식품 화학 | 탄수화물

탄수화물의 필요량

식물에 들어 있는 탄수화물에는 소화될 수 있는 단당류(glucose, fructose, galactose)와 이당류(sucrose, maltose, lactose) 그리고 다당류(amylose, amylopectin, glycogen) 등이 있다. 소화되지 않는 탄수화물에는 셀룰로오스, 인슐린, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 식물수지, 카라게난(carrageenan), 황산화 다당류(sulfated polysaccharides), 각질(cutin) 등이 있다.

 

소화될 수 있는 탄수화물의 유일한 기능은 글루코스(glucose)의 산화로써 이는 g당 약 4kcal의 비율로 에너지를 공급한다. 소화될 수 있는 탄수화물의 대부분은 간에서 우선 글리코겐(glycogen)으로 저장된다.

 

탄수화물은 하루에 2,000kcal가 필요하므로 약 500g의 글루코스 또는 이와 비슷한 탄수화물을 섭취해야만 한다. 영양학회의 연구보고에 의하면 과자, 청량음료, 사탕 등과 같은 것들보다는 전분(복합 탄수화물), 섬유질 물질, 과일 등의 섭취를 권장하고 있다. 탄수화물의 자원으로 중요한 설탕은 60%가 사탕수수에서 얻고 40%가 사탕무우에서 얻는다. 설탕의 소비량은 매년 증가하고 있는데 사람이 하루에 필요한 설탕의 양은 3파운드의 사과 한 개를 먹는 양과 같다고 생각하면 된다.

 

시중에 판매되는 설탕은 대부분 정제된 설탕인데 이의 문제점은 정제과정에서 필요한 영양분이 소멸되거나 또는 너무 빠르게 혈액속으로 과량의 정제 설탕이 스며드는 것이다. 백설탕의 생산과정에서는 인체의 신진대사에 필요한 비타민B, 망간, 크롬과 같은 영양분이 제거된다. 따라서 많은 정제과정을 거친 설탕을 섭취한 후에는 비타민B나 미네랄이 든 음식을 먹어야 한다. 갈색 설탕은 백색 설탕에 비해 많은 미네랄을 함유하고 있는데 이 때문에 갈색 빛깔을 띠는 것이다.

 

비 정제품이나 공정과정을 거치지 않은 설탕은 섬유질 성분이 들어 있어 소화가 잘 되지 않는다. 즉 사탕수수나 사과로 만든 설탕은 정제된 설탕보다 아주 느리게 혈류에 유합된다. 그러므로 이런 설탕은 신진대사에 더 효율적이고, 혈류로 인한 글로코스의 축척이나 과량의 글루코스가 지방으로 저장되는 것을 막아준다. 비 정제품이나 공정과정을 거치지 않은 원료 설탕을 먹는다면 아주 적은 설탕을 먹는 것과 같다고 말할 수 있다.

 

탄수화물의 자원으로 중요한 또 다른 물질로는 밀가루이고 이 제분된 흰 밀가루는 이의 섬유함량이 밀알보다 10% 정도 적고 비타민도 밀눈이 제거되어 10～50% 정도 적다. 영양가가 높게 처리된 밀가루는 없어진 비타민이나 미네랄을 첨가하여 만든 것이다. 어떤 밀가루는 없어진 밀겨 대신 섬유질 공급을 위하여 하얀 종이 펄프를 첨가하고 있다. 정제 설탕과 마찬가지로 정제 밀가루도 정제되지 않은 밀가루보다 소화가 잘 되므로 작은창자에는 소화된 내용물이 거의 없게 된다.

 

 

탄수화물의 성질과 영양

광합성 과정은 탄산가스와 물로 PGA(phosphoglyceric acid)라는 중간 물질을 만들고 이를 이용하여 포도당을 생성한다. 이 포도당은 다시 glycoside 결합으로 전분 등의 다당류를 만들고 식물의 뿌리, 줄기 및 과실 등에 저장된다.

 

초식동물은 펜토스를 소화시킬 수 있으나 인체는 이를 분해할 수 있는 효소가 없어 소화하지 못한다. 그러나 사람은 초식동물을 통해 펜토스를 섭취하는데 이것은 세포 구성성분 또는 비타민B2의 전구 물질 등으로 체내에서 중요하게 이용되고 있다.

 

탄소수가 여섯 개인 6탄당은 유리된 형태이거나 또는 이들 서로가 중합된 다당류의 형태로 많은 동식물에 포함되어 있다. 6탄당 중 중요한 포도당, 과당, 만노스, 갈락토스 등은 효모에 의해 발효되고 강한 환원력을 갖고 있으며 단맛이 있다.

 

당은 보통 단맛을 내는데 설탕을 1이라 할 때 과당 1.25, 전화당 0.85, 람노스 0.60, 크실로스 0.60, 포도당 0.55, 갈락토스 0.52, 맥아당 0.35, 유당 0.27의 단맛을 나타낸다.

 

포도당은 체액속에 0.1% 보유하고 있고 그 함량은 일정하다. 여분의 포도당은 글리코겐으로 변형되어 근육, 간 등에 축적되었다가 필요할 경우 다시 분해되어 포도당으로 변한다. 자연상태에서는 포도당이 포도 등 과일에 많이 들어 있고 효모에 발효되어 알코올과 탄산가스로 변한다.

 

과당은 포도당과 같이 과일, 꽃 등에 들어 있고 특히 꿀의 주성분이기도 하다. 만노스는 포도당과 결합하여 목질과 종자의 딱딱한 껍질 성분인 만난(mannans)이란 다당류로만 존재하고 유리된 상태로는 존재하지 않는다. 갈락토스는 과당과 결합하여 유당을 만들고 또 갈락토스끼리 결합하여 해조류 등의 성분인 갈락탄을 만드는데 이것도 만노스와 같이 유리 상태로는 존재하지 않는다.

 

설탕 분자는 포도당 1분자와 과당 1분자가 결합된 2당류이다. 설탕은 사탕수수와 사탕무우, 과일즙 등에서 쉽게 추출할 수 있다. 설탕을 분해시키면 과당이 생성되어서 설탕보다 당도가 높은 전화당이 생긴다. 그리고 섭취된 설탕은 장액 속의 효소에 의해 가수분해되어 포도당과 과당으로 흡수된다. 맥아당은 포도당 두 분자가 서로 결합한 2당류이며 맥아와 꿀벌의 봉밀 성분이다. 또 다른 예로는 전분을 가수분해시키면 당도가 높은 맥아당이 되는데 이를 엿이라고 부른다. 유당은 포도당과 갈락토스가 결합된 2당류로서 포유동물의 젖속에 들어 있는데 우유나 산양젖에는 4.5～5%, 토끼젖에는 2%, 사람젖에는 6～7% 들어 있다. 비교적 단맛과 용해성이 적고 발효되기 어려우므로 위점막을 자극시키는 일이 적다. 젖속의 갈락토스는 뇌의 성분이므로 뇌의 성장이 왕성한 소아에게는 유당이 필수적이다.

 

다당류인 전분은 아밀로스와 아밀로펙틴으로 되어 있고 아밀로스와 아밀로펙틴은 보통 20 : 80%로 구성되어 있으나 찹쌀의 전분은 아밀로펙틴만으로 이루어져 있다.

 

글리코겐은 동물성 전분으로 주로 간장에 저장되지만 근육 속에도 소량 저장된다. 식품 중에서는 조개류 중에 특히 많고 세균과 효모 등에도 들어 있다. 글리코겐도 전분과 마찬가지로 산이나 아밀라제에 의해서 포도당으로 가수분해된다.

 

섬유소는 고등식물의 세포막 성분으로 목질부의 50% 이상 차지하고 있다. 인체는 섬유소를 분해하는 효소가 없기 때문에 섭취된 섬유소는 분해되지 않는다. 따라서 영양소로서의 아무런 효과도 나타내지 못한다. 그러나 섬유소는 장의 운동성을 촉진시킴으로써 대변을 좋게 하는 등의 소화 작용을 돕는다.

 

펜토산은 인체내에서 5～20%, 갈락탄은 8～27% 정도 이용된다. 펙틴은 딸기, 사과, 배 등 과일이나 식물의 뿌리, 줄기 등에 들어 있는데 펙틴은 젤리를 만들 수 있는 성분이다. 또 갈락탄이 들어 있는 우무는 장을 자극하여 변비를 막는데 도움을 준다.

 

탄수화물의 영양은 비타민B군, 특히 B1에 의해 지배된다. 그러므로 탄수화물을 많이 섭취할 때는 비타민B를 많이 섭취해야 한다. 탄수화물의 섭취량이 적고 지방질, 단백질의 양이 많아지면 여러 질병이 생겨 생명이 단축된다. 지방질과 단백질의 양이 많지 않더라도 탄수화물의 양이 적으면 체중감소, 발육부진, 영양상태 불량, 신체 허약 등의 증상이 일어난다. 체내 에너지 대사의 주역은 탄수화물이므로 하루 섭취하는 총 열량의 60% 이상을 탄수화물로 섭취해야 한다.

 

한국인의 경우 탄수화물의 섭취량은 일반적으로 총열량의 70% 이상이므로 걱정할 필요는 없겠으나 에너지 대사에 소용되는 비타민B군과 판토텐산, 니아신 등이 부족할 수 있으므로 이에 주의해야 할 것이다.

 

 

 

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