음식과 인체에서 가장 중요한 지질은 중성지방이다. 중성지방은 3개의 지방산을 함유하고 있다. 이 지방산들이 중성지방의 물리적 특성을 결정하며, 이에 따라 건강에 미치는 영향도 달라진다. 그 밖에 중요한 지질로 인지질과 스테롤이 있다. 이들 지질의 구조는 인체의 기능에 영향을 미치며, 식품의 특성을 결정한다.
- 중성지방 : 음식과 인체에 존재하는 주된 지질 형태. 글리세롤 한 분자에 지방산 3개가 결합한 형태이다. 지방산이 1개가 결합한 것은 모노글리세리드라 하며 2개가 결합한 것은 디글리세리드라 한다.
- 지방산 : 탄소 사슬에 수소 원자가 결합되어 있고 밑단에 카르복실기를 갖고 있는 유기화합물
- 인지질 : 인을 함유하고 있는 지질의 종류. 가장 흔한 형태가 글리세롤 뼈대에 지방산이 2개 결합되어 있고, 인산기가 1개 결합한 형태의 포스포글리세리드이다.
- 스테롤 : 여러 개의 화학 고리 구조로 이루어진 지질의 한 종류
1. 중성지방과 지방산
트리아실글리세롤이라고도 부르는 중성지방은 글리세롤 뼈대에 3개의 지방산이 결합된 형태이다. 글리세롤에 지방산이 1개만 붙어 있는 것은 모노글리세리드 또는 모노아실글리세롤이라고 하며, 2개의 지방산이 결합한 것은 디글리세롤 또는 디아실글리세롤이라고 부른다.
지방산은 말단에 카르복실기(COOH)를 가진 탄소 사슬 형태의 구조를 가지고 있다. 탄소 사슬의 다른 쪽 말단은 오메가 또는 메틸기라고 부르며, 탄소가 3개의 수소와 결합한 형태로 되어 있다(CH3). 각각의 탄소는 이웃하고 있는 2개의 탄소와 결합하고 있으며, 최대 2개의 수소와 결합하고 있다. 지방산의 물리적 특성은 탄소 사슬의 길이와 탄소들 간의 결합 형태나 위치에 따라 달라진다.
1-1. 지방산 사슬의 길이
탄소 사슬의 길이는 2개부터 20개 이상까지 다양하다. 식물이나 동물에 존재하는 대부분의 지방산은 14~22개의 탄소로 이루어져 있다. 짧은 사슬 지방산은 탄소가 4~7개로 이루어져 있으며, 낮은 온도에서 액체 상태로 존재한다. 예를 들어, 우유에 들어 있는 짧은 사슬 지방산은 냉장고 안에서도 액체 상태를 유지한다. 코코넛유에 들어 있는 것과 같은 중간 사슬 지방산은 탄소가 8~12개로 이루어진 지방산이다. 중간 사슬 지방산은 냉장고에서는 고체화되지만 상온에서는 액체 형태를 유지한다. 쇠기름 같은 긴 사슬 지방산(탄소가 12개 이상)은 상온에서 보통 고체 형태이다.
1-2. 포화지방산
사슬 안에 있는 모든 탄소가 각각 2개의 수소와 결합한 지방산은 수소로 포화되어 있으므로 포화지방산이라고 부른다. 가장 흔한 포화지방산은 탄소 16개의 팔미트산과 탄소 18개의 스테아르산이다. 보통 육류나 유제품 등 동물성 식품에 들어 있다. 포화지방산이 들어 있는 식물성 식품으로는 팜유, 코코넛유 등이 있는데 주로 열대 식물들에서 얻어져 열대유라고도 부른다. 일반 가정에서는 열대류를 거의 사용하지 않지만, 열대유는 불포화지방산보다 산패에 강하며 저장 기간도 길기 때문에 가공식품 등에는 흔히 사용된다. 그러나 포화지방산이 건강에 미치는 악영향에 대한 관심이 증가하면서 오늘날에는 열대유를 사용하지 않는 식품업체들이 늘고 있다.
1-3. 불포화지방산
탄소 사슬 안에서 1개의 수소와 결합을 이룬 탄소들은 서로 이중결합을 형성한다. 탄소 사슬 안에 이중결합이 1개 있는 지방산을 단일불포화지방산이라고 한다. 식품에 가장 많은 단일불포화지방산은 올레산으로 올리브유와 유채유에 많이 들어 있다. 이중결합이 2개 이상인 지방산은 다가불포화지방산이라고 부른다. 가장 흔한 다가불포화지방산으로는 옥수수유, 콩기름, 잇꽃유에 많은 리놀레산이 있다. 불포화지방산은 사슬의 길이가 같은 포화지방산에 비해 녹는점이 낮다. 따라서 불포화 결합이 많을수록 상온에서 액체로 존재한다.
1-4. 오메가3 지방산과 오메가6 지방산
첫 번째 이중결합의 위치에 따라 다양한 불포화지방산이 있다. 사슬의 오메가기(CH3)로부터 세었을 때 세 번째와 네 번째 탄소 사이에 첫 번째 이중결합이 있으면 오메가3 지방산이라고 부른다. 식물성 기름에 들어 있는 α-리놀렌산이나 생선유에 들어 있는 EPA와 DHA가 오메가3 지방산이다. 첫 번째 이중결합이 6번째와 7번째 탄소 사이에 등장하면 오메가6 지방산이라고 하며, 옥수수유와 잇꽃유에 들어 있는 리놀레산이나 육류나 생선에 있는 아라키돈산이 대표적이다. 오메가3나 오메가6 지방산 모두 인체의 조절물질들을 합성하는 데에 쓰이며, 이러한 물질들이 효틍은 원재료로 사용된 지방산의 구조에 따라 달라진다. 따라서 오메가3 지방산과 오메가6 지방산의 비율은 혈압, 혈액 응고, 면역 기능 등 인체 과정을 조절하는 데 있어 중요하다.
1-5. 시스와 트랜스 이중결합
이중결합 주위에 있는 수소의 위치도 불포화지방산의 특성에 영향을 미친다. 자연계에 존재하는 대부분의 불포화지방산은 2개의 수소가 이중결합을 기준으로 같은 방향에 위치하며 이것을 시스 형태라고 한다. 수소가 이중결합을 기준으로 각각 반대 방향에 위치해 있으면 트랜스 형태라고 부르며, 이 지방산을 트랜스지방산이라고 한다. 트랜스지방산은 시스 형태보다 녹는점이 높다.
트랜스지방산은 자연계에서는 거의 발견되지 않으며, 우리가 섭취하는 대부분의 트랜스지방은 수소화를 거친 제품에 들어 있다. 수소화는 수소 가스를 액체 기름에 불어 넣는 과정으로, 이렇게 하면 일부의 이중결합이 수소원자를 받아들여 포화된다. 이렇게 해서 만들어진 지방은 안정성이 증가해 산패가 잘 일어나지 않으며, 녹는점이 상승해 포화지방산의 특성을 띠게 된다. 하지만 이 과정 중 포화되지 않고 남은 이중결합의 일부가 변형을 일으켜서, 시스 형태가 트랜스 형태로 변한다. 수소화한 식물성기름은 마가린이나 식물성 쇼트닝을 만드는 재료로 쓰이는데, 수소화를 거치고 나면 제품의 녹는점이 상승해 상온에서도 고체 상태를 유지할 수 있기 때문이다. 따라서 쿠키, 시리얼, 감자칩 등 다양한 가공식품의 저장 기간을 늘리기 위해 사용되기도 한다. 트랜스지방을 섭취하면 혈중 콜레스테롤을 증가시켜 심장질환의 위험도를 높인다.
1-6. 지방산과 중성지방의 성질
중성지방의 지방산 형태는 질감과 맛, 물리적 성질 등을 결정한다. 예를 들어 초콜릿이 입 안에서 부드럽게 녹는 것은 초콜릿에 들어 있는 지방산의 종류 때문이다. 적색육에 있는 중성지방은 주로 긴 사슬의 포화지방산으로, 상온에서 고체 형태를 유지한다. 올리브유의 중성지방은 주로 단일불포화지방산인 데 반해 콩기름의 중성지방은 대부분 다가불포화지방산이다. 이런 지방들은 상온에서 액체 형태이다. 옥수수기름으로 만드는 마지막 마가린에 함유된 중성지방은 수소화를 거쳤기 때문에 트랜스지방산 함량이 높아진다. 중성지방에 들어 있는 지방산의 종류는 우리의 건강에 영향을 미친다. 어떤 지방산은 심장질환과 암의 위험도를 높이는 반면 어떤 것들은 이런 질병들을 예방하는 효과가 있다.
2. 인지질
인지질은 인산기가 연결되어 있는 지질의 한 종류이다. 중성지방과 비슷하게 글리세롤 뼈대를 가지고 있는 포스포글리세리드가 주요 인지질이다. 포스포글리세리드는 글리세롤 뼈대에 2개의 지방산이 결합되어 있으며, 세 번째 지방산 자리에 인산기가 결합되어 있다. 포스포글리세리드의 지방산 말기는 지용성이며 인산기는 수용성이다. 따라서 포스포글리세리드는 물과 지방 모두와 섞이며, 이러한 성질은 식품과 인체에서의 여러 중요한 기능과 관련이 있다.
포스포글리세리드는 물과 지방 모두와 섞이는 성질을 갖고 있기 때문에 음식에서 유화제로 사용된다. 인체에서는 세포막을 구성하는 주요 성분이다. 포스포글리세리드는 세포막에서 이중지질층을 형성하고 있는데, 수용성인 인산기 부분은 안쪽과 바깥쪽의 수용성 환경에 접하고 있고, 물에 녹지 않는 지방산은 그 사이의 안쪽으로 배열된다. 이런 형태로 세포 안팎을 드나드는 물질들을 조절하는 경계막을 형성하고 있다.
포스포글리세리드의 기능은 인산기와 결합하고 있는 분자들에 의해 결정된다. 콜린 한 분자가 결합한 인지질은 레시틴이라고 부른다. 레시틴은 인체 세포막의 주요 구성성분이다. 레시틴의 급원 식품으로는 계란과 대두가 있다. 레시틴은 식품산업에서 마가린, 샐러드드레싱, 초콜릿, 냉과류, 제과류 등의 첨가제로 쓰이기도 하는데, 기름이 다른 재료들로부터 분리되는 것을 막아 주는 역할을 한다.
3. 스테롤
다른 지질과 마찬가지로 스테롤은 물에 작 녹지 않는다. 스테롤은 중성지방이나 인지질과는 다르게 여러 개의 고리구조로 되어 있다. 스테롤은 식물과 동물 모두에서 발견되는데, 가장 잘 알려진 스테롤인 콜레스테롤은 동물에서만 발견된다. 콜레스테롤은 인체에 필요하나 간에서 생성되기 때문에 식품을 통해 섭취할 필요가 없다. 인체에 존재하는 콜레스테롤의 90% 이상이 세포막에 존재한다. 콜레스테롤은 피부에서의 비타민 D 합성, 담즙의 구성성분인 콜린상의 합성, 성장과 성 발달을 촉진시키는 테스토스테론과 에스트로겐 같은 호르몬의 합성이나 간에서 포도당 합성을 촉진시키는 코티솔을 합성하는 데 쓰인다.
콜레스테롤은 동물성 식품에만 들어 있다. 계란 노른자나 내장육은 콜레스테롤 함량이 높다. 계란 노른자 한 개에는 약 213mg의 콜레스테롤이 들어 있으며, 내장육 100g에는 약 350mg이 들어 있다. 기름기가 없는 적색육이나 껍질을 제거한 닭고기 100g에는 약 105mg이 들어 있는 반면, 같은 양의 생선에는 60mg이 들어 있다. 식물성 식품은 요리 과정이나 가공 과정 중 동물성 식품이 섞여 들어가지 않는 한 콜레스테롤을 함유하고 있지 않다. 콜레스테롤 섭취가 많은 식습관은 심장질환 위험도를 증가시키지만, 식물성 스테롤의 섭취는 콜레스테롤 수치를 감소시키는 데에 도움을 준다.
- 현명한 식품 선택 '콜레스테롤을 낮추는 식품' : 대두, 식물 스테롤과 스타놀, 견과류, 생선
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