당질

  1. 당질의 정의

당질은 주로 식물에서 광합성에 의해서 만들어짐
6CO2 + 6H2O + 태양에너지 → C6H12O6 + 6O2
당질은 탄소 (C), 수소(H), 산소(O)로 구성 - 탄수화물
일반식 : Cn(H2O)n
자연계에 가장 많이 있는 유기물질
식물의 뿌리, 열매, 줄기, 잎에 전분과 섬유소의 형태로 존재
동물에는 포도당과 글리코겐의 형태로 존재
에너지공급원 (총에너지 필요량의 65%)
단당류, 소당류, 다당류로 분류
당질식품이 중요한 이유
전세계적으로 많이 생산되어 쉽게 구할 수 있다.
생산비가 적 게들어 가격이 싸다.
오랜기간 저장이 간편하다.
 
  2. 당질의 분류 

개요
단당류 (monosacchride) : 더 이상 가수분해되지 않는 가장 간단한 당
2탄당 : glycoaldehyde
3탄당 : glyceraldehyde, dihydroxtaceton
4탄당 : erythrose, erythrulose
5탄당 : ribose, arabinose, xylose, ribulose, xylulose
6탄당 : glucose, fructose, galactose, mannose
소당류 (oligosacchride) : 2∼5분자의 단당류가 결합된 당
2당류 : lactose, maltose,sucrose,trehalose, melibiose, cellobise
3당류 : raffinose, melezitose, maltoriose
4당류 : stachyose, schrodose
※ 올리고당 : 3∼10개의 단당류로 구성되며, 당단백질이나 당지질의 구성성분
※ 프락토올리고당 : 장내 유용한세균인 비피도박테리아를 활성화시켜 장의 건강을 유지
3. 다당류(polysaccharides )
단순다당류 : 같은종류의 단당류들이 결합한 다당류
pentosans : araban, xylan
hexosns : starch, glycogen, cellose, inulin, mannan, galactan, dextrin
복합다당류 : 다른종류의 단당류들이 결합한 다당류
agar, alginic acid. carrageenan, chitin, pectin, hemicellulose, vegetable gums
단당류
(1) 단당류의 성질
용해성 : OH기를 가지고 있어 물에 녹기 쉽다.
선광성 : 부제탄소를 가지므로 편광판을 회전시킨다.
glucose, galactose, mannose - 우선성
fructose - 좌선성
환원성 : 분자내 aldehyde기나 ketone기를 가지고있으면 환원력을 가진다.
단당류, lactose, maltose - 환원당
sucrose - 비환원당
발효성 : 단당류 는 알코올 발효를 한다.
glucose, fructose : sorbitol - 비타민 C 합성재료
mannose : mannitol
galactose : 발효력이 약하여 설사예방
(2) 단당류의 종류
2탄당
3탄당 : 자연계는 존재하지 않음, 6탄당 대사의 중간생성물
glyceraldehyde, dihydroxy acetone, D-glyceraldehyde-3-phosphate → glycerol의 전구체
4탄당 : D-erythrose, D-erythrose-4-phosphate
5탄당 : 자연계에 유리상태로는 거의 존재하지 않음, 다른물질과 결합하여 다당류형성
arabinose : gum, hemicellulose , araban
ribose : RNA, DNA 구성, ATP, CoA, NAD,NADP의 구성성분, 비타민 B2 구성성분
xylose : 나무껍질, 밀짚, 보리짚, 쌀겨, 옥수수대에 많이 존재
Rhanmnose : 꽃성분, methy기함유
6탄당
1) 포도당(glucose)
자연계의 분포
유리상태 : 과일, 벌꿀, 혈액에 존재
결합상태 : 맥아당, 설탕, 젖당, 전분으로 야채, 곡류, 두류, 서류, 엿, 유즙에 함유
혈액에 70∼110 mg/㎗이 (100mg, 0.1% ) 유지됨
※ 적혈구, 두뇌는 에너지원으로 포도당만 사용
성질 및 화학구조
부제탄소
좌선성, 우선성
D형, L형
epimer
쇄상구조, 환상구조
α형 : C1에 결합된 OH기가 C2의 OH기와 같은쪽
β형 : C1에 결합된 OH기가 C2의 OH기와 반대쪽
2) 과당( fructose )
유리형 : 과일, 벌꿀에 존재
결합형 : sucrose, raffinose, stachyose, inulin
당류 중 감미가 가장 강함
가열시 감미가 적은 α-형이 많아지고, 냉각하면 단맛이 강한 β-형이 많다.
3) 갈락토오즈( galactose )
유리상태로는 존재하지 않음
포도당과 결합하여 유당형성
당단백질, 당지질을 형성하여 cerebroside, ganglioside 등에 함유되어 뇌, 신경조직형성
식물의 gum, hemicellulose, 한천 구성
galactan 형성 : 해조류, 콩류의 점질물
※ 수유부의 유선에서는 포도당이 갈락토오즈로 전환되어 lactose 형성
※ 간에서는 포도당으로 전화되어 glycogen 합성
4) mannose
유리형으로는 존재하지 않음
결합형: 백합뿌리, 곤약, 효모에 함유
단백질과 결합하여 ovalbumin, lactalbumin 형성
5) 6탄당 유도체
가. 당알코올
당의 aldehyde기(CHO- )가 환원되어 다가알코올로 됨
sorbitol : 포도당과 과당이 환원되어 형성
비타민 C의 합성재료
mannitol : mannose가 환원된 것
inositol : 환상의 당알코올, phytic acid 형성(곡류껍질에 존재), 심장근육, 요에 존재
나. 유황당 (thiosugar)
carbonyl기의 O가 S으로 치환된 당
무우, 고추냉이의 매운맛인 sinigrin의 구성성분
다.uronic acid
당의 1급 알코올이 carboxyl기(COOH)로 산화된 것
glucuronic acid : glucose가 산화된 것, 간에서 해독작용
galacturonic acid : galactose가 산화, pectine 성분
mannuronic acid : mannose 산화, 해조류에 많다.
라. amino sugar
당의 C2의 OH기가 amino기가 치환된 당유도체
glucosamine : 당단백질인 chitin을 구성
galactosamine : 당단백질, 당지질인 chondroitin 황산의 구성성분
마) deoxy sugar
당의 OH기가 H로 치환된 것
deoxyribose

소당류(oligosaccrides) : 2∼10개 정도의 단당류가 glycoside결합에 의해 연결된 당
(1) 2당류(disaccharides)
단당류2분자가 모여 1분자의 물이 탈수 결합한 것
2C6H12012 → C12H22011 + H2O
2당류의 성질
환원성
2분자의 단당류가 결합한뒤 CHO-나 CO-기가 남아 있으면 환원력을 가진다.
맥아당, 유당 : 환원성을가지며 변선광, osazone 형성
서당 : 비환원성
용해성 : 서당과 맥아당은 물에 잘 녹으나유당은 잘 녹지 않음
발효성
서당, 맥아당 : 효모에 의해 발효되어 ethanol과 CO2를 생성
유당: 발효되지 않고 유산균에 의해서 젖산을 생성
감미도 : 서당 100, 맥아당 32, 유당 16
서당
과일, 채소류에 많이 존재
묽은산, 효소에 의해 포도당과 과당으로 가수분해
가수분해혼합물은 → 전화당(감미가 강하다)
맥아당
천연식품에 존재하지 않음
식물의 씨앗의 발아 (맥아), 전분의 가수분해, 호화된전분을 엿기름으로 가수분해
산, 효소에 의해 가수분해되어 2분자의 포도당 생성
유당(lactose)
포유동물의 유즙에 있음, 모유에 5∼7%, 유유 4∼5% 함유
산, 효소로 가수분해되어 포도당, 갈락토오즈 생성
유산균의 발육을 촉진시켜 장내 유해세균번식억제
장관내의 pH를 산성으로 유지시켜 Ca 흡수 촉진
galactose는 뇌신경조직 구성
(2) 3당류
단당류 3분자가 2분자의 물분자를 잃고 축합된 것
raffinose → glucose + fructose + galactose
대두, 면실, 사탕무, 당밀에 존재
체내소화효소가 없어 이용되지 않음
(3) 4당류
stachyose : 2 galactose + glucose + fructose
면실, 대두에 분포
※ 두류섭취시 가스발생 : stachyose의 미생물에 의한 발효
(4) 올리고당 : 단당류가 2 ∼ 10개정도 결합된 당
비피더스균 증식으로 정장작용, 저열량
glucan 형성하여 충치에방
변비예방
갈락토올리고당, 이소말토올리고당, 프락토올리고당

다당류(polyschharides)
(1) 일반 성질
한종류, 다른 종류의 단당류가 여러개 탈수 축합하여 생긴 당, (C6H10O5)n
불용성, 무색, 무미, 무취
선광성, 환원성, 발효성이 없음
산, 효소에의하여 가수분해
(2) 단순다당류
pentosan : 5탄당들의 결합
xylan : xylose의 축합, 겨, 나무껍질, 볏짚에 존재
araban : arabinose가 축합, 아라비아 검, 식물의 점액에 존재
hesoxan : 6탄당들의 축합, starch, dextrin, glycogen, cellulose, inulin, mannan
1) 전분(starch)
glucose의 중합체
식물의 씨, 열매, 뿌리에 함유 - 곡류, 감자, 고구마
무색, 무취, 무미, 침전(비중 1.65)
요오드반응으로 청자색
amylose와 amylopectin으로 구성
amylose : glucose가 α-1,4 결합(나선형)
amylopectin : glucose가 α-1,4 및 α-1,6 결합, glucose 24∼30개마다 α-1,6 결합
쌀 : amylose 20 : amylopectin 80
찹쌀: amylose 0 : amylopectin 100
amylopectin함량이 많을수록 점성이 많다.
전분의 호화
물을 가하고 열을 가하면 물분자가 침투하여 micell구조가 허트려지면서 팽윤하여 점성을 가지는 colloid 상태가 됨(풀)
생전분 : β 전분
호화전분 : α 전분 - 소화가 잘되며 맛이 좋다.
식으면 다시 β 전분으로 돌아간다.
전분의 노화
호화된 α 전분을 수분과 상온에 방치하면 다시 β전분으로돌아가는 것
수분 30∼60%, 온도 0℃ : 노화가 잘됨
수분 15% 이하, 온도 60∼20℃ : 노화억제
2) 호정(dextrin)
전분이 산, amylase에 의해서 가수분해되어 이당류인 말토오즈가 될 때까지의 중간생성물들
가수분해 과정
starch → 가용성 전분(청색) → amylodextrin(자색) → erythrodextrin(적갈색) → achrodextrin(담황색) → maltodextrin(무색) → maltose
3) 글리코겐(glycogen)
glucose 중합체로서 동물의 간과 근육조직에 저장
α-1,4 결합 11∼18개마다 α-1,6 결합으로 전분보다 가지가 많다.
요오드작용은 적갈색
간 glycogen : 저혈당시 포도당으로 분해되어 혈당량 조절
근육 glycogen : 분해효소가 없어 직접 glucose로 분해안됨
인슐린, 글루카곤, 에피네피린에 의하여 조절됨
4) 섬유소(cellulose)
glucose가 β-1,4 결합으로된 다당류
식물의 세포막 형성
인체내에는 분해효소가 분해되지 않음
연동운동과 장내용물의 증가로 변비예방
반추동물: cellulase에의해 가수분해되어 에너지로 이용
5) fructan
30개 정도의 fructose의 중합체
innulin : 다알리아, 백합, 우엉뿌리, 당근, 돼지감자
인체는 소화효소가 없어 이용하지 못함
6) galactan
galactose의 중합체
장내용물의 팽창, 연동운동촉진- 변비예방
한천, 해조류에 있음
7) mannan
mannose 중합체
백합뿌리, 곤약
배변촉진
(2) 복합다당류
한천(agar)
galactose와 그유도체들의 중합체
85 ∼ 100℃의 뜨거운 물에서 용해되고 냉각시키면 gel화 됨, 소화는 안됨
변비예방
알긴산(alginic acid)
mannurnic acid와 glucuronic acid로 구성된 당
미역, 다시마 등의 세포벽에 존재
아이스크림, 풀 등의 안정제로 이용
가라지난(carrageenan)
해조류에 존재
gel 형성, 보수성, 젤리에 이용
키틴(chitin)
2-N-acetyglucosamine이 결합된 당
곤충, 새우, 게 등 각질층 성분
헤미셀룰로오스(hemicellulose)
식물의 세포벽 구성
xylose, glucuronic acid, galacturonic acid로 구성
변비예방, 당, 콜레스테롤, 무기질 흡수지연
장내세균에 의하여 발효 - 초산, 프로피온산, 브티르산 생성
펙틴(pectin)
오렌지, 사과, 레몬 등의 과일, 야채에 함유
gel 형성 - 과일젤리에 이용
분해효소가 없어 변비 예방, 콜레스테롤, 담즙산의 흡수저해
 
  3. 당질의 기능

에너지 공급
1g당 4kcal
1일 필요한 에너지의 50∼65%를 당질에서 공급
섭취된 당질이 소화과정을 거쳐서 흡수되면
즉시 열량공급 : glucose형태로 각조직에 에너 지를 공급
glycogen : 1일 필요한 에너지의 1/2를 담당
음식을 섭취않고 2∼3시간 에너지를 소비하면 체내에 저장되었던 glycogen 고갈
간 glycogen : 분해되어 혈당유지
근육 glycogen : 분해되어 에너지로 사용
glucagon, insulin, enephrine에의해 조절(뇌와 심장은 에너지원으로 포도당이용)
지방 : 쓰고남은 당질은 지방으로 전환되어 지방 조직에 저장됨
단백질의 절약작용
충분한 당질의 섭취는 단백질의 주기능인 체조직형성토록 한다.
당질의 섭취부족 : 체단백분해로 에너지공급
지질대사의 조절( 케톤체 방지효과)
당질 섭취부족 : 지방이 에너지로 계속 사용되면 지방이 불완전연소되어 케톤체가 생성되어 케토시스 유발
혈당유지
70∼110mg/dl로 0.1% 유지
혈당( glucose) 공급원 : 전분, 이당류, 아미노산, 젖산, glycerol(당신생)
식후 30 분∼1시간 후 혈당 최고치, 2∼3시간 후 정상으로 돌아옴
혈당을 내리는 호르몬 : insulin
혈당을 높혀주는 호르몬 : glucagon, epinephrine(adrenalin), thyroxine, glucocorticoid, growth, adrenocorticotropid, somatostain
성인병 예방
식이섬유는 물을 흡수하여 장내용물 팽창으로 부피를 크게 함 - 변비예방
콜레스테롤, 담즙산의 배출
기타 : 단맛제공, 핵산구성, 해독작용
 
  4. 식이섬유(dietary fiber)

개요
체내에 분해효소가 없어 가수분해되지 않는 비전분질다당류
물에 녹는 섬유 : gum질, 펙틴, 약간의 hemicellulose
물에녹지 않는 섬유 : cellulose, hemicellulose, lignin, chitin
체내기능
체중조절
체내에서 에너지 이용이 안되므로 체중감소효과
수분흡착으로 포만감을 준다.
대변량을 증가시켜 변비예방. 치질예방
장에 머무르는시간이 적어 대장암 방지
혈중 콜레스테롤 저하
담즙과 결합하여 재흡수 감소 - 혈중 콜레스테롤 저하
혈당조절
식후 혈당상승을 지연시킨다.
무기질 흡수 방해
철분, 아연 흡수 방해
1일 필요량 : 총식이섬유 20∼25g(1000 Kcal당 11.5g)
과잉의 정제된 당의 섭취 : 비만, 당뇨병, 충치, 영양불량, 심장병