당, 탄수화물의 종류와 특징
당질하면 대부분 전분이나 설탕을 먼서 떠올리게 된다. 특히 동양인의 주식과 밀접한 관련이 있어 주요 에너지원으로 가장 친근한 영양성분이라 할 수 있다.
과거 당뇨병환자의 뇨중에 당 성분이 다량 들어있었고, 이것이 포도당임이 밝혀지면서 비만, 심혈관계질환, 치아의 건강과도 밀접한 상관관계가 있음이 밝혀졌다.
당 분자가 1개만 단독으로 있으면 단당류(monosaccharide), 두개가 붙어있으면 이당류(disaccharide), 여러개가 붙어있으면 과당류(oligosaccharide), 다당류(polysaccharide)로 분류한다.
일반적으로 단순당은 포도당, 과당, 설탕 등이고 탄수화물은 다당류인 전분을 의미한다.
1. 단당류 (monosaccharide)
1.1 포도당 (glucose)
뇌, 신경, 폐 조직에 포도당는 에너지원으로서 필수적이며 혈중 포도당 양에 민감하게 반응하여 결핍이 되면 즉각 경련을 일으키게 된다. 혈중 포도당과 간의 화학물질 대사는 밀접한 관계가 있어 당이 부족한 경우 포도당의 대사물인 glucuronic acid 생성량이 감소되어 salicylic acid, 설파제의 glucuronide 포합율이 떨어지고 배설이 늦어져 부작용이 나타난다.
1.2 과당 (fructose)
과일을 뜻하는 fruit에 있는 sugar라는 의미로 벌꿀에 다량 함유되어 있다. 단맛이 강하고 액체, 분말, 정제 형태로도 많이 활용된다. 그러나 장기간 복용하면 fructose는 인슐린의 도움 없이 세포내로 들어가 혈중 포도당 수치를 높일 수 있으므로 복용에 주의가 필요하다. 따라서 당뇨와 밀접한 관계가 있다.
1.3 갈락토스 (galactose)
우유속에 있는 유당 (lactose)가 체내에서 분해되어 생성되며, 물에 잘 안녹고 포도당보다 단맛이 덜하다. 체내에서 유당이 생성되는 기전은 유방의 유선에서 포도당이 갈락토스로 변화되므로 유당의 생성이 가능해져 유즙을 통해 유아에게 공급된다. 또 glycolipid, glycoprotein 등 세포막의 정보 전달매체인 수용체로서의 기능도 갖고 있다.
1.4 자일리톨 (xylitol)
자일로스(xylose, xylulose)가 환원된 것으로 설탕과 단맛 및 칼로리 함유 정도가 같아 설탕 대신 식품첨가물로 이용된다. 천연에서는 딸기, 시금치, 컬리플라워에서 많이 발견되며, 인슐린과 관계없이 세포내에서 대사되므로 당뇨병환자에게 사용할 수 있다. 충치 예방의 목적으로 껌에 많이 사용하고 있으나, 실제로 충치 예방 효과를 얻기 위해서는 많은 양의 껌을 복용해야하며, 장에서 흡수되지 않는 특징으로 자일리톨을 과량 복용시 설사를 유발할 수 있다. 상세한 내용은 이전글에 정리한 글을 참고하면 된다.
2. 이당류 (disaccharide)
자연계에 있는 것 중 가장 많이 볼 수 있는 것이 이당류이다. 천연에 존재하는 이당류의 종류는 한정되어있으며, 주로 maltose, cellobiose lactose, sucrose 등이 있다.
2.1 맥아당, 말토스 (maltose)
D-glucose 2분자가 α(1→4)결합으로 이어진 이당류이다. 전분을 amlyase로 가수분해 했을때, β-maltose가 생성된다. maltose 자체는 유리형인 anomer의 수산기를 가지고 있으므로 환원성을 나타낸다.
2.2 셀로비오스(cellobiose)
maltose와 같이 D-glucose 2분자로 구성되어있는데 이어진 방식이 β(1→4)결합으로 maltose와 차이가 있다. 사람은 β(1→4)을 분해하는 효소가 없기 때문에 분해가 불가능하다.
2.3 젖당, 유당(lactose)
단당류인 갈락토스에서 함께 언급된 이당류인 유당이다. D-galactose와 D-glucose가 β(1→4)결합으로 연결되어 있다. 유즙 중에만 존재하며, 유즙의 2~8%로 포함되어있는 환원성의 당이다. 유당은 구강내 세균에 의해 발효되어 유기산을 생성하고, 이것이 에나멜질의 미네랄 성분을 녹여내므로 충치의 원인이 된다.
또한, 한국인의 75%가 유당불내증에 해당한다. 유당불내증이란 유당을 분해하는 lactase가 부족해 유당의 분해와 흡수가 충분히 이루어지지 않아 설사, 방귀, 복통 등의 증상을 일으키는 것이다. 우유나 약을 먹을때 안내문에서 유당불내증에 대한 안내문을 자주 접할 수 있다.
2.4 자당, 설탕 (sucrose)
Saccharose, sugar라고도 한다. α-D-glucose와 β-D-fructose가 서로 anomer의 수산기로 결합되어 있는 것이다. 그 때문에 이당류 중에 유일한 비환원당이다. 묽은 산 또는 invertase(saccharase)로 가수분해하면 α-D-glucose와 β-D-fructose로 분해된다.
3. 과당류 (oligosaccharide)
가수분해 되어 포도당, 과당, 갈락토스 등의 단당류를 생성하는 삼당류로 raffinose와 사당류 stachyose가 대표적이다. raffinose는 주로 사탕무, 목화씨, 콩과식물의 종자 등에 함유되어 있고, stachyose는 목화씨와 콩류에 함유되어 있다. 식물의 물성 개선, 저칼로리, 충치예방 등의 목적으로 사용되고, 특히 비피더스균의 증식 인자로서 장내 세균총 개선 및 배변 활동을 도와주는 효과를 가진 것으로 알려져 있어, 유제품, 건강보조식품 및 조미료 등에 첨가된다.
4. 다당류 (polyccharide)
천연 당질의 대부분은 중합도가 높은 다당류이다. 다당류는 아래와 같은 기능을 가지고 있다.
1) 동물의 글리코겐(glycogen)이나 식물의 전분과 같이 영양을 저장하는 기능
2) 동물의 결합조직을 구성하는 hyaluronic acid, chondroitin sulfate나 식물의 cellulose와 같이 구조를 유지하는 기능
3) 혈액형 물질이나 세균의 항원다당류와 같이 특이성을 정하는 기능
4.1 녹말 (starch)
식물의 뿌리나 씨에 많이 저장되고 있으며 온수에 녹는 amylose (α(1→4) 결합으로 직선구조)와 물에 녹지않는 amylopectin (직선구조 중간중간에 α(1→6) 구조로 가지형 구조)로 나뉜다. α-amylase 뿐 아니라 β-amylase에 의해서도 가수분해 반응을 받으며 위 효소들에 의해 가수분해되지 않고 남은 가지형 구조부분의 다당부분을 dextrin이라고 한다.
4.2 글리코겐 (glycogen)
동물에서는 글리코겐을 간이나 근육에 저장하고 있다. 글리코겐의 간내 저장량을 식사에 따라서 좌우된다. 따라서 금식 기간 중에는 현저하게 감소하게 된다. (금식 기간 중에는 지방을 이용해서 대사를 하고, ketone체가 생성된다. 금식 기간이 길어지면 ketone체가 몸에 축적되어 발생하는 케토시스 (ketosis)가 발생해 소변으로 케톤체가 배설되는 현상이 발생하게 된다.)
4.3 셀룰로스 (cellulose)
식물세포의 피막이나 목질부분을 형성한다. 포도당이 β(1→4) 결합으로 연결되어 전체적으로 강한 섬유소를 형성한다. cellulase의 작용으로 이당류인 셀로비오스 (cellobiose)로 바뀐다. 사람은 cellulase를 가지고 있지 않아 셀룰로스가 소화, 흡수되지 않고 장관을 통과하므로 영양원이 되지 않는다. 그러나 달팽이나 미생물은 체내에 cellulase를 가지고 있으며, 초식동물은 소화관 중의 미생물의 도움을 받아 소화시키는 방식을 가지고 있다. 셀룰로스는 탈지면이나 여과지를 비롯한 여러 목적으로 이용되고 있다.
4.4 펙틴질 (pectic substance)
과일이나 근채 등에 포함되어 있다. 주로 α-D-galacturonic acid의 중합체로 되는 산성을 띠는 다당류이다. 구조에 포함된 carboxyl기의 일부가 methylester로 연결되어 있다. 과실주 중의 메탄올 (methanol)은 이 methyl기에 기인한다. 그 밖에 arabinose, galactose, rhamnose, xylose 등도 포함되어 있다. 펙틴질은 점성을 가지는 성질이 있고, 당이나 산을 가하면 gel화되어서 고형 젤리의 형태로 된다. 이런 성질을 이용하여 잼이나 젤리를 만든다.
4.5 알긴산 (alginic acid)
D-mannuronic acid가 α(1→4)로 이어진 중합체이고 일부에 L-glucuronic acid를 포함한다. alginate 염 및 그 ester류를 물에 녹이면 매우 점도가 높은 수용액이 형성되는 것이 특징이다. 이러한 특징을 이용하여 식품첨가물로서 식품의 점도를 조절하는데 사용된다.
알긴산 칼륨염은 고혈압을 낮추는 목적으로 건강기능식품으로도 사용된다. 알긴산 칼륨염을 복용한 이후, 위 내에서 pH가 낮아지면 K+가 방출되고, 다시 소장에서 pH가 높아지면 Na+와 결합해 알긴산 나트륨염의 형태로 대변으로 배설된다. 따라서 나트륨 흡수를 줄이고 칼륨을 공급하여 혈압의 저하, 뇨중의 칼륨 배설 증가가 생기게 된다.
4.6 덱스트란 (dextran)
효모 또는 세균의 성분이며 D-glucose가 α(1→6) 결합으로 결합되어 있다. 많은 가지 구조를 가지고 있어 anomer의 수산기가 결합하는 위치가 2, 3, 4위의 수산기로서 여러 가지가 있다. 항원 물질중 반응원성(항체의 생산을 유도)은 있으나 면역원성(면역반응을 일으키는 성질)을 가지지 않는 항원을 합텐(hapten)이라고 하는데 덱스트란이 합텐으로 작용하며 저항성은 없다. 따라서 혈액증량제나 대용혈장으로 사용된다. 또 단백질의 정제 등에 사용된다.