당질(탄수화물)에 대해 ARABOZA. 1편

1. 당질의 화학

 

1) 정의와 분류

당질 또는 탄수화물은 주로 태양 에너지를 이용한 광합성에 의하여 공기 중의 CO2 와 흙속의 물(H2O)로부터

만들어지며, 자연계에 가장 많이 존재하는 유기물이다. 탄소(C), 수소(H), 산소(O) 등의 원소로 구성되어 있으며

일반식은 Cn(H2O)n이다. 당질은 동물에 있어서 가장 중요한 에너지원이고 핵산의 구성성분이며 세포막 등에

함유되어 있다.당질에는 단당류, 이당류와3~10개의 단당류가 결합한 올리고당이 있다. 그리고 10개 이상의

단당류가 결합한 것을 다당류라 한다.

 

2) 단당류

  가. 구조

    단당류는 다가 알코올(1분자 내에 여러 개의 OH를 가진 알코올)로서 화학적으로는 한 분자 내에 1개 이상의

    알코올기  (-OH)와 1개의 알데히드기(-CHO) 또는 카르보닐기(케톤기) (=CO)를 갖는 화합물 또는 축합물이라

    한다.

 

  나. 종류

    단당류는 탄소수에 따라 3탄당, 5탄당, 6탄당으로 분류한다. 이 중에서 우리 체내에 중요하고 식품에 가장

    흔하게 들어 있는 것은 6탄당으로 포도당, 과당, 갈락토오스 등이 있다. 그 밖에 5탄당은 식물계에 널리

    분포되어 있다.

    

    ① 오탄당

      5탄당은 식물의 줄기 및 잎과 과피 등의 세포막을 구성하고 있어 초식동물은 효과적으로 이용하나 사람은

      이것을 섭취해도 거의 이용되지 않는다. 리보오스와 디옥시리보오스는 핵산(DNA, RNA)의 성분과

      조효소의 성분으로 중요하며 리보플라빈(비타민B2)의 구성성분으로 존재한다.

      그 외에 자일로오스, 아라비노오스 등이 있다.

 

    ② 육탄당

      - 포도당

        포도당은 영양적으로 가장 중요한 단당류로서 체내 당대사의 중심 물질이며 생체계에 가장 기본적인

        에너지 급원으로 에너지 급원이나 과일이나 벌꿀 및 엿 등에도 다량 함유된다. 특히 포도에 20~30%의

        당이 들어 있어 일명 'grape sugar' 라고 하며, 인체의 혈중에 100mL당 70~110mg(평균 0.1%)의

        포도당을 함유하고 있다. 인체의 혈액에 들어있는 포도당을 혈당이라 한다.

 

      - 과당

        과당은 과일, 꽃, 벌꿀 등에 유리상태로 존재하며 트그히 과일에 많이 있어 일명 'fruit sugar'라고도 한다.

        당류 중에서 단맛이가장 강하고(설탕이 100일 때 170 정도)케토오스의 대표적 당이기도 하다.

        결합상태로는 포도당과 결합하여 이당류의 설탕이나 다당류인 이눌린 등에 들어 있다.

        체내에서는 포도당과 같이 그대로 흡수되어 각 조직에서 열량원으로 이용되기도 하며 열량섭취가 

        과다하면 글리코겐이나 지방으로 전환되어 저장된다.

 

      -갈락토오스

        갈락토오스는 유리된 상태로는 거의 존재하지 않고 포도당과 결합된 유당의 형태로 주로 젖 속에 함유

        되어 있어 사람이나 젖소 및 양 등의 포유동물에서 발견되는 단당류이다.

        동물 체내의 당단백질과 당지질의 성분으로 세레브로시드와 강글리오시드 등은 뇌나 신경조직 중에

        있으며 특히 뇌성장에 중요하다. 포도당보다 단맛이 덜하며 물에는 잘 녹지 않는다.

 

3) 소당류

  소당류는 여러 개의 단당류가 글리코시드 결합으로 이루어지는데 글리코시드 결합으로는 α-1.4결합

α-1.6결합, β-1.4결합이 있다. 소당류는 단당류 3~10분자가 결합된 것으로 이당류와 삼당류 및 사당류

등으로 분류한다. 식품에는 이당류가 많고 삼당류나 사당류 등은 적다.

 

  가. 설탕

    서당이라고도 하며, 포도당과과당이 결합을 한 것으로 식물계에 널리 분포되어 있는데, 특히 사탕수수

    나 사탕무 뿌리에 많이 들어 있어서 공업적으로 제조한다. 서당은 비환원성 당으로서 비교적 단맛이

    높고 우리 식생활에서 가장 널리 이용되는 감미료이다

 

  나. 맥아당

    맥아당은 엿당이라고도 하는데, 천연식품 중에는 적고 맥아가 발아한 종자에 많다. 호화된 전분 또는

    글리코겐을 엿기름으로 가수분해하면 생성되는데, 감주의 주성분을 이루고 있다. 맥아당은 두 분자의

    포도당이 결합하여 만들어진 것으로 단맛은 설탕에 비해 약 1/3정도이고, 효소인 말타아제에 의해 쉽게

    포도당으로 분해되므로 소화가 잘 된다.

 

  다. 유당

    유당은 일명 젖당이라 부르는데 포유동물의 유즙에 들어 있어 뇌 발달에 필수적인 갈락토오스를 제공해

    준다. 유당은 한 분자의 포도당과 갈락토오스가 β-1.4와 결합을 한 것으로 소화관 내에서는 락타아제에

    의해 분해된다. 이당류 중에서 식물계에는 들어 있지 않은 유일한 당이다. 유당은 단맛이 약하며 물에 

    잘 녹지 않는다. 유용ㅇ한 세균인 유산균의 발육을 도움으로써 다른 잡균의 번식을 억제하여 정장작용

    을 한다.

      

  라. 삼당류

    삼당류는 단당류 3분자가 물 2분자를 잃고 축합한 것으로서 일반식은 C18H32O16이며 라피노오스가

    대표적인 당이다. 라피노오스는 포도당과 과당 및 갈락토오스로 이루어진 비환원성 삼당류로서 면실

    이나 사탕무의 당밀에 들어있다.

 

  마. 사당류

    사당류는 단당류 4분자가 축합하여 물 3분자를 잃은 상태이며 일반식은 c24h42o21이다.

    콩류에 들어 있는 스타키오스, 마늘에 있는 스코로도오스 등이 있다. 스타키오스는 갈락토오스 2분자와 

    포도당 및 과당으로 되어 있고, 스크로도오스는 4개의 과당으로 된 비환원성 사당류이다.

 

  바. 기능성 올리고당류

    현재 시판되고 있는 기능성 올리고당은 포도당이나 과당과 같은 단당류가 몇 개 결합되어 있다. 주로 

    프락토 올리고당이나 갈락토 올리고당 및 이소말토 올리고당이 사용되고 있다. 이 올리고당은 설탕과

    달리 불용성 글루칸을 생성하여 치아표면을 상하지 않게 하므로 충치 발생을 억제하고 내열성과 내산성

    이 있어서 유제품, 건강보조식품, 조미료 등의 식품가공에 이용되고 있다.

    일반적으로 소화 흡수되지 않으므로 대장까지 그대로 도달하게 되고 올리고당이 있으면 장 내의 비피더스

    균의 증식과 정장작용, 혈청 콜레스테롤 감소, 혈당치 감소 및 변비 예방효과 등이 있다고 알려져 최근에는

    기능성 식품소재로 이용되고 있다.

 

4) 다당류

  단당류 중 주로 육탄당이 직선 또는 가지로 수업이 많이 결합된 물질이다. 영양에 중요한 3가지의 다당류

  로는 전분, 글리코겐, 식이섬유소가 있다.

 

  가. 전분

    전분은 곡류와 감자류의 주성분으로서 식물체 중에서 CO2와 H2O로 부터 합성되어 뿌리나 열매에 저장

    되고 있다. 전분의 구조는 글루코오스가 α-1.4결합으로 직쇄구조인 아밀로오스와 아밀로오스의 직쇄구조

    에 α-1.6결합의 가지로 연결된 아밀로펙틴으로 이루어져 있다. 전분의 종류에 따라 이들의 조성비가 

    다른데 일반적으로 전분은 80% 내외의 아밀로펙틴과 20% 내외의 아밀로오스로 되어 있으며 찹쌀이나

    찰옥수수 등의 전분은 100% 아밀로펙틴으로 되어있다.

 

  나. 글리코겐

    식물의 전분과 같이 동물의 간과 근육에 저장되는 물질로 일명 동물성 전분이라고 부르는 다당류이다.

    그 구조는 아밀로펙틴과 거의 같으나 가지가 많고 사슬의 길이가 짧아 에너지가 필요할 때는 빠르게

    포도당으로 분해된다. 생체 내에 섭취된 여분의 당질이 글리코겐으로 저장되었다가 필요에 따라

    전환되어 쓰인다. 우리 몸에 필요한 열량보다도 많이 섭취하여 혈당량이 증가하게 되면 간과 근육세포

    내에서 글루코오스가 글리코겐으로 전환되며, 반대로 혈당량이 낮아지면 간의 글리코겐은 글루코오스

    로 분해되어 다시 혈당량을 일정하게 유지시킨다.

 

  다. 식이섬유소

    식이섬유소는 체내에서 소화가 안 되므로 비만증의 예방효과가 있고 변비예방 및 게실증 방지나 혈중

    콜레스테롤의 저하 및 허혈성 심장질환 등에도 효과가 있다고 밝혀져 있다. 그 밖에 당의 흡수를 저하

    시켜서 당뇨병의 식이요법에도 널리 이용되고 있다. 또한 식품첨가용의 착색안료를 만들어 식품을 

    착색시키는 데 사용되기도 한다. 그러나 과잉섭취 시에 다른 영양소들과 무기질 흡수에 장애가 되고

    가스 발생으로 인한 불편함이 있으므로 1일 식이섬유는 20~35g 정도가 바람직하다.

    식이섬유소는 물에 녹지 않는 뷸용해성 섬유소와 물에 녹는 가용성 섬유소로 구분되며 각기 다른

    생리기능을 가지고 있다.

 

    ①  불용성 식이섬유소

      불용성 식이섬유소에는 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스, 키틴 등이 있는데 섬유소는 주로 식물 세포막을

      이루는 주성분이며 물에 녹지 않는다. 셀룰로오스는 포도당의 β-1.4 결합으로 약 3,000개가 직쇄결합

      한다. 인체 내에는 셀룰라아제가 없어 영양소로 이용되지 않고, 소화관을 자극하여 연동운동을 촉진

      하며 대변의 배설을 촉진시킨다. 다만 초식성인 반추동물은 위 속의 미생물이 분비하는 효소로 가수

      분해하여 이용한다. 헤미셀룰로오스는 식물 세포벽에 있는 셀룰로오스 이외의 다당류의 혼합물을 

      말하고 반섬유소라고 부르나 섬유소와는 매우 다르다. 즉 셀룰로오스는 가수분해하면 D-glucose가

      생기나 헤미셀룰로오스의 경우에는 주로 자일로오스이고, 그 밖의 물질은 조금씩 다른데 글루코오스나

      만노오스 등의 육탄당 및 아라비노오스나 람노오스 등도 함유되어 있다.

 

    ② 가용성 식이섬유소

      가용성 식이섬유소는 펙틴, 검, 해조다당류 등이 있다. 펙틴은 식물계에 널리 분포되어 있고 주로 사과나

      딸기 등의 과실류와 근채류 등에 함유되어 있으며 두류, 귀리, 보리에는 검이 많이 들어 있다. 인체 

      내에서는 소화되지 않으나 물을 흡수하여 팽창하므로 만복감을 주며, 장을 자극하여 변비예방 효과와

      포도당 흡수를 지연시켜 당뇨병 효과 및 혈중 콜레스테롤을 저하시키는 기능이 있다.  

    

 

※자료출처 : NEW 영양학(개정2판)-지구문화사 [서광희/서정숙/이승교/정현숙] 2015