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1. 탄수화물
탄소(C), 수소(S), 산소(O)의 세 가지 원소로 구성되어있는 유기화합물 (지방, 단백질과 함께 3대 영양소)
<탄수화물의 종류>
1) 단당류
포도당(glucose - C6H12O6) : 다당류의 기본적인 구성분자, 전분의 가수분해로 얻음
갈락토오스(galactose - C6H12O6) : 유당을 분해하여 얻음, 포유동물의 젖에만 존재
과당(fructose - C6H12O6) : 이눌린의 가수분해, 설탕의 가수분해로 얻음
2) 2당류
자당(설탕 - sucrose - C12H22O11) : 사탕수수, 사탕무로부터 얻는 가장 중요한 자원
인버타제 효소에 의해 포도당 + 과당으로 분해(인버타제 : 이스트, 췌액, 장액에 존재)
맥아당(maltose - C12H22O11) : 전분이 분해되어 생산 α-아밀라제, β-아밀라제의 작용
말타제 효소에 의해 포도당 + 포도당으로 분해(말타제 : 이스트, 췌액, 장액에 존재)
유당(lactose - C12H22O11 ) : 포유동물의 젖 중에 자연 상태로 존재
락타제 효소에 의해 포도당 + 갈락토오스로 분해(락타제 : 췌액과 장액에 존재)
(ex)유산균에 의한 유산
★ 감미도 : 과당 >전화당 >설탕 >포도당 >맥아당
<다당류 - 전분, 셀룰로오스, 이눌린>
1) 전분(starches)
식물계의 중요한 저장 탄수화물, 분자구조 - 아밀로오스 + 아밀로펙틴
곡물전분 : 옥수수, 밀, 쌀
구경전분 : 타피오카, 감자, 칡
(1)아밀로오스(amylose)
① 포도당 단위가 직쇄로 연결(분자량 : 8만~32만)
② 알파 -1.4 결합으로 연결
③ β-아밀라제에 의해 맥아당으로 완전 분해
④ 쉽게 퇴화하고 침전하는 경향이 있음
(2)아밀로펙틴(amylopectin)
① 포도당 단위가 직쇄로 연결(분자량 : 100만이상)
② 알파 -1.6 결합으로 연결
③ β-아밀라제에 의해 약 52%까지 분해
④ 퇴화하는 경향이 적음
보통곡물 : 아밀로오스 17~28% + 아밀로펙틴 83~72%
찹쌀, 찰옥수수 : 100% 아밀로펙틴
순수한 우리말로 녹말이라고도 하는 전분은 식물의 종자나 과실뿌리, 줄기 등에 많이 분포되어 있다. 전분분자는 포도당분자들로 구성되어 있으며 이작은 분자들이 화학적으로 이루어진 분자들의 고중합체이다. 전분입자의 크기는 대단히 작으며 2μ에서 150μ에 이르기까지 다양한 크기를 갖고 있다.
이 전분의 종류로는 옥수수전분, 밀 전분, 보리전분, 쌀 전분 등의 곡물전부노가 고구마, 감자, 타피오카 등의 구경전분 등 여러 종류가 있으며 식품산업에서부터 일반 공업용으로까지 널리 쓰이고 있다.
전분은 찬물에는 변화가 없으나 끓는 물에 의해서는 유백색의 점성을 가진 전분풀로 변화되는데 이 변화를 호화라고 한다.
전분의 분자구조
식물체내의 전분분자는 2개의 기본 형태로 나누어져 있으며 이것들은 아밀로오스(Amylose)와 아밀로펙틴(Amylopectin)으로 그 물리적 화학적 작용이 현저히 다르다.
1) 아밀로오스(Amylose)
① 요오드 용액에서 청색반응을 한다.
② 포도당분자 500～2,000개 등이 긴 사슬형으로 이루어져 있는 직선형(Linear)이다.
③ 효소인 베타(β)아밀라아제에 의해 맥아당으로 100%까지 변화된다.
④ 알파(α)1.4결합이다.
⑤ 용액을 냉각시키면 쉽게 퇴화하고 침전하는 경향이 있다.
⑥ 부수적 특성으로 셀룰로오스에 흡착성이 크다.
2) 아밀로펙틴(Amylopectin)
① 요오드 용액에서 적자색 반응을 한다.
② 포도당분자(약 80,000～320,000)들이 화학적으로 결합하여 긴 가지형으로 이루어진 가지형 전분이다.
③ 베타(β)아밀라아제에 의해 분자의 50～60%까지만 맥아당으로 바뀐다.
④ 1.6알파(α)결합이다.
⑤ 퇴화의 경향이 적다.
생전분과 익힌 전분(호화전분)
생전분은 냉수에 풀어두면 바로 침전된다. 이것을 다시 건조시키면 전과 같이 되며, 전분을 물에 풀어 63~71℃정도로 가열하면 입자는 갑자기 물을 흡수하여 팽윤이 시작되어 풀이된다. 이것을 호화라 하며 전분입자는 온도가 올라감에 따라 최고 온도인 88℃에 도달될 때까지 물을 흡수하게 된다. 이때 전분의 입자들은 부드럽고 탄력을 가지며 점성과 유동성을 갖는다. 익힌 전분이 냉각되었을 때 페이스트는 된 상태가 되며 굳은 젤리 상태로 응고된다.
익힌 전분 상태는 전분분자 내에 물의 분자가 들어가서 팽창이 되며 분자내의 배열상태가 변화된다. 이와 같은 상태를 알파(α)전분이라 하며 이와 반대로 생전분은 분자가 규칙적으로 배열되어 있으며 이런 상태를 베타(β)전분이라고 부른다.
알파전분은 소화되기가 쉬우나 베타전분은 소화가 잘 되지 않을 뿐 아니라 맛도 다소 떨어진다. 전분이 알파전분으로 되려면 수분이 약 30%이상 있어야 하며 쌀로 밥을 지을 때 100℃에서 약 20분가열하면 쌀의 전분이 알파화되어 맛있는 밥이 되며 이것을 그대로 방치하면 서서히 맛없는 밥 즉 베타 전분으로 변한다.
일반적으로 알파전분이 된 것을 80℃이상에서 수분을 없애거나 또는 0℃이하로 식혀서 갑자기 수분을 15%이하로 감소시키면 베타전분으로 되지 않고 알파전분 그대로 보전할 수 있다.
전분의 화학적 성질
전분은 산 또는 효소 등에 의해 쉽게 가수분해가 된다. 전분을 가수분해하면 그 분해정도에 따라 일부 고분자 가수분해물질과 가수분해 최종생성물인 포도당과 맥아당 등이 되며 이것을 제외한 모든 가수분해 생성물들을 총칭하여 덱스트린(Dextrin)이라고 한다.
① 산은 전분분자를 작은 분자로 분해시켜서 덱스트린을 만들며 마지막으로 전분분자들은 당류로 변화한다. 이것이 바로 맥아당을 거쳐 포도당이 된다.
이 변화를 정리하여보면
전분+산→작은 분자들→덱스트린→맥아당→포도당
포도당과 보통 전화물엿이라고 하는 것은 전분에 산을 작용시켜서 당류를 생성한다.
② 효소도 전분분자를 작은 분자로 분해시켜서 당류를 생성한다. 맥아, 밀가루, 효모, 박테리아에는 효소들이 존재하고 있으며 이들은 전분을 가수분해시켜서 당을 생성한다. 보통 전분을 최초로 분해시키는 효소는 디아스타제로서 전분을 덱스트린과 맥아당으로 만든다.
디아스타제는 맥아, 밀가루 등에 존재하며 디아스타제는 α-아밀라제와 β-아밀라제의 2개의 효소로 되어있다. 또한 맥아당은 효모에 존재하는 말타제란 효소에 의해 포도당을 생성한다. 이것을 정리하여보면
전분 + α-아밀라제→덱스트린+β-아밀라제→맥아당+말타제→2개의 포도당
즉, α-아밀라제는 전분을 분해하여 덱스트린을 생성하고 β-아밀라제는 덱스트린을 맥아당으로 생성하며 말타제는 맥아당을 2개의 포도당으로 분해한다. 고전화 물엿은 전분 또는 전화물엿에 효소를 작용시켜 얻어진다. 참고로 밀가루에는 표백제로 염소가스를 사용하는데 염소가스의 효과는 전분의 호화온도를 낮추어 주게 된다.
모든 밀가루에는 많은 β-아밀라제를 함유하고 있으나 α-아밀라제는 경우에 따라 불충분하여 인위적으로 첨가하는데 보통 맥아(Malt)를 첨가한다. 맥아는 밀이나 보리는 수분이 충분한 따뜻한 곳에서 싹을 트게 하여 얻는다. 이것은 분말로 하든가 시럽상태의 것으로 하여 사용한다
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