탄수화물의 정의와 종류

탄수화물의 정의

탄수화물은 지방, 단백질과 함께 인체의 에너지원으로 이용되며, 탄수화물은 1g은 4kcal의 에너지를 제공한다. 탄소, 수소, 산소로 이루어진 화합물로 그 비율이 1 : 2 : 1 (C6H12O6)로 구성되어 있으며 자연계에 가장 많이 존재하는 유기물질이다.

 

식이 탄수화물은 광합성작용에 의해 식물체에서 공기 중의 이산화탄소와 토양의 물로부터 합성되어 뿌리, 열매, 줄기, 잎 등에 전분과 섬유질 형태로 저장하고

6CO2→ + 6H2O + 햇빛 → C6H12O6 + 6O2

 

 동물은 섭취한 식품으로부터 얻은 탄수화물을 당과 글리코겐 형태로 저장한다.

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탄수화물의 종류

1. 단당류 (단순 탄수화물)

 

단당류란 산, 염기, 효소 등으로 가수분해에 의해 더 이상 분해되지 않는 당으로 당을 구성하는 탄소의 수에 따라 3탄당, 4탄당, 5탄당, 6탄당, 7탄당 등이 있다. 이 중 흔히 볼 수 있는 단당류는 6탄당으로 포도당, 과당, 갈락토스가 대표적이며, 5탄당에서는 리보스, 데옥시리보스가 있다. 3탄당, 4탄당, 7탄당은 체내에서 일어나는 탄수화물 대사의 중간 대사물이다.

포도당, 과당, 갈락토스는 모두 같은 화학식(C6H12O6)을 가지고 있지만 화학적 구조가 다르며 모양과 맛에도 차이가 있다.

• 포도당(glucose)

대부분의 탄수화물은 체내에서 포도당으로 전환되며 포도당은 체내에 가장 많이 존재하는 단당류이다. 혈당의 성분으로 중추신경계와 적혈구에서 주요 에너지원으로 사용되고, 세포의 에너지원으로 공급되어 ATP를 생성하는 데 사용한다. 중합체인 글리코겐으로 전환되어 간과 근육에 저장되며, 잉여 포도당의 일부는 비필수 아미노산이나 지방으로 전환되어 체내에 저장된다. 저장된 글리코겐은 분해되어 포도당으로 전환되거나, 아미노산, 젖산 등에서 포도당이 합성되기도 한다.

주로 곡류 등 탄수화물 식품이 소화효소나 조리·가공 처리에 의하여 가수분해될 때 생성되며 과일이나 꿀 등에 많이 함유되어 있다. 

 

• 과당(fructose)

과당은 설탕보다 두 배나 달기 때문에 설탕과 더불어 가공식품의 감미료로 사용된다. 과당은 대사경로가 단순하여 포도당보다 더 빠르게 이용될 수 있어서 과당을 과잉 섭취 시 대사 과정이 빠르게 나타나 지방산이 많이 합성되어 중성지방 및 콜레스테롤 수치가 증가할 수 있다. 포도당과 마찬가지로 채소나 과실의 액즙, 꿀, 고과당 콘 시럽 등에 존재하며 서당(sucrose)이 가수분해될 때 포도당과 함께 얻을 수 있다. 화학적으로 케톤기를 갖는 케토스이다.

 

• 갈락토스(galactose)

갈락토스는 다양한 생체분자를 합성하는 데 필요하며, 갈락토스 단독으로는 식품에 거의 존재하지 않고 유당의 구성성분으로 존재한다. 특히 뇌 성장이 중요한 영유아에게 필수적인 역할을 한다.

다당류에 속하는 갈락탄, 한천, 아라비아고무에도 갈락토스가 들어 있으나 이들은 체내에서 쉽게 이용되지 않는다.

 

• 리보스(ribose)와 데옥시리보스(deoxyribose)

리보스는 5탄당으로 핵산의 구성성분으로서 각기 RNA와 DNA를 구성한다. 에너지 대사의 주요 생성물인 ATP, NADH 및 NADPH도 리보스를 함유하고 있다. 데옥시리보스는 리보스에서 산소 원자가 하나 제거된 상태이다.

 

 

2. 이당류(단순 탄수화물)

이당류는 단당류 두 개가 글리코사이드 결합된 탄수화물로서 자연계에서 흔히 볼 수 있는 이당류는 서당, 맥아당, 유당이 있다. 글리코사이드 결합은 두 단당류가 결합하며 탈수반응이 발생하며 생성된 공유결합이다.

 

• 서당(sucrose, sugar)

서당은 포도당과 과당이 각각 한 분자씩 글리코사이드 결합을 통해 만들어진 비환원당이다. 서당은 포도당과 과당이 결합되어 있는 것으로 과일에 많이 들어있다. 특히 사탕수수나 사탕무에 과량 존재하며, 최근 서당 함량이 높은 식품의 섭취가 많이 증가하여 충치나 비만의 원인이 되고 있다.

• 맥아당(maltose)

맥아당은 엿당으로도 불리며, 포도당 두 분자가 결합된 것으로 천연식품에 흔히 존재하지 않으며 전분이 산이나 효소(입속의 아밀라아제)에 의해 가수분해될 때, 또는 곡류가 발아할 때 중간 산물로 생성된다.

맥아당은 주로 전분의 가수분해 결과로 생성되며, 두 개의 포도당이 α-1,4 결합을 통해 만들어지는 환원당이다. 단맛은 비교적 약하다.

• 유당(lactose)

유당은 젖당이라고도 하며 포도당과 갈락토스가 결합된 것으로 유즙에만 있다. 모유에 6~7%, 우유에 4.5~5% 존재하며 단맛이 가장 약하다. 흡수된 유당의 갈락토스는 빠른 속도로 성장하는 어린 동물의 뇌와 신경을 형성하는 갈락토사이드의 합성에 사용되거나 포도당으로 전환된다. 유당은 포도당과 갈락토스가 β-1,4 결합을 함으로써 만들어진다. 다른 이당류와는 달리 β-결합으로 되어 있으므로 과량 섭취하거나 유당분해효소인 락타아제가 부족하면 소화되기가 어렵다.

 

3. 올리고당

 3~10개의 단당류로 구성되며, 세포막의 당단백질이나 당지질의 구성성분으로서 세포 내에서는 주로 생체막에 부착되어 있고, 소포체와 골지체 등의 분리형 단백질과 결합되어 있다. 대두에 있는 올리고당인 라피노오스(3당류)와 스타키오스(4당류)는 사람의 소화효소로는 소화가 되지 않으며, 대장에 있는 박테리아에 의해 대사되어 가스와 그 부산물이 생성된다.

 

4. 다당류(복합 탄수화물)

다당류는 단당류가 수십~수천 개까지 결합된 단당류의 중합체이다. 단당류 및 여러 분자가 글리코사이드 결합으로 연결된 형태로 가수분해를 통해 많은 단당류를 생성한다. 한 가지 종류로 구성된 단순다당류(동질 다당류)와 두 가지 이상으로 구성된 복합다당류(이질 다당류)로 분류할 수 있다. 

• 전분(starch)

전분은 α-포도당 분자가 글리코사이드 결합으로 중합된 화합물이며, 곁가지 유·무에 따라 아밀로펙틴과 아밀로스로 분류된다. 신체의 주요 에너지 공급원으로 포도당의 화합물로 존재한다. 주로 식품의 열매나 뿌리에 저장되어 있으며 곡류, 감자, 콩류 등에 많이 포함되어 있다. 아밀로펙틴과 아밀로스의 비율은 보통 4:1이다. 전분은 조리 과정에서 소화되기 쉬운 겔 형태로 전환되어 소화효소의 작용을 쉽게 받는다.

 

• 글리코겐(glycogen)

글리코겐은 동물 조직에 저장되어 있는 다당류로 간과 근육에 저장된다. α-1,4 결합과 α-1,6 결합을 많이 갖고 있어 촘촘한 구조를 나타낸다. 세포질에 존재하며 포도당 대사 과정에서 중요한 역할을 한다.

혈당 조절을 위해 간에 저장된 글리코겐이 분해되어 신속하게 포도당을 공급할 수 있지만 지방보다 저장 효율은 떨어진다. 간보다 근육에 저장된 글리코겐이 많지만 근육 속 글리코겐은 직접 사용되고 혈당 조절에는 사용되지 않는다.

• 식이섬유(cellulose)

식이섬유는 주로 식물의 형태를 유지하며 세포벽에 존재한다. β-1,4 결합으로 연결되며 곁가지가 없다. 인체에는 식이섬유를 소화하는 분해효소가 존재하지 않아 식이섬유를 소화하지 못한다. 용해성에 따라 수용성 식이섬유와 불용성 식이섬유로 구분한다. 식이섬유를 물에 담가 놓으면 불용성 식이섬유는 변화가 없지만 수용성 식이섬유가 많이 포함된 식이섬유는 부드럽게 변한다. 식이섬유의 종류에는 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 펙틴, 검, 리그닌 등이 있다. 우리나라에서는 식품의약안전처에서 사람의 소화효소로 분해되지 않는 난소화성 고분자 섬유로 정의하고 있다.