kict 창조신학연구소
 
작성일 : 10-02-19 15:59
8. 신학도들을 위한 식품 영양 화학 기초(강의용)
 글쓴이 : 최고관리자
조회 : 7,261  
신학도들을 위한 식품 영양 화학 기초(강의 용)





chap. 1 개론
1. 영양의 필요성
성경적 전인건강을 위해 생명의 유지 발전에 필요한 섭취물의 소화, 흡수, 대사 등에 대한 기본적인 화학적 이해가 필요하다.


2. 영양소, nutrient
1) 열량소(체내 서 산화하여 에너지원 생성)= 당질, 지질, 단백질
2) 조절소(체내 기능 조절)=미네랄, 비타민
3) 물

3. 영양물의 경로
1) 태양 에너지
2) 생산자-소비자- 분해자


4. 영양과 건강
세계보건기구(WHO, World Health Organization)의 헌장에는 “건강이란 질병이 없거나 허약하지 않은 것만 말하는 것이 아니라 신체적 ·정신적 ·사회적으로 완전히 안녕한 상태에 놓여 있는 것”이라고 정의하고 있다. 사람은 인종 ·종교 ·정치 ·경제 ·사회의 상태 여하를 불문하고 고도의 건강을 누릴 권리가 있다는 것을 명시한 것이다.

즉 과거에는, 건강이란 육체적 ·정신적으로 질병이나 이상이 없고, 개인적으로 정상적인 생활을 영위할 수 있는 신체상태를 말하였으나, 오늘날에는 개인이 사회생활에 의존하는 경향이 커짐에 따라서 사회가 각 개인의 건강에 기대하는 것도 많아졌기 때문에 사회적인 건강이란 면에서 이와 같은 정의가 생겨난 것으로 보인다. 한국의 헌법에는 건강을 “모든 국민이 마땅히 누려야 할 기본적인 권리”라고 규정하고 있어 건강을 하나의 기본권적 개념으로 보고 있다. 또한 질병이 없는 상태라는 수동적 건강에 대한 태도에서, 금주 ·금연 등 생활습관의 변화나 운동 같은 적극적으로 건강해지려는 노력 등 능동적 태도가 강조되고 있다.

건강의 구체적 요소로는 육체적인 형태적 요소(신장 ·체중과 같은 외형적 계측값이나 내장의 여러 기관 등)와 기능적 요소(여러 기관의 생리기능이나 종합적인 체력 등), 정신기능적 요소로 분류하여 평가하기도 한다.
 

5. 인체의 성분(함량 순서대로)
산소 65%
탄소 18
수소 10
질소 3
칼슘 1.5-2.2
인    0.8-2.2
칼륨  0.35
황      0.25
나트륨(Na) 0.15
염소(Cl) 0.15
마그네슘 0.05
철    0.0004
망간 0.0003
구리 0.00015
요드 0.00004




chap 2. 당질(탄수화물)
1) 당질 이해
탄수화물을 말함. 녹말, 셀룰로스, 포도당 등과 같이 일반적으로 탄소·수소·산소의 세 원소로 이루어져 있는 화합물. 생물체의 구성성분이거나 에너지원으로 사용되는 등 생물체에 꼭 필요한 화합물이다.
 

당류(糖類)·당질(糖質)이라고도 부름.
일반식= Cn(H2O)m, 이것이 마치 탄소와 물분자(H2O)로 이루어져 있는 것처럼 보이기 때문에 탄소의 수화물이라는 뜻에서 탄수화물이라는 이름이 붙었다. 그러나 산소 원자수가 일반식보다 하나 적은 것(디옥시리보스 등)도 탄수화물에 포함시키며, 질소원자를 함유하는 것(디미노당 등), 황화합물을 함유하는 것(콘드로이틴황산 등)도 포함시킨다. 
 
단당류, 소당류와 다당류
탄수화물은 그것을 구성하는 단위가 되는 당의 수에 따라 단당류·소당류·다당류로 구분한다. 예를 들어, 포도당은 단당류의 일종으로 녹말을 형성하는 기본 단위가 되기도 한다. 녹말은 그 단위가 되는 포도당이 무수히 많이 연결되어 만들어진 분자로 다당류에 속한다. 단당류는 한 개의 분자가 가지는 탄소의 수에 따라 다시 삼탄당(트리오스)부터 칠탄당(헵토스)까지 분류된다. 포도당(글루코스)은 탄소수가 여섯 개이기 때문에 육탄당(헥소스)이라 부른다. 소당류는 몇 개의 단당류가 글리코시드 결합을 통해 연결된 것으로, 단당류가 2개 결합한 것을 이당류라고 하며, 슈크로스·말토스 등이 그 예이다. 같은 식으로 3개가 결합한 것을 삼당류, 4개가 결합한 것을 사당류라 부른다. 다당류는 수없이 많은 단당류가 글리코시드 결합으로 연결된 것이며, 분자량은 수천에서 100만을 넘는 것도 있다.

생물체에서의 탄수화물 이용
탄수화물은 동식물계에 널리 분포하는데, 생물체 내에서의 기능은 생물체의 구성성분인 것과 활동의 에너지원이 되는 것으로 크게 나눌 수 있다. 구조를 유지하는 데에 사용되는 탄수화물은 모두 다당류로, 식물의 세포벽을 만드는 셀룰로스, 곤충의 외피(外皮)를 만드는 키틴, 동물의 연골이나 힘줄[腱]의 성분인 황산콘드로이틴류 등이 그 예이다. 에너지원으로 사용되는 탄수화물은 지질·단백질과 함께 생물체에서 중요한 비중을 차지한다. 녹색식물은 광합성을 통해 단당류인 글루코스(포도당)를 합성하여, 이것을 다당류인 녹말로 합성하여 저장한다. 동물은 자신이 탄수화물을 합성하지 못하므로 이것을 식물에서 섭취하여 사용한다. 


2) 당질 평가









chap 3.  지질(지방)
1) 지질 이해
지질(脂質, lipid)은 지방을 말한다. 생체를 구성하는 물질 중에서 물에는 녹지 않고, 에테르·클로로폼·벤젠·석유 등의 유기용매에 잘 녹는 것으로서, 그 성분이나 화학구조에 따라 단순지질과 복합지질로 나눈다.


2) 지질 구조
 단백질·당질·핵산 등과 같이 비교적 성질이 유사한 구성성분이 중합한 것이 아니라, 많은 종류의 물질을 함유하고 있다. 따라서 생체 내에서의 역할도 다양하다. 예를 들면, 유지·스테로이드·테르페노이드·왁스(wax) 등이 지질에 속하며, 이들을 가수분해하면 생기는 고급지방산·고급알코올 등도 지질에 포함된다. 지질은 그 성분이나 화학구조에 따라 단순지질과 복합지질로 나눈다. 단순지질에는 지방 ·지방산·납·스테로이드·테르페노이드 등이 있고, 복합지질에는 인지질·당지질·지방단백질 등이 있다. 지방은 고급지방산과 글리세롤의 에스터이다.


3) 지질의 존재
동식물에 널리 존재하며, 동물에서는 특히 영양분으로서 피하에 저장된다. 음식으로서도 영양가가 가장 높다. 글리세롤과 지방산은 생체 내에서 해당계나 지방산회로에서 합성·분해된다. 그러나 그것만으로는 생체에 충분하지 않으므로 영양으로서 섭취해야 한다.

납은 고급알코올과 고급지방산의 에스터이며, 벌꿀이나 동물의 뇌 등에서 볼 수 있는데, 그 역할은 전혀 알려져 있지 않다. 스테로이드로서 중요한 것은 동물에 널리 존재하는 콜레스테롤과, 식물에 존재하는 에르고스테롤이다. 이 밖에 미량성분으로는 성호르몬·부신피질호르몬·쓸개즙산·비타민 D 등이 있다. 콜레스테롤과 에르고스테롤은 이들의 전구물질(前驅物質)로 되어 있다.

콜레스테롤은 18분자의 아세트산 → 6분자의 메발론산 → 스콸렌 → 라노스테린 → 콜레스테롤이라는 경로를 거쳐 합성된다. 식물에 많이 함유되어 있는 테르페노이드도 이 경로에서 합성되며, 메발론산과 스콸렌이 중간체로 되어 있다. 식물에 널리 존재하는 테르페노이드는 아이소프렌이 중합한 것으로, 예를 들면 천연고무·정유(精油)·수지·카로티노이드·비타민 A 등이다. 호르몬이나 비타민은 극히 미량이라도 갖가지 생리활성을 지니고 있다.

인지질은 글리세롤의 3개의 하이드록시기 중에서 2개가 고급지방산의 에스터이고, 다른 하나가 인산에스터로 되어 있으며, 그 인산에 또 하나의 염기성 물질이 에스터화되어 있는 것이다. 예를 들면, 레시틴·케팔린 등이며, 아세톤을 제외한 유기용매에 녹는다. 또 염기성인 친수기(親水基)를 가지고 있기 때문에 물 속에서 콜로이드를 만든다.

포스포이노시티드는 염기성 물질 대신에 당알코올인 이노시트를 함유하고 있으며, 질소를 함유하지 않는 것이 특징이다. 스핑고미엘린도 인지질과 같은 무리인데, 글리세롤 대신 스핑고신을 함유하고 있으며, 지방산은 스핑고신의 아미노기와 아마이드결합을 하고 있다.

인지질은 특히 간·뇌·혈액·난황·종자 등에 분포하고 대사경로도 잘 알려져 있으나, 구체적인 역할은 거의 알려져 있지 않다. 세포막의 주요 구성성분이며, 막의 투과성에 관여한다. 당지질은 세레브로시드라고 불리며, 인산은 함유하지 않고 지방산과 스핑고신과 갈락토스로 이루어져 있다. 지방산은 주로 탄소 22개의 것이다. 강글리오시드라고 불리는 것에는 갈락토스 외에 헥소사민이나 뉴라민산 등의 당이 함유되어 있다. 어느 것이나 뇌신경조직에 다량으로 존재한다. 생리적 의의는 역시 불명이다.
 
세레브로시드의 갈락토스의 수산기가 황산에스터로 된 것은 설포리피드라고 하며, 뇌에 많이 함유되어 있다. 지방단백질은 지질과 단백질이 결합한 것으로, 분자량이 큰 것이 많다. 예를 들면, 혈장 속에는 β-지방단백질이라는 분자가 있어 혈액 속에서 지질을 운반한다. 또 세포막이나 소포체도 지방단백질로 이루어져 있다. 세포의 구조를 이루고 있는 기본적인 요소에는 이와 같은 복합지질이 많다. 지질은 혈액·뇌 등에 다량으로 함유되어 있으나 그 역할을 분명히 알고 있는 것은 매우 적다.
 
 
4) 지질 평가









chap 4 단백질
1) 단백질 이해

단백질 (蛋白質, protein)은 모든 생물의 몸을 구성하는 고분자 유기물로 수많은 아미노산(amino acid)의 연결체이다. 생물체의 몸의 구성성분으로서, 또 세포 내의 각종 화학반응의 촉매 물질로서 중요하다. 
 
단백질의 영어명인 'protein'은 그리스어의 'proteios(중요한 것)'에서 유래된 것이며 한자 표기인 ‘蛋白質’ 은 독일어 ‘Eiweiβ’를 번역한 것으로 알을 구성하는 흰 부분이라는 의미를 갖는다. 단백질은 생물체의 몸의 구성하는 대표적인 분자이다. 근육을 키우기 위해 근육 운동을 한 후에는 단백질을 충분히 섭취하는 것이 좋은데, 이것은 근육의 주성분이 바로 단백질이기 때문이다. 또 세포 내의 각종 화학반응의 촉매 역할을 담당하는 물질도 단백질이다. 이들을 우리는 효소라고 부르며 현재 2200종 이상의 효소가 알려져 있다. 또 단백질은 면역(免疫)을 담당하는 물질이기도 하다. 단백질은 이처럼 생체를 구성하고 생체내의 반응 및 에너지 대사에 참여하는 매우 중요한 유기물이다. 이 외에 특정한 기능을 가지고 신체 내에서 그 기능이 발현되는 부위에 존재하는가 하면, 알이나 종자 등에 함유되어 있는 단백질과 같이 특별한 기능을 갖지 않는 저장용의 단백질도 존재한다.

 
2) 단백질 구조
단백질의 구조는 아미노산의 사슬 사이의 여러 비공유결합에 의한 소수성결합, 수소결합, 반데르발스 힘, 정전기적 인력, 이황화(-S-S-)결합에 의하여 입체구조를 형성된다. 또한 이러한 구조로 인하여 각각의 단백질은 고유한 기능을 수행할 수 있는 특징을 지니게 된다. 그러나 온도가 높아지면 단백질의 구조를 유지하는 여러 결합들이 깨어지며, 급격한 pH의 변화는 단백질을 구성하고 있는 분자의 이온 구조의 급격한 변화를 초래하여 단백질이 원래 가지고 있던 특성을 잃어버려 원래의 상태로 돌아가지 못하는 비가역적 현상이 발생한다.
 

3) 단백질의 종류

단백질은 아미노산(amino acid)이라고 하는 비교적 단순한 분자들이 연결되어 만들어진 복잡한 분자로, 대체적으로 분자량이 매우 큰 편이다. 단백질을 이루고 있는 아미노산에는 약 20 종류가 있는데, 이 아미노산들이 화학결합을 통해 서로 연결되어 폴리펩티드(polypeptide)를 만든다. 이때 아미노산들의 결합을 펩티드결합이라 하며, 이러한 펩티드결합이 여러(poly-)개 존재한다는 뜻에서 폴리펩티드라 부른다. 넓은 의미에서 단백질도 폴리펩티드라 할 수 있으며, 일반적으로는 분자량이 비교적 작으면 폴리펩티드라 하고, 분자량이 매우 크면 단백질이라고 한다.


4) 단백질 평가










chap 5 대사(metabolism)
1) 대사 이해
물질대사(物質代謝, metabolism) 또는 신진대사의 줄인 말이다. 생물체 내에서 일어나는 물질의 분해나 합성과 같은 모든 물질적 변화를 말한다.
 
 
모든 생물은 주위 환경으로부터 자신에게 필요한 물질을 흡수한다. 흡수한 물질들을 이용해 자신에게 필요한 물질을 합성하기도 하고, 또는 물질을 분해하면서 그로부터 생명 활동에 필요한 에너지를 얻기도 한다. 그러한 과정에서 생긴 부산물이나 노폐물을 배출한다. 이렇게 생물체가 자신의 생명 유지를 위해 진행하는 모든 과정을 물질대사라 부른다. 물질대사는 크게 동화작용과 이화작용으로 나눌 수 있는데, 동화작용은 주위로부터 흡수한 저분자 유기물이나 무기물을 이용해 고분자 화합물을 합성하는 과정을 말한다. 동화작용을 위해서는 빛 또는 화학 에너지가 필요하다. 이화작용은 반대로 고분자 화합물을 저분자 유기물이나 무기물로 분해하는 과정을 말한다. 이화작용을 거치면서 생물체는 활동에 필요한 에너지를 얻게 된다.

 

녹색식물이 이산화탄소와 태양에너지를 이용해 고분자 화합물인 녹말을 만드는 과정은 동화작용의 대표적인 예이다. 또 사람의 머리카락이 자라는 것은 몸 속에서 많은 아미노산을 재료로 하여 케라틴이라는 단백질이 합성되고 있기 때문인데, 이것 역시 동화작용의 예이다.

산소를 이용해 고분자 화합물을 이산화탄소와 같은 저분자 물질로 분해하고 에너지를 얻는 것은 이화작용의 예이다. 사람이 섭취한 단백질, 지방 등의 영양소가 소화작용에 의해 아미노산이나 지질 등으로 분해되는 것도 이화작용이다.

동화작용이나 이화작용과 같은 물질대사는 생물체 내에서 수많은 방법으로 끊임없이 일어나고 있으며 이러한 작용이 정상적으로 진행될 때 생체가 원하는 활동을 하고 생명을 유지할 수 있는 것이다.
 
2) 대사 평가













chap 6 무기질과 물
1) 무기질과 물 이해
무기질(無機質)은 소량이 필요하지만 생명과 건강을 유지하는 데 필수적인 영양소로서, 뼈와 치아의 형성, 체액의 산·염기 평형과 수분 평형에 관여하며, 신경 자극 전달 물질, 호르몬의 구성 성분 등으로 쓰인다. 무기염류(無機鹽類)나 미네랄(mineral)이라고도 한다.



2) 무기질과 물 평가














chap 7 비타민
1) 비타민 (vitamin) 이해
비타민은 대부분의 동물이 음식물을 통해 어느 정도의 적은 양은 반드시 섭취해야 하는 유기화합물을 말한다.
특히 대사과정을 조절하는 데 조효소와 조효소의 전구물질로 작용한다. 대량영양소(단백질·탄수화물·지방)와는 달리 에너지를 내거나 신체 구성물질로 작용하지 않는다.

비타민이라고 불리기 이전에도 건강을 유지하는 데 필요한 어떤 물질이라고 알려지기는 했었다. 예를 들어 18세기에 감귤류를 첨가하여 음식물을 먹으면 괴혈병(壞血病)을 방지할 수 있음을 알았고, 19세기에는 쌀을 주성분으로 하는 음식물에 백미(白米)를 현미(玄米)로 대체한 결과 각기병(脚氣病)을 막을 수 있음을 알았다. 이러한 관찰이 있었음에도 불구하고 비타민의 존재는 20세기초에 밝혀졌는데, 1906년 영국의 생화학자 프레더릭 홉킨스는 음식물은 단백질·탄수화물·지방·무기질·물 이외에 필요한 보조영양소를 포함하고 있다고 보고했다. 그후 1911년 폴란드 화학자 카시미르 풍크는 현미에 있는 각기병을 막아주는 효과를 가지고 있는 성분이 아민(질소를 포함하고 있는 유기화합물)임을 밝혔으며, 생명유지에 꼭 필요한 아민(vital amine)이라는 뜻으로 비타민(Vitamine)이라고 이름을 붙였다. 이 이름은 곧 보조영양소 전체에 사용되었는데, 그것은 이들이 서로 매우 밀접하게 관련되어 있기 때문이다. 후에 발견된 다른 종류의 비타민은 화학적 성질 및 작용이 다를 뿐 아니라 대부분의 비타민은 아민을 전혀 포함하고 있지 않다는 사실이 밝혀졌으나, 이미 풍크의 명명이 일반화된 후였으므로 끝자인 'e'를 빼고 지금까지 더 널리 쓰이고 있다.

1912년 홉킨스와 풍크는 인체에 어떤 특정한 비타민의 양이 불충분하면 괴혈병이나 각기병 같은 질병에 걸릴 수 있다는 비타민 결핍증에 관한 가설을 발표했다. 처음에 비타민은 발견된 순서에 따라 알파벳을 붙이거나 생리작용을 나타내는 단어의 머리글자를 붙였다. 차츰 비타민의 화학구조가 밝혀지면서 화학명이 붙여졌으나 아직도 관용명이 더 널리 쓰인다. 예를 들어 리보플라빈은 비타민 B2의 화학명이다.

동물은 물론 심지어는 종속 영양 세균이나 효모에 이르기까지 비타민은 꼭 필요한 물질이다. 그러나 어떤 종(種)에는 꼭 필요한 비타민이 다른 종에는 필요하지 않을 수도 있다. 더욱이 유기체 내에서 비타민을 합성하기는 하지만 그 양이 물질대사에 필요한 양을 항상 충족시키지 못하는 경우에 이 비타민은 유기체에 필요한 영양소로 간주된다. 비타민 D가 그 예로, 이것은 뼈의 발육에 꼭 필요한 성분이다. 비타민 D는 햇빛을 받으면 피부 내 세포조직에서 합성되는데 이때 합성된 양이 대사에 필요한 양보다 부족하면 음식물로부터 섭취해야만 한다. 아동은 뼈가 빠르게 발육하므로 상대적으로 많은 양의 비타민 D가 필요하다. 비타민 K도 인체 내에서 유사한 현상을 나타내는데, 이 비타민 K는 인체 내에서 생성되지 못하고 보통 인체의 결장(結腸)에 정상적으로 서식하는 세균에 의해 합성된다. 세균이 합성한 화합물은 결장벽으로 흡수되어 인간의 물질대사에 필요한 양을 제공하는데 항생제를 과다하게 복용하면 결장에 정상적으로 서식하는 세균덩이가 파괴되므로 이때는 음식물에서 비타민 K를 섭취해야 한다.

사람에게 이용되는 영양소로서의 관점에서, 비타민은 수용성 비타민(비타민 B·C)과 지용성 비타민(비타민 A·D·E·K)으로 분류된다. 수용성 비타민은 장(腸)에서 흡수되어 순환계를 통해 비타민이 사용되는 특정한 세포조직으로 운반된다. 이들은 물에 얼마나 잘 녹는가에 따라 구별되며, 또한 이 점은 비타민이 체내를 통과하는 경로를 결정한다. 수용성 비타민을 과다하게 섭취하면 세포에 어느 정도 저장되고 나머지는 요(尿)로 배설된다. 비타민 B는 유리 상태에서는 비활성이므로 체내에서 작용하려면 몇 가지 화학반응을 거쳐야 한다. 비타민 B는 다른 분자의 일부분과 결합하거나 혹은 그 분자에 첨가되어 활성형태가 되는데 이를 조효소라 한다. 조효소는 효소를 활성화하는 아포효소라는 단백질 성분을 가지고 있는 화합물이다. 이렇게 되면 효소는 물질대사나 조절과정의 촉매로 작용한다(→ 비타민 B군). 비타민 C의 생리학적 기능은 잘 알려져 있으나 정확한 물질대사 메커니즘은 아직도 불확실하다. 또한 비타민 C가 조효소로 작용하는가에 대해서도 밝혀지지 않고 있으며, 단지 뼈와 치아의 발육, 혈관벽과 피하조직의 유지, 상처의 회복 등의 작용이 알려져 있다. 최근 쟁점이 되고 있는 가설은 비타민 C를 많이 섭취하면 감기 예방 및 면역효과가 있다는 것이다.

지용성 비타민은 담즙산염에 의해 장에서 흡수된다. 림프계는 흡수한 비타민을 신체의 각 부위로 전달한다. 인체는 수용성 비타민보다 지용성 비타민을 더 많이 저장하고 있다. 비타민 A와 D는 주로 간에 저장되고, 비타민 E는 체지방(體脂肪)과 생식기관에 약간 저장된다. 비타민 K는 비교적 미량만이 저장된다. 지용성 비타민은 각각 다른 기능을 한다. 비타민 A는 눈의 망막에서 단백질과 결합하여 야맹증을 막아주고, 이외에도 밝혀지지 않은 다른 작용을 한다. 비타민 D는 유기체의 성장, 특히 뼈의 발육과 관련된 칼슘 대사에 필수적이다. 비타민 E는 동물의 성장을 촉진시키며, 결핍되면 불임증에 걸린다. 비타민 K는 혈액을 응고시키는 효소과정에 참여한다.



2) 비타민 평가




조덕영 교수kict
식품제조가공기사 1급
QC(품질관리) 기사 1급
식품유가공 생산기술 기사 근무
환경화학공학(M. eng.)
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