기능성 식품학 2 장 탄수화물 소재 건강기능식품 (1)

2 00 차례 1. 개요 2. 당알코올과 기능성 3. 기능성 올리고당 4. 식이섬유 5. 아미노당과 뮤코다당, 단백관련 기능성 식품 6. 요약 7. 탄수화물 소재 건강기능식품(식품의약품안전청 고시)

3 01 개요 탄수화물은 다가 알코올의 알데하이드 또는 케톤 및 그 유도체이다. - 탄수화물은 생물체 내에서 구조적 역할이나 에너지원으로서의 기능을 가짐 - 글루코오스 : 탄수화물의 구성단위, 녹색식물에서 광합성을 통해 이산화탄 소로 부터 생합성된다. - 이 글루코오스가 중합되어 올리고당이나, 전분, 셀룰로오스와 같은 여러 종 류의 탄수화물을 합성한다. - 화학적 구조 : 다가 알코올의 알데하이드 또는 케톤 및 그 유도체 - 탄수화물에는 산소원자 수가 일반식보다 적은 5탄당, 질소원자를 함유하는 아미노당, 카르복실기를 가진 우론산, 황 화합물을 함유한 탄수화물 등이 포 함된다.

4 01 개요 탄수화물의 구조와 기능성은 밀접한 관계가 있다. - 탄수화물은 구성하는 단위당의 수에 따라 단당류, 소당류, 다당류로 구분됨 - 이러한 구성당의 종류, 결합방식, 분지상태, 분자량은 각 탄수화물의 물리화 학적 성질뿐만아니라, 생리적 기능성에도 영향을 주는 것으로 알려졌다. - 탄수화물 소재의 기능성 : 식품의 물리적 특성을 개량하는 식품학적 기능성 과 생리활성을 나타내는 건강 기능성으로 분류된다. # 당알코올, 올리고당류 : 분자량이 작은 친수성 물질, 식품의 조직감에 큰 영 향을 미치지 않고 보수성을 갖게 함으로써, 식품의 물성을 개선시키거나 저열 량 감미료로 건강을 지향하는 식품에 많이 사용

5 01 개요 탄수화물의 구조와 기능성은 밀접한 관계가 있다. - 영양학적으로 탄수화물의 중요성은 열량 영양소로서의 기능에 국한되어 있 었지만 최근에는 인체내 소화효소에 의해 분해될 수 없는 구조를 가진 난소화 성 탄수화물이 건강 기능성 식품 소재로 주목을 받고 있음 # 대부분의 난소화성 탄수화물은, 포도당과 콜레스테롤의 흡수 억제, 장 운동 개선 및 비피더스 증식효과, 저열량 및 충치예빵 등과 같은 건강 기능성을 가 진 탄수화물 소재로 분류됨 – 셀룰로오즈, 자일리톨 등

6 01 개요 탄수화물은 구조에 따라 체내에서의 소화, 흡수, 대사과정이 다르다 - 포도당, 과당, 갈락토오스와 같은 단당류나 맥아당, 슈크로오즈, 유당과 같은 이당류와 전분 등은 소화성 탄수화물로 체내에서 흡수되어 열량을 낸다. - 난소화성 탄수화물은 큰 창자로 내려가서 대장균에 의해 분해되어 휘발성 유기산이나, 메탄, 수소와 같은 가스를 생성 > 탄수화물은 체내에서의 이용경로에 따라 열량을 내는 정도에 차이가 있음

7 01 개요 탄수화물탄수화물 작은창자작은창자 큰창자큰창자 흡수흡수 발효발효 대사되지 못함 대사대사 위발성 지방산 음식 찌꺼기 (biomass) (biomass) 대변 에너지에너지 콩팥 소변 CO 2 CH 4 H 2 대변 탄수화물의 소화, 흡수, 대사과정

8 01 개요 대부분의 기능성 당 제품은 저열량 대체 감미료이다 - 최근 과다한 설탕의 섭취가 비만, 당뇨 충치 등을 유발하는 것으로 알려지면 서, 설탕을 대체할 수 있는 감미료 개발에 박차를 가하게 됨 - 기능성 당 : 이러한 대체 감미료에 대한 강한 요구에 의하여 탄생 - 대표적인 당질계 대체 감미료인 당알코올과 올리고당은 화학적 방법이나 미 생물의 당전이효소를 이용하여 대량생산함 - 기능성 당류는 대체 감미료, 저칼로리, 비피더스균 증식, 충치예방 등의 기능 성이 알려져, 그 수요가 안정적이며 급신장하는 추세

9 01 개요 효소, 산분해 전화당 효소, 산분해 전화당 설탕 효소전이 glucosyltrasferase 의 작용 팔라티노오소 효소전이 fructosyltranferase 의 작용 플락토올리고당 효소전이 fructosyltranferase 의 작용 플락토올리고당 설탕 + 전분 ─ 효소전이 Cyclodextrin glucanotransferase ── 커플링슈가 ┌ 물엿 ──── 수소첨가 ── 환원물엿 ┌ 물엿 ──── 수소첨가 ── 환원물엿 │ 맥아당 ─── 수소첨가 ── 말티톨 │ 맥아당 ─── 수소첨가 ── 말티톨 전분 ── 전분당 ┤ 말토오스 ── 수소첨가 ── 분말 말티톨 └ 글루코오스 ┌ 수소첨가 ── 솔비톨 └ 글루코오스 ┌ 수소첨가 ── 솔비톨 └ 이성화 ─── 이성화당 ─ 분리 ─ 과당 └ 이성화 ─── 이성화당 ─ 분리 ─ 과당 우유 ─ 정제, 추출 ─ 유당 ─ 효소전이 ─ 갈락토올리고당 자일로오스 ─ 수소첨가 ─ 자일리톨 대체 감미료로 이용되는 기능성 당의 종류

10 01 개요 당의 세대 교체 3세대 : 단맛과 기능성 중시 2세대 : 저열량, 건강기능성 중시 1세대 : 에너지공 급과 단맛을 중시 하는 세대 단당류 : 포도당, 과당, 갈락토오스 이당류 : 말토오스, 설탕, 유당 당알코올 : 말티톨, 솔비톨, 자일리톨 올리고당 : 말토올리고당, 프락토올 리고당, 갈락토 올리고당 타카로오스 : 갈락토오스의 유도체로 감미가 설탕과 유사하고 저열량이며 당지수도 낮아 당뇨환자를 위한 신세대 감미료로 주목받음 사이코오스 : 과당을 변형해서 만듬. 지방 합 성효소의 활성을 떨어뜨려 살을 찌지 않게함 알로오스 : 포도당이나 사이코오스를 이용해 만든다. 의역품의 원료로 사용

11 02 당알코올과 기능성 당알코올은 단당류나 이당류의 알데하이드기(-CHO)나, 카르보닐기(C=0)가 알 코올기(CH2OH, CHOH)로 환원된 형태의 당 유도체이다. - 당의 알데하이드기나 카르보닐기가 환원되어 OH로 바뀌였으므로 당의 어미 ´-ose ´를 ´-itol´로 바꾸어 명명함 - 환상구조를 갖지 않으며, 갈색화 반응(마이아르 반응)을 하지 않음. 열과 pH 에 비교적 안정한 당 유도체 > 식품 가공에 용이

12 02 당알코올과 기능성 당알코올의 구조

13 02 당알코올과 기능성 식물체에 함유되어 있으나, 인공적으로 대량합성하고 있다. - 에리스리톨, 자일리톨, 솔비톨, 만니톨 등은 식물체와 해조류에 상당량 존재 하며, 곰팡이와 효모에 의해서도 합성됨 - 산업적으로는 주로 수소 첨가반응을 통한 합성법 및 발효 등의 제조 공정을 통해 대량생산 함

14 02 당알코올과 기능성 당알코올의 제조과정 곡류곡류 전분전분 포도당 시럽 맥아당 시럽 과당 시럽 발효발효 에리스리톨에리스리톨 수소첨가반응수소첨가반응 설탕설탕 효소반응효소반응 이소말토오스 시럽 자일로스자일로스 솔비톨솔비톨만티톨만티톨만니톨만니톨이소말트이소말트자일리톨자일리톨

15 02 당알코올과 기능성 각종 당알코올의 물리·화학적 성질 말티톨이소말토솔비톨에리스리톨 용해도(g/100mL, 20℃) 설탕 대비 감미도 80%45%50%70-80% 흡습성낮음낮음보통낮음 내산성·내염기성 높음높음높음높음 용해열(kcal/g) 열안정성높음높음높음높음 열량(kcal/g)

16 02 당알코올과 기능성 저열량, 난 충치성 대체 감미료로서 건강 지향적 식품 제조 시 사용된다. - 단당류 유도체인 솔비톨, 만니톨, 자일리톨은 소화과정 없이 흡수되지만, 이 당류 유도체인 말티톨, 이소말트 등은 구성 당으로 분해되어 흡수됨 - 대부분의 당알코올은 소장에서 수동흡수에 의해 흡수되어 능동수송에 의해 흡수되는 포도당에 비해 흡수속도와 흡수율이 낮음 - 일반적으로 당알코올은 포도당의 1/2~1/3 에 해당하는 저열량 당류로서, 급 격한 혈당 상승을 일으키지 않으며, 대사에 인슐린을 거의 필요로 하지 않으 므로, 당뇨 환자에게 적합한 대체 감미료임 - 충치는 발효성 당이 충치균에 의해 발효되어 생기는 유기산에 의해 pH가 5.7 이하로 낮아져서 치아의 칼슘이 용해되고 에나멜층이 손상되어 일어남 - 당알코올은 충치균인 Streptococcus Mutans 에 의해 발효되지 않음

17 02 당알코올과 기능성 저열량, 청량감, 보수력 등 다양한 식품기능성을 가지고 있다. - 열량은 설탕의 7~75% 에 해당하는 저칼로리 당 유도체이며, 용해열은 설탕 의 1.3~10 배로 용해 시 흡열량이 높기 때문에 강한 청량감을 줄 수 있음 - 열에 대단히 안정하며 가열시 거의 분해되지 않음. pH 2~10 의 범위에서 안 정하며, 용해도 역시 적당하여 다양한 식품에 첨가가 용이함. - 갈변화가 일어나지 않기 때문에 갈변을 방지하여야 하는 조리, 가공식품에 설탕 대신 사용하면 좋음. 그러나 제과, 제빵같이 갈변화가 바람직한 식품에 는 적당하지 않음 - 말티톨, 이소파라피니톨 : 입안에 오래 남지 않는 산뜻한 단맛 덕분에 사탕 제조에 사용 # 당알코올 사탕은 개별 포장을 해 공기를 차단시켜 수분과 차단을 시켜야 함 > 식품의 수분을 붙잡아 놓는 성질

18 02 당알코올과 기능성 저열량, 청량감, 보수력 등 다양한 식품기능성을 가지고 있다. - 열량은 설탕의 7~75% 에 해당하는 저칼로리 당 유도체이며, 용해열은 설탕 의 1.3~10 배로 용해 시 흡열량이 높기 때문에 강한 청량감을 줄 수 있음 - 열에 대단히 안정하며 가열시 거의 분해되지 않음. pH 2~10 의 범위에서 안 정하며, 용해도 역시 적당하여 다양한 식품에 첨가가 용이함. - 갈변화가 일어나지 않기 때문에 갈변을 방지하여야 하는 조리, 가공식품에 설탕 대신 사용하면 좋음. 그러나 제과, 제빵같이 갈변화가 바람직한 식품에 는 적당하지 않음

19 02 당알코올과 기능성 - 말티톨, 이소파라피니톨 : 입안에 오래 남지 않는 산뜻한 단맛 덕분에 사탕 제조에 사용 # 당알코올 사탕은 개별 포장을 해 공기를 차단시켜 수분과 차단을 시켜야 함 > 식품의 수분을 붙잡아 놓는 성질 비소화성 당이므로 과다 섭취 시 복부 팽만감과 설사 증상을 유발할 수 있다. - 당알코올은 흡수되지 않은 채 큰 창자로 내려가 대장균에 의해 발효되어 휘 발성 유기산을 생성함 - 이 과정에서 수소와 메탄 같은 가스가 생성되어 복부 팽만감과 설사증상과 같은 부작용이 생김

20 02 당알코올과 기능성 솔비톨과 자일리톨은 대표적인 솔비톨 # 특성 # 특성 - 솔비톨은 6개의 수산기를 가진 당알코올로서 과채류(1~2%), 해조류(13%)에 - 솔비톨은 6개의 수산기를 가진 당알코올로서 과채류(1~2%), 해조류(13%)에 다량 함유되어 있으며, 산업적으로는 옥수수 시럽을 원료로 사용해 포도 다량 함유되어 있으며, 산업적으로는 옥수수 시럽을 원료로 사용해 포도 당에 수소를 첨가, 환원시켜 제조함 당에 수소를 첨가, 환원시켜 제조함 - 포도당과 비슷한 단맛이며 설탕의 50% 에 해당하는 감미도를 가지고 있음 - 포도당과 비슷한 단맛이며 설탕의 50% 에 해당하는 감미도를 가지고 있음 - 물에 잘 녹는 결정성 당알코올로, 청량감이 있어서 음료수에 많이 사용되 - 물에 잘 녹는 결정성 당알코올로, 청량감이 있어서 음료수에 많이 사용되 는 대체 감미료 는 대체 감미료 - 일반 미생물에 의해 발효되지 않고 효모와 곰팡이의 생육 저지력을 가짐 - 일반 미생물에 의해 발효되지 않고 효모와 곰팡이의 생육 저지력을 가짐

21 02 당알코올과 기능성 솔비톨과 자일리톨은 대표적인 당알코올이다. # 식품에서의 이용 # 식품에서의 이용 - 열량이 낮고, 인체 내 흡수가 느려 당뇨 환자용 감미료나, 무설탕 껌과 캔 - 열량이 낮고, 인체 내 흡수가 느려 당뇨 환자용 감미료나, 무설탕 껌과 캔 디 제조 시 사용됨 디 제조 시 사용됨 - 충치 예방용 감미료이며 상쾌한 청량감이 있어 음료수에 첨가하기도 함 - 충치 예방용 감미료이며 상쾌한 청량감이 있어 음료수에 첨가하기도 함 - 수분을 강하게 흡수하는 성질이 있어 습윤제, 보습제로 사용함 - 수분을 강하게 흡수하는 성질이 있어 습윤제, 보습제로 사용함 - 건조를 막아주고 균열, 중량 손실을 방지해 품질과 저장성을 향상시킴 - 건조를 막아주고 균열, 중량 손실을 방지해 품질과 저장성을 향상시킴

22 02 당알코올과 자일리톨 # 특성 # 특성 - 자일리톨은 5탄당 자일로스가 환원된 상태으 당알코올로, 열과 화학적 반 - 자일리톨은 5탄당 자일로스가 환원된 상태으 당알코올로, 열과 화학적 반 응에 안정함 응에 안정함 - 설탕과 가장 유사한 감미도를 가지고 있으며, 잔미가 없어 감미의 질이 우 - 설탕과 가장 유사한 감미도를 가지고 있으며, 잔미가 없어 감미의 질이 우 수함 수함 - 용해열을 흡수하므로 입 안에서 녹을 때 강한 청량감을 줌 - 용해열을 흡수하므로 입 안에서 녹을 때 강한 청량감을 줌 - 충치발생 원인균인 Streptococcus Mutans 에 의한 상 생성을 억제해 치아표 - 충치발생 원인균인 Streptococcus Mutans 에 의한 상 생성을 억제해 치아표 면의 세균막인 플라크의 형성을 감소시켜 충치예방 효과가 있음 면의 세균막인 플라크의 형성을 감소시켜 충치예방 효과가 있음 - 혈당치를 상승시키지 않으므로 인슐린 비의존성 당뇨 환자용 감미료로 사 - 혈당치를 상승시키지 않으므로 인슐린 비의존성 당뇨 환자용 감미료로 사 용됨 용됨

23 02 당알코올과 기능성 자일리톨의 충치예방 효과

24 02 당알코올과 기능성 # 식품원 및 제조법 # 식품원 및 제조법 - 양파, 시금치, 딸기 등의 과실이나 야채, 곡류, 버섯, 짚 중에 많이 함유된 - 양파, 시금치, 딸기 등의 과실이나 야채, 곡류, 버섯, 짚 중에 많이 함유된 천연소재 감미료 천연소재 감미료 - 인체 내에서는 포도당 대사의 중간물질로 생성됨 - 인체 내에서는 포도당 대사의 중간물질로 생성됨 - 상업적으로는 자작나무나 옥수수 속대로부터 추출한 자일로스를 금속 촉 - 상업적으로는 자작나무나 옥수수 속대로부터 추출한 자일로스를 금속 촉 매에 의한 화학적 방법이나, 생물공학적 방법으로 발효해 생산함 매에 의한 화학적 방법이나, 생물공학적 방법으로 발효해 생산함