17 식 품

17 식 품

17.1 식품 속의 탄수화물 17.2 지방과 콜레스테롤

17.3 단백질 : 근육과 그 이상의 물질 17.4 무기질 , 비타민 , 다른 필수영양소 17.5 기아 , 단식 , 영양실조

17.6 식품 첨가물

17.7 식품 안의 독성물질

분자 미식법

음식

- 생명을 유지시킴

- 우리의 몸이 만들어지는 모든 분자 기본 구성 요소들과 우리 생명 활동에 필요한 모든 에너지를 공급함

- 기아 프로젝트에 의한 매년 기아로 죽는 추정 인원 : 1977 년 1500 만명 , 현재는 매년 900 만명 - 음식에 포함된 나쁜 성분과 이로 인한 질병

: 포화지방 , 당 , 알코올 등 포함 ⇒ 심장병 , 암 , 뇌졸중 , 당뇨 , 신장질환 등 - 음식은 사람들에게 에너지를 공급하며 ,

인체 조직의 수리와 대체를 위한 화학물질을 제공함

우리가 먹는 음식

- 음식의 주요 3 가지 성분 : 탄수화물 , 지방 , 단백질 - 그 외 필요성분 : 물 , 비타민 , 무기질 , 섬유질 등

17.1 식품 속의 탄수화물

단맛이 나는 화학물질 : 당

- 글루코오스 ( 덱스트로오스 )

: 혈액을 따라 순환하는 당이므로 ‘혈당’이라고도 불림 ex) 옥수수시럽

- 프룩토오스 ( 과당 ) : 꿀과 일부 과일에 들어 있음 - 수크로오스 : 사탕수수나 사탕무에서 얻어짐 ex) 청량음료 , 감미료 첨가 시리얼 , 사탕 , 영양가치가 거의 없는 가공식품 등에 사용 탄수화물의 소화와 대사

- 가수분해

수크로오스 + H₂O → 글루코오스 + 프룩토오스 락토오스 + H₂O → 글루코오스 + 갈락토오스

- 우유를 마시면 배가 아픈 사람 : 락토오스 분해효소 결핍증

그림 17.1 우리 음식에 들어있는 주요한 당

그림 17.2 갈락토오스 혈증을 갖고 태어난 아기 는 우유가 들어있지 않은 대용식으로 살 수 있음

복잡한 탄수화물 : 전분과 섬유소 전분 : 알파 - 글루코오스의 고분자 - 가수분해 반응

- 글루코오스의 대사과정

탄수화물 에너지 = 4 kcal/g 글리코겐

- 동물 전분으로 알파 - 글리코오스의 가지가 많은 고분자임 - 적은 양의 탄수화물이 간 , 근육조직에 저장된 형태

섬유소 : 베타 - 글루코오스의 고분자 - 가장 풍부한 탄수화물

- 모든 식물에 존재하고 세포벽과 다른 구조를 이룸 - 인간에게 식이섬유 역할을 함

그림 17.3 빵 , 밀가루 , 시리 얼 ,

파스타에는 전분이 풍부함

6 10 5 2 6 12 6

(C H O )_n  nH O ^탄수화물 nC H O

 에너지







 O CO H O O

H

C_{6 12 6} 6 ₂ 6 ₂ 6 ₂

17.2 지방과 콜레스테롤

지방산과 글리세롤의 에스터인 지방의 에너지 = 9 kcal/g 지방의 소화와 대사

트라이글리세라이드 : 식품의 지방

- 지방은 리파아제라고 불리는 효소에 의해 소화됨

그림 17.4 크림 , 버터 , 마가린 , 식용유 , 지방에 튀긴 음식은 지방이 많음

그림 17.5 지방의 소화는 효소 리파아제의 촉매작용에 의해 트라이글리세라이드가 지방산과 글리세롤로 가수분해 됨

어떤 지방분자는 모노글리세라이드 or 다이글리세라이드로만 가수분해 됨

지방은 ‘지방 저장고’라고 불리는 ‘지방조직’에 몸 전체에 걸쳐 저장됨 저장고 : 심장 , 신장 , 비장 같은 필수적인 기관 주위에 있어

이들 기관의 부상을 막아줌

인슐린(insulin): 췌장 베타세포에서 합성 / 분비 , 혈중 포도당 수준을 일정하게 유지하는 역할 , 혈액 내 포도당을 세포로 유입 , 글리코겐으로 저장 , 지방조직에서 포도당의 산화 및 지방산으로의 전환 , 인슐린 부족 시 당뇨

http://hankookilbo.com/v/2c1b50ec4ce94c978707092e5b32cf35

지방 , 콜레스테롤과 인간 건강

- 식품의 포화지방과 콜레스테롤은 동맥경화와 관련이 있음 - 혈전은 좁은 동맥을 막는 경향이 있어서 심장마비나

뇌졸중을 일으킴 콜레스테롤

- 동물 세포와 다양한 음식에서 발견되는 지방 같은 스테로이드 알코올

- 보통 간에서 합성되고 세포막 성분과 스테로이드 호르몬의 전구체로 중요함 - 물에 녹지 않음 ⇒ 분자식 (C₂₇H₄₅OH) 로 알 수 있음

- 혈액 안에서 수용성 단백질에 의해 운반됨

그림 17.6 보통 동맥과 경화된 동맥단면의 현미경 사진 그림 콜레스테롤의 분자 모형과 구조식

- 지방단백질 : 콜레스테롤과 단백질이 결합된 형태 - 지방은 혈중 콜레스테롤 수준에 따라 그 효과가 다름 - 생선 기름이 심장병을 예방해주는 통계학적 증거가 있음

⇒ 이런 효과를 낸다고 추정되는 물질은 EPA(eicosapentaenoic acid) 와 DHA(docosahexaenoic acid) 같은 다중 불포화 지방산임

CH₃(CH₂CH=CH)₅(CH₂)₃COOH CH₃(CH₂CH=CH)₆(CH₂)₂COOH EPA DHA

이중결합을 가진 지방과 기름은 수소첨가 반응을 할 수 있음 CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH

올레산 ( 단일불포화 )

H₂

Ni CH₃(CH₂)₇CH₂CH₂(CH₂)₇COOH 스테아르산 ( 포화 )

식물성 기름 ( 목화씨 , 옥수수 , 콩 ) 에

- 부분적으로 수소첨가 : 올레오 마가린으로 사용하기 적당한 바르기 좋은 지방만듦 - 완전히 수소첨가 : 쇼트닝 같은 단단한 지방을 만듦

그림 17.7 (a) 스테아르산 ( 포화 지방산 ) 의 구조 , (b) 올레산의 트랜스 이성질체 ( 트랜스 불포화 지방산 ) 의 구조는 포화지방산과 모양과 거동 이 몸안에서 매우 비슷하다 .

(c) 올레산 ( 시스 불포화 지방산 ) 의 구조는 매우 다른 모양을 갖는다 .

예제 17.1 영양 계산

페페로니 파자 하나는 지방이 38 g 이고 전체 칼로리가 780 kcal 이다 .

( 음식의 칼로리는 킬로칼로리임을 기억하라 .) 전체 칼로리에서 지방이 차지하는 비율을 계산하라 .

풀 이

지방의 칼로리 =

지방의 칼로리 비율 (%) =

fat kcal g

fat kcal

g 340

1

38  9 

% 44 780 100

340  

kcal

kcal

예제 17.2 지방산

다음은 세 가지 지방산의 선 - 각도 구조이다 . 선의 꼭짓점은 탄소 원자를 나타내고 각 탄소 원자에는 탄소 원자들이 4 개의 결합을 갖도록 수소원자가 결합한다 .

(a) 포화 지방산은 어느 것인가 ?

(b) 단일 불포화 지방산은 어느 것인가 ? (c) 오메가 -3 지방산은 어느 것인가 ? 풀 이

a. 지방산 Ⅱ b. 지방산 Ⅲ c. 지방산 Ⅰ

17.3 단백질 : 근육과 그 이상의 물질

단백질 대사 : 필수 아미노산

- 아미노산 : 인체의 성장과 조직의 수리에 필요한 단백질을 합성 - 단백질 = 4 kcal/g

필수아미노산

- 종류 : 아이소류신 , 라이신 , 페닐알라신 , 트립토판 , 류신 , 메티오닌 , 트리오닌 , 발린 , 아르기닌

- 단백질 합성의 제한 반응물로 작용 완전 단백질

- 성장과 인체 조직 수리에 필요한 모든 아미노산을 충분한 양으로 공급 - 살코기 , 우유 , 생선 , 달걀 , 치즈

단백질 + nH₂O ^{단백질 분해효소} 아미노산

어린이와 노인의 단백질 결핍

- 인간의 필요 단백질 양 = 0.8 g/kg- 체중

- 단백질 결핍성 소아영양실조증은 옥수수를 주식으로 하는 아프리카 지역에서 기근이 들 때 흔함

⇒ 성장장애 , 피부와 머리카락의 탈색 , 정신적인 무감정 상태 - 미국에서는 양로원에 있는 노인들에게만 단백질 결핍이 생김

그림 17.8 단백질과 비타민이 극단적으로 부족하면 단백질 결핍성 소아영양실조증 [ 콰시오커 (kwashiorkor)]

이라고 불리는 질병에 걸림

17.4 무기질 , 비타민 , 다른 필수영양

식이 무기질

소

- 생명에 필수적

- 인체 무게의 약 4% 에 해당

- 염소이온 (Cl^-), 인산이온 (PO₄^3-), 중탄산 이온 (HCO₃^-), 황산이온 (SO₄^2-) 같은 무기질의 일부는 혈액과 체액에 존재함

그림 17.9 갑상선종을 가진 사람 목에 있는 부은 감상선은

미량원소 요오드가 음식에 결핍 되어 초래된 것임

- 철 ( ) Ⅱ 이온 : 헤모글로빈의 정상적인 기능을 위해 필요 ex) 붉은색 고기와 간에 풍부

- 칼슘과 인 : 뼈와 치아의 정상적인 발육을 위해 필요 ex) 우유

- 나트륨과 염소 : 소금 형성 , 세포와 혈장 사이에 체액을 교환하는 데 중요

고혈압을 초래 ⇒ 뇌졸중 , 심장병 , 신장 기능상실 , 심장마비 등의 주요한 원인 - 철 , 구리 , 아연 , 코발트 , 망간 , 몰리브덴 , 칼슘 , 마그네슘 등

: 생명을 유지시키는 금속보조효소의 정상적인 기능을 위해 필수적

비타민 : 필수적이지만 모두가 아민은 아니다 - 1747 년 스코틀랜드 출신 해군 군의관인 린드

: 음식에 신선한 과일과 야채를 포함시키면 괴혈병을 예방할 수 있음을 보임 - 1897 년 네덜란드 과학자 에이크만

: 도정이 된 쌀은 도정이 되지 않은 쌀의 껍질에 있는 무엇인가가 부족하며 이는 각기병을 유발함을 알아내었음

- 영국 과학자 홉킨스는 탄수화물 , 지방 , 단백질과 무기질만을 먹인 쥐가 건강하게 살 수 없음을 발견

- 1912 년 폴란드 생화학자 펑크 : 이 빠진 요소를 비타민이라고 밝힘

비타민

: 특정 질병을 방지하기 위해 음식에 꼭 있어야 하는 특정한 유기화합물이다 .

그림 17.10 (a) 비타민 D 결핍으 약해진 뼈 (b) 염증과 비정상적인로 피부 색소 형성은 니아신 결핍 으로 생기는 펠라그라병의 특징

지용성 비타민

- 높은 탄화수소 비율을 가짐

- 한두 개의 산소 원자를 갖지만 전체적으로 극성은 약한 편임

- 몸 안에 효과적으로 축적되므로 과다 복용은 부작용을 일으킬 수 있음 - 비타민 A 의 과다 복용

: 과민증 , 피부건조 , 머리 안쪽에서 압력을 느끼는 증세

- 비타민 D 과다

: 뼈의 통증 , 관절에 단단한

침착물 형성 , 구토 , 설사 , 체중감소 - 비타민 E, K : 대사되어 배출

수용성 비타민

- 전기음성도가 큰 산소 , 질소 원자를 높은 비율을 가짐 - 물과 수소결합을 형성

⇒ 물에 잘 녹음 - 저장 능력에 한계 ⇒ 자주 매일 필요

다른 필수성분 : 섬유질과 물 식이섬유

- 물에 녹지 않는 섬유질 : 섬유소

- 물에 녹는 섬유질 : 식물 고무 (gum) 와 펙틴 (pectin)

- 과일이나 야채 같은 고섬유질 음식은 지방과 칼로리가 적음

- 수용성 섬유질 : 지방을 소화하는 쓸개즙을 제거하여 콜레스테롤을 낮추어 줌 - 고혈압 , 당뇨 , 심장병 , 게실염 등을 가진 사람들에게 도움을 줌

물

- 우리가 먹는 음식의 대부분은 물임

- 음식에서 얻는 물에 더하여 우리는 하루에 1.0~1.5 L 의 물을 마시는 것이 필요 - 우유 , 커피 , 청량음료 , 알코올 함유 음료 , 맥주 등도 대부분 물로 되어 있음

17.5 기아 , 단식 , 영양실조

기아 ( 굶주림 ) : 인체가 음식을 박탈당한 상태 기아 상태에 있을 때 발생하는 대사의 변화

: 몸 안에 글리코겐 저장량이 고갈 ⇒ 몸은 저장된 지방 사용 먼저 신장과 심장 주변의 지방이 사용 ,

그 다음 몸의 다른 부분에 있는 지방을

사용하여 결국에는 골수에 있는 지방까지도 사용 에너지원으로 저장 지방에 대한 의존이 높아지면

: 케톤증이 초래되어 혈액과 소변에 케톤체라고 불리는 화합물이 보이게 됨

⇒ 산성증 , 산소결핍으로 인한 우울증과 무기력증 초래 가공식품 : 적은 영양

- 가공식품을 너무 많이 먹어도 영양실조가 될 수 있음

- 미국 평균 가구가 사용하는 식품 경비의 90% 가 가공식품을 사는 데 쓰인다고 추정됨 (ex. 햄버거 , 감자튀김 , 콜라 등 )

그림 17.11 지방대사로 만들어지는 세 가지 케톤체

17.6 식품 첨가물

- 식품 라벨에 쓰인 성분 : 무게가 큰 것부터 쓰임

- 음식물에 들어간 일람표 : EAFUS(Everything Added to Food in the United States) 식품 첨가물 (food additive)

: 식품에 존재하는 기본적인 식재료 이외로 음식물의 생산 , 가공 , 포장 , 보관을 위해 첨가된 물질

식품 첨가물을 넣는 목적

- 식품의 색과 맛을 좋게 함 - 부패 방지 - 씹히는 느낌을 좋게 함 - 위생적으로 만듦 - 탈색 - 잘 익거나 익지 않게 만듦

- 습도를 조절 - 기포 조절

가장 많이 쓰이는 첨가물 : 설탕 , 소금 , 옥수수 시럽 등

- 식품 자체가 화학물질임

- 화학물질의 다수가 많은 양으로 섭취되면 해롭지만

식품에 자연적으로 존재하는 미량으로는 해가 되지 않음

- 인체는 화학물질을 모아 놓은 것임

- 인체를 원소로 분리한다면 몇 달러 가치 밖에는 없을 것임 - 식품도 화학물질이고 우리도 화학물질이므로

일부 특정한 물질을 제외하고는

식품에 들어있는 화학물질을 걱정할 필요는 없음

영양을 증가시켜 주는 첨가물

- 갑상선종을 줄이기 위해 식탁용 소금에 첨가되는 요오드화칼륨 (KI)

- 각기병 예방 위해 도정된 쌀에 비타민 B₁ 첨가 - 밀가루에 가공 도중에 제거되는 B 비타민들인 티아민 , 리보플라빈 , 엽산 , 이나신을 첨가 - 비타민 C 는 과일주수 , 음료 등에 자주 첨가

맛을 좋게 하는 첨가물

- 자연적 향신료 : 정향 , 생강 , 계피 , 육두구 등 - 향초 : 나륵풀 , 마요라나 , 백리향 , 로즈마리 등

- 화학자들은 자연적인 맛을 분석하여 그 성분 화합물을 합성하고 혼합물을 만듦

그림 17.12 몇 가지 맛을 내는 분자들

인공 감미료

- 여러 해 동안 인공 감미료는 사카린과 사이클러메이트였음

: 사이클러메이트는 동물실험결과 암을 유발시키기 때문에 1970 년 금지 ( 미국 ) 사카린은 1977 년 동물실험에게 방광암을 유발

- 현재 : 6 개의 FDA 승인 인공 감미료가 존재

- 단맛을 느끼는 수용체는 다양한 분자에 의해 활성화되는 한 가지 이상의 지역을 가짐

그림 17.13 7 가지 인공 감미료

조미료

- 어떤 화학물질은 그 자체로 특별히 맛이 있는 것은 아니지만 다른 맛을 좋게 하는데 사용됨 (ex. 소금 )

- MSG(monosodium glutamate) : 단백질에 자연적으로 존재하는 20 가지 아미노산 중 하나인 글루탐산의 나트륨 염으로 인스턴트식품에 널리 쓰임

⇒ 과량 섭취시 뇌의 일부 마비 , 기형아 출산

방부제

식품의 부패 방지 물질

- 카르복실산과 그들의 염이 사용 - 일부 무기화합물도 사용

ex.1) 아질산나트륨 (NaNO₂) : 고기를 보존하는데 사용 ⇒ 보툴리누스중독증을 일으키는 보툴리누스균을 방지 하는 데 효과적임

위의 염산의 존재하에서

NaNO₂ + HCl HNO→ ₂ + NaCl 그림 17.14 부패 방지제들

아질산은 2 차 아민과 반응하여 니트로소 화합물을 형성 ⇒ 발암물질

ex.2) 이산화황 : 복숭아 , 살구 , 건포도 같은 말린 과일의 살균제와 방부제로 쓰임 포도주 , 옥수수시럽 , 젤리 , 탈수 감자와 기타 음식이 갈색으로 변하는 것을 막는 데도 쓰임

산화방지제 : BHA 와 BHT

산화방지제 : 산소의 존재하에서 일어나는 음식의 화학적 부패를 막는 방부제 - 지방이나 기름이 악취가 나는 생성물을 형성하여 음식을 못 먹게 되는 것을 막기 위하여 음식이나 포장에 첨가됨

- 일부 필수아미노산과 비타민의 파괴를 최소화함

- 흔히 사용되는 산화방지제 : BHT(butylated hydroxytoluene),

BHA(butylated hydroxyanisole), 3 차 - 부틸하이드로퀴논 , 프로필 갈레이트 등

그림 17.15 4 가지 일반적인 항산화제

지방은 부분적인 산화의 결과로 악취가 발생

- 지방의 산화과정 요약 : 지방 + O₂ → 자유라디칼 - 생성된 자유라디칼에 의해 연쇄반응이 일어남

- 화학적 산화방지제가 자유라디칼에 의한 연쇄반응을 멈추게 하기 위해 사용됨 ex) BHT 로부터 생성된 라디칼은 지방 분자와 반응하지 않음 ⇒ 연쇄반응 종료

부틸기는 중요함

: 부틸기가 없으면 산화제에 노출되었을 때 페놀이 결합

많은 식품 첨가물이 해롭다고 비난을 받음 - 알레르기를 일으킨다고 보고

- 노화현상

식품 염료

어떤 식품은 자연적인 색이 있음

- 당근에 들어 있는 ‘베타 - 카로틴’ : 노란색 - 사탕무 주스 , 포도껍질 추출물 , 사프란 등

식품 산업계는 합성 식품 염료를 수십 년간 사용해 왔음

- 1950 년 사탕회사 : 호박 같은 오렌지색을 내기 위해 FD&C Orange No.1 사용 ⇒ 일부 어린이들에게 위장을 상하게 하였으므로 FDA 에 의해 금지

- FD&C Yellow Nos. 3, 4 : 적은 양의 베타 - 나프틸아민이 섞여 있는 것이 발견 ⇒ 동물실험 결과 방광암을 초래

- FD&C Red No. 2 : 동물실험 결과 발암물질임이 발견됨

그림 17.16 미국 FDA 에 의해 금지된 4 가지 함성 식품 착색제

17.7 식품 안의 독성물질

- 대황의 잎 : 독성이 있는 옥살산을 함유 - 상처 난 셀러리 : 소랄렌을 생성

- 보툴린 : 보툴리누스균에 의해 만들어짐 ⇒ 1 g 으로 100 만명 이상을 죽일 수 있음

발암물질

식품에 자연적으로 존재함

- 숯불구이 소고기 : 3,4- 벤즈파이렌을 함유 - 계피와 육두구 : 사프롤를 함유

- 아플라톡신 : 가장 강력한 발암물질 중 하나 ( 사카린 보다 1,000 만 배 강력 )

그림 17.17 독성이 있는 발암물질인 아플라톡신은 땅콩이나 저장된 곡류에서 자라난 곰팡이가 만듦

그림 황 잎에는 독성이 있는 옥살산이 들어 있다

식품 오염물질

제품을 생산 , 가공 , 포장 , 보관하는 도중에 뜻하지 않게 부수적으로 식품에 들어가는 것 (ex. 잔류 농약 , 곤충의 일부분 , 동물 사료에 첨가된 항생제 등 )

동물 사료에 첨가되어 종종 우리가 먹는 고기에 함유되게 되는 항생제는 식품 오염의 우 려스러운 예 . → 일부 알레르기 반응

현재 식품 오염은 보통 화학적 오염보다는 생물학적인 오염 .

(ex. 대장균의 질종인 O157:H7 → 배설물에 오염된 오염물이 원인

살모넬라 균 → 가금류의 알 , 가공되지 않은 우유 , 고기 , 물 등이 원인 리스테리아 균 → 음식 원인

외 헤파타이티스 , 노워크 바이러스 등등… .

→ 식품을 적적히 조리하고 처리하는 것은 식품으로 인한 대부분의 질병 가능성을 줄여줌

식품 첨가물 없는 세상 식품 첨가물이 없다면…

- 식품의 부패로 인해 이미 기아에 시달리고 있는 일부 지역에 식품의 공급을 극적으로 감소시킬 수 있음

- 비타민과 무기질 결핍으로 인한 질병이 증가

- 식품의 가격은 더 비싸질 것이고 영양은 줄어들 것임 - 쥐 , 곤충 , 유해미생물 등에 의한 오염도 야기됨 식품 첨가물을 어떻게 해야 하는가 ?

- FDA 에 자격 있는 사람들이 근무하여 제안된 식품 첨가물을 충분히 검사

- 살충제와 농약을 필요 이상 과다 사용하는 것을 충분히 막을 수 있는 법을 요구 - 경각심을 갖고 많이 알고 있어야 함

17 장 강의가 끝났습니다 .

수고하셨습니다 .