탄수화물의 분류 및 구조
단당류
단당류는 탄수화물의 성질을 가진 가장 작은 단위체로서, 포도당, 과당, 갈락토오스, 리보오스 등이 있다. 자연계에서 사슬형태 또는 고리형태로, 생체내에서는 주로 고리형태로 존재한다. 광학 활성도에 따라 D-형과 L-형의 당으로 분류하며, 생체계는 D-형 이성질체만을 대사한다. L-형 이성질체는 생체내에서 에너지를 내지 않으므로 대체감미료로 쓰인다.
포도당은 체내 당 대사의 중심물질로서 생체계의 가장 기본적인 에너지 급원이다. 분자식이 C6H12O6이며 화학적으로는 알데히드기를 가지는 알도오스 형태이다. 과당은 케톤기가 있는 케토오스 형태의 헥소오스이며, 갈락토오스는 자연계에서 유당의 구성원으로 있는 알도오스 형태의 헥소오스이다. 그 외 핵산 등에 들어 있는 리보오스는 알도오스 형태의 펜토오스이다.
이당류
잔연계에서 흔히 볼 수 있는 이당류는 서당, 맥아당, 유당이다.
서당은 포도당과 과당이 각각 한 분자씩 글리코시드 결합을 통해 만들어진 비환원당이다. 맥아당은 주로 녹말의 가수분해 산물로 생성되며, 두 개의 포도당이 α-1,4결합을 통해 만들어지는 환원당 이다. 유당은 포도당과 갈락토오스가 β-1,4 결합을 함으로써 만들어지며, 다른 이당류와는 달리 β결합으로 되어 있으므로 과량을 섭취하거나 유당분해효소가 부족하면 소화되기가 어렵다.
올리고당
올리고당은 3~10개의 단당류로 구성되며, 당단백질이나 당지질의 구성성분으로서 세포내에서는 세포내에서는 주로 생체막에 부착되어 있고 소포체와 골치체 등의 분비형 단백질과 결합되어 있다. 콩류에 있는 오리고당인 라피노오스와 스타키오스는 사람의 소화효소로는 소화가 되지 않으며, 대장에 있는 박테리아에 의해 분해되어 가스와 그 부산물이 생성된다.
다당류
다당류는 에너지의 저장형태이거나, 식물의 구조를 형성하는 물질이다. 복합탄수화물로도 불리는데, 소화성 다당류 (녹말, 그릴코겐 등)와 난소화성 다당류(식이섬유소)로 구분된다.
녹발과 글리코겐
녹말은 식물에 있는 저장성 다당류로서, 식물이 성장하면서 포도당이 중합하여 형성되며 결합형태에 따라 아밀로오스와 아밀로펙틴의 두 종류로 나누어진다. 포도당 중합은 α-글리코시드 결합으로 이루어지며, 소장에서 녹말 소화효소에 의해 분해된다. 아밀로오스는 긴 사슬형태의 중합체로서 α-1,4 결합으로 구성되며, 아밀로펙틴은 중간에 가지를 가진 구조로서 가지 부분은 α-1,6 결합으로 구성된다. 이런 구조의 차이에도 불구하고 아밀로오스 분해효소는 두 녹말을 모두 소화시킨다. 조리과정에서 녹말은 소화하기 쉬운 형태로 호화되어 소화효소의 작용을 쉽게 받는다. 녹말은 곡류, 감자류, 콩류 등에 많이 있으며, 아밀로오스와 아밀로펙틴은 보통 1:4의 비율로 들어 있다. 글리코겐은 동물체의 저장성 다당류로서 포도당이 α결합으로 중합된 다당류이며, 아밀로펙틴과 구조는 유사하나 가지가 훨씬 더 많다.
식이섬유소
식이섬유소는 사람의 체내 소화효소로는 분해되지 않는 고분자화합물로서 가용성과 난용성 섬유소의 두 종류가 잇으며 대부분 식물성 식품으로부터 섭취한다.
가용성 섬유소에는 아라비아검, 구아검, 로커스트빈검, 펙틴, 뮤실리지 등이 있다. 가용성 섬유소는 세포가 서로 붙어 있도록 접착제 역할을 하며 샐러드 드레싱, 아이스크림, 잼, 젤리 등에 첨가도니다. 물과 친화력이 커서 쉽게 용해되거나 팽윤되어 겔을 형성한다. 당, 콜레스테롤, 무기질과 같은 여러 영양성분들의 흡수를 지연시키거나 방해하는 효과가 있다. 대장 미생물에 의해 발효되어 초산, 프로피온산, 부티르산 등의 단쇄지방산을 합성한다. 부티르산은 대장의 세포 속으로 들어가 에너지원으로 사용된다. 따라서 가용성 섬유소는 평균 3kcal/g의 열량을 내는 것으로 알려져 있다. 식이섬유소의 섭취가 많으면 박테리아에 의한 분해로 메탄과 수소 등의 가스가 생성되어 호흡으로 방출되나 건강에는 해가 없다. 일반적으로 가용성 섬유소는 과일과 채소에 들어 있으며, 콩류, 쌀겨, 질경이종자 등에도 들어 있다.
난용성 섬유소는 물과 친화력이 적어 겔 형성력이 낮다. 장내 미생물에 의해서도 분해되지 않고 배설되므로 배변량과 배변속도를 증가시키는 생리작용이 있다. 난용성 섬유소의 대표적인 물질인 셀룰로오스는 아밀로오스와 비슷한 긴 사슬형태의 다당류로서 포도당 간에 β결합을 하고 있다. 사람은 셀룰로오스 분해효소가 없으므로 셀룰로오스를 소화시키기 어려우나, 분해효소가 분비되는 초식동물은 소화할 수 있다. 긴 사슬의 셀룰로오스는 서로 겹쳐져 매우 강한 망상 구조를 만든다. 밀겨의 섬유소에는 헤미셀룰로오스가 많고, 곡류 대부분은 바깥층에 이러한 섬유질이 많은 겨층을 가지므로, 전곡류에는 식이섬유소가 다량으로 들어 있다. 나무줄기, 당근심, 억센 고사리줄기, 브로콜리 등의 단단한 줄기에는 물에 녹지 않는 난용성의 리그닌이 일부있다.
