서 음식을 가열하기도 하였습니다
이러한 이집트의 식문화는 구약성경의 출애굽기에서도 표현되어 있는데, 출애굽기 16장 3절에 이스라엘 사람들이 이집트를 탈출하고 광야에서 부족한 음식물로 원망하는 구절이 나오는데 "우리가 고기 가마 곁에 앉아 떡을 배불리 먹던 때에"라는 문장을 보면 이집트에서는 뜨거운 가마로 표현한 오븐에서 빵을 주식으로 삼았음을 알 수 있습니다
또한 애굽에서 나온 후 이스라엘 백성들은 새벽에 이슬이 마르고 나서 생기는 '만나'라는 깟씨와 같은 식재료를 가루로 만들어 반죽한 뒤 구워서 먹었다는 기록도 있는데 이러한 표현은 고대 이집트와 중동 지역에서의 빵은 단순한 음식을 넘어 삶과 생존의 상징이었음 알수있습니다
그리고 이 점토로 만든 오븐 문화는 기원전 2000년 경부터 이집트, 시리아, 팔레스타인 지역과 활발히 무역활동을 하였던 그리스 지역으로 전파되기 시작합니다
이들은 서로 곡물을 거래하며 오븐을 만드는 기술과 요리하는 방법까지 전해주기 시작하였는데, 그리이스 사람들은 전수받은 오븐의 기술을 자신들에게 맞는 형태로 발전시켜서, 휴대하며 사용할 수 있는 석재나 돌로 만든 작은 돔 형태의 오븐을 만들어 주로 야외에서 요리할 때 사용하였습니다
그리고 그리스로 전파된 오븐의 문화는 곧이어 바로 옆에 위치하고 있는 로마로 자연스럽게 전파되었습니다
그런데 로마는 이 오븐문화를 아주 적극적으로 받아들여 공공 빵집을 만들어 빵을 대량 생산하여, 이를 체계적으로 공급하였습니다
이후 기원전 2세기말부터는 로마가 지중해 전역과 유럽의 대부분의 지역을 정복하던 시기였는데, 원래 유럽은 지역적으로 숲과 초원이 많아서 주로 목축과 사냥, 과일을 통하여서 주로 식재료를 사용하였으며, 빵은 곡물을 갈아서 간단히 구워 먹는 정도였습니다
그러나 로마가 이들 지역을 정복하면서 대량 생산의 제빵 문화가 전해여지게되었는데, 5세기 경 로마 제국이 붕괴된 이후에도 유럽의 많은 마을에서는 계속 공동 오븐을 사용할 만큼 빵 문화가 활성화되었다고 합니다
로마 새대의 공공 빵집의 형태는 사라진 폼페이의 유적에서 아주 많이 발견된다고 합니다
이후 18세기말~19세기 초, 산업혁명이 시작되면서 석탄을 연료로 하는 오븐이 보급되기 시작하였고 1820년 대에는
도시가스 망이 갖춰지기 시작하면서 서서히 가스 오븐이 보급되었고, 1892년 전기오븐이 발명되고, 각 가정마다 전기가 보급되면서, 전기오븐이 점점 일반 가정에 들어오기 시작하였고 1967년에는 전자레인지 오븐이 출시되었습니다
오븐의 원리
오븐의 비밀은 열을 가두어두고 돌려주는 원리에 있습니다
오븐은 전자레인지처럼 전자기파를 이용하는것이 아니라, 열 자체를 이용해서 음식을 익히는 방식인데 크게 3가지 원리로 음식이 가열됩니다
●전도(conduction)
오븐 속의 공기가 뜨거워지면, 그 공기의 열이 음식 표면에 직접 닿아서 온도가 올라가며, 음식을 올려놓은 팬이나 철판을 통하여서 열이 음식이 전달되는 방식입니다
●대류
오븐 속의 공기가 계속 순환하면서 음식 전체를 골고루 가열시킵니다
●복사
오븐의 벽면이 달궈지면 적외선 형태의 열복사가 발생하는데 이 적외선이 음식 표면에 직접 닿아 열을 가하며 빵 껍질이나 고기의 표면을 노릇하게 구워주는데 빵이 바삭하게 구워지는 이유가 바로 이 때문입니다
오븐의 종류별 작동 방식
직접을 나무나 석탄으로 열을 만들어내던 과거의 오븐과 달리, 현대에는 가스를 이용한 오븐, 전기, 스팀, 마이크로파 오븐등이 있습니다
●가스오븐은 천연가스, 또는 프로판 가스를 연소시키며 열을 발생시킵니다
●전기 오븐은 금속히터(코일)를 전기로 달궈서 열을 전달합니다
●스팀오븐은 물을 끓여서 발생한 증기를 사용하는데 이 방법을 사용하면 빵이나 음식이 촉촉하게 만들어집니다
오븐의 가장 큰 장점은 식재료의 속재료부터 익히는 전자레인지와 다르게, 적외선의 복사현상으로 음식의 겉은 바삭하지만 속은 촉촉한 상태로 조리할 수 있다는 점입니다 그러나 시간이 오래 걸리는 단점이 있습니다
마무리
우리가 일상생활에서 아무 생각 없이 사용하였던 전자레인지와 오븐에도 이렇게 깊은 역사와 과학적인 원리가 담겨있다는 사실을 알게 되니 지금 내가 접하고 있는 이 조리도구들조차도 인류의 역사를 간직하고 있구나라는 생각이 듭니다
전자레인지로 음식을 데우면 음식물이 많이 건조해지는 것을 일반적인 상식으로 알고는 있지만, 그 이유가 전자기파가 음식물의 내부에서부터 수분과 공명하여 열을 내기 때문이라는 것을 알게 되면, 음식물을 다루는데 조금 더 세심한 배려가 필요하겠다는 생각이 들게 됩니다
우리는 즐겨 먹는 빵이나 피자 또한 고대의 사람들이 이 땅에서 살아가기 위해 같은 방법으로 만들어 먹었다는 것을 생각하니, 왠지 아주 오래전 고대의 사람들과 마음으로 소통이 되는듯한 느낌을 받습니다
세상이 과학기술의 발전으로 아주 많이 변해가고 있지만, 생명의 기본적인 삶과 본질을 변하지 않을 것입니다