1. 다당류 탄수화물
ㅇ 수많은 단당류가 글리코시드 결합(glycosidic bond)으로 연결된 중합체(고분자)
- 다당류의 구조와 기능은,
. 다당류를 구성하는 단당류 단위체와 글리코시드 결합 위치로써 결정됨
- 구분
. 저장성 다당류, 구조 다당류
.. 저장 다당류 : 녹말(전분), 글리코젠 등
.. 구조 다당류 : 셀룰로스 (식물 세포를 감싸는 단단한 세포벽의 주요 구성 성분) 등
. 단순 다당류(단일 당류로 구성), 복합 다당류(여러 종류의 당류로 구성)
.. 단순 다당류 : 녹말(전분), 덱스트린, 셀룰로스, 글리코겐, 기틴 등
.. 복합 다당류 : 헤미 셀룰로스, 펙틴, 이눌린, 식물성 검류, 한천, 알긴산 등
- 한편, 녹말,셀룰로스는,
. 동일한 분자식 C6(H2O)5)n을 갖는 서로다른 화합물이므로, 이성질체 임
. 3차원 공간 상의 원자 배열이 다르므로, 입체 이성질체 임
2. 전분 (澱粉, 녹말, Starch)
ㅇ (정의 및 역할)
- 식물이 광합성을 통해 생성한 포도당(글루코스)이 축적되어 형성되는 다당류
- 식물에서는 에너지원으로 저장되며, 인체 섭취 시 주된 탄수화물 공급원이 됨
ㅇ (형태 및 구성)
- 분자구조가, 규칙적으로 배열된 결정 입자(crystalline granule) 형태로 존재
- 화학적으로는, 포도당(glucose) 단위가 반복 결합된 고분자이며, 두 가지 주요 성분으로 구성
. 아밀로스(amylose) : 직선형 구조, α(1→4) 글리코시드 결합
.. 물에 덜 녹으며 점성 낮음
. 아밀로펙틴(amylopectin) : 가지형 구조, α(1→4) 및 α(1→6) 결합 포함
.. 물에 잘 풀리며 점성이 높음.
. 이 두 성분의 비율에 따라 전분의 점성, 투명도, 호화 특성 등이 달라짐
ㅇ (전분의 가수분해)
- 전분은 효소(아밀레이스 등)에 의해 가수분해되면, 말토스 → 포도당으로 분해됨
. 이 포도당은 신체 에너지 생성에 직접 활용됨
ㅇ (식물별 전분 입자 특성)
- 감자,고구마,옥수수,쌀,밀 등 다양한 식물의 뿌리나 씨앗에 존재
- 각 식물에서 유래한 전분 입자는, 크기,형태,구조가 다르며, 조리 시 다른 물성을 보임
. 감자 전분 : 입자 큼, 둥글고 부드럽게 팽윤
. 고구마 전분 : 약간 작고 반투명함
. 옥수수 전분 : 작고 다소 각진 입자
- 식품에 바람직한 물성을 제공
. 물과 함께 가열하면, 팽창하여 부드러워지고, 냉각하면 단단해지는 등
ㅇ (호화와 고화 : 조리 중 전분의 변화)
- 전분을 물과 함께 가열하면 다음과 같은 과정이 일어남
. 흡수 및 팽윤 : 전분 입자가 물을 흡수하여 부풀어 오름
. 호화 (gelatinization) : 입자 구조가 무너지고 점성이 높은 겔(gel) 상태로 변함
.. 例) 죽, 풀 등
. 고화 (set gelatinization / retrogradation) : 냉각되거나 수분이 증발하면서,
.. 하얗고 단단하게 굳는 현상 → 이는 노화(retrogradation)와도 관련됨
ㅇ (전분의 용도)
- 식품 : 떡,면류,빵,소스,수프 등에 점성을 부여하거나 질감을 조절하는 데 사용
- 공업 : 제지,섬유,접착제 등에서 점착성 재료로 활용
3. 셀룰로오스, 셀룰로스 (Cellulose, 섬유소, 纖維素)
ㅇ (정의 및 역할)
- 식물 세포벽(cell wall)의 주성분을 이루는 대표적인 구조 다당류
- 식물체에 기계적 강도와 형태 안정성을 부여
- 인체에서는 소화되지 않으나, 식이 섬유로서 장운동 촉진 등 생리적 기능 수행
ㅇ (형태 및 구성)
- 화학적으로는 포도당(glucose) 단위가 반복 결합된 고분자 다당류
- 분자들이 서로 평행하게 배열되어 미세섬유(microfibril) 구조를 형성
- 매우 치밀하고 규칙적인 결정 구조를 이루어 높은 강도와 내구성을 가짐
ㅇ (화학 결합 및 구조적 특징)
- 구성 단위 : β-D-글루코스
- 결합 방식 : β(1→4) 글리코시드 결합
- 각 사슬 간에 다수의 수소결합(hydrogen bonding) 이 형성되어,
. 물에 녹지 않고, 효소 접근이 어려운 견고한 구조를 가짐
- 전분(α결합)과 달리 직선형,강직성 사슬 구조
ㅇ (가수분해 및 소화 특성)
- 강산(예: 황산) 처리 시 가수분해되어 셀로비오스 → 포도당으로 분해 가능
- 인간의 소화효소는, β(1→4) 결합을 분해하지 못함 → 영양소로 흡수되지는 않음
- 초식 동물은, 장내 미생물(셀룰라아제)에 의해 분해 가능
ㅇ (식물별 셀룰로오스 특성)
- 목재, 면화, 삼, 대나무 등 거의 모든 식물 조직에 존재
- 식물 종류와 조직에 따라, 미세 섬유의 배열, 결정화도, 강도 등이 다름
. 면화 셀룰로오스 : 순도 높고 섬유 길어 섬유·직물에 적합
. 목재 셀룰로오스 : 리그닌, 헤미셀룰로오스와 함께 복합 구조 형성
ㅇ (물리,화학적 성질)
- 냄새 없는 백색 고체
- 물 및 대부분의 유기용매에 불용
- 알칼리에 비교적 안정
- 산에 의해 가수분해됨
- 높은 인장강도, 낮은 열가소성
ㅇ (셀룰로오스 유도체)
- 셀룰로오스의 수산기(-OH)를 치환하여 물성 조절
. 초산 섬유소 (Cellulose acetate) → 사진 필름, 포장재, 직물 섬유
. 질산 섬유소 (Cellulose nitrate) → 플라스틱, 폭약, 니스, 초기 필름 재료
. 카복시메틸 셀룰로오스(CMC) → 식품,의약,화장품의 점증제, 안정제
ㅇ (용도)
- 식품 : 식이섬유, 안정제, 충전제
- 산업 : 제지, 섬유, 필름, 접착제
- 의약,화장품 : 캡슐, 점증제, 보습,안정 성분