탄수화물 (Carbohydrates)

탄수화물 (Carbohydrates)

탄수화물

 함수탄소(Carbohydrate)라고도 한다.

 총 섭취열량의 60%이상을 차지하는 

주된 열량영양소

 구성원소: 탄소, 수소, 산소 탄소(Carbon)와 물(H2O)의 결합체

 녹색식물(엽록소함유)의 광합성을 통하여 생성

 종류: 단당류, 이당류, 올리고당류, 다당류

단당류(monosaccharide)

 당질의 기본단위

 구조가 가장 간단하다.

 탄소수에 따라 

       - 3탄당(triose)

       - 5탄당(pentose)

    - 6탄당(hexose)  

 식품속에 주로 존재하는 단당류 : 6탄당

단당류(monosaccharide)

 종류 : 포도당(glucose)

         과당(fructose)

         갈락토오스(galactose)

 이 세가지 단당류는 분자량과 일반 분자식이 C6H12O6로 모두 같지만 산소와 수소의 위치가 약간씩 달라 분자의 모양과 맛이 다르다. 

단당류의 구조

포도당(glucose)

 포도에 많이 들어 있어 붙여진 이름

 동물의 혈액 내에 들어있는 당질은 

포도당이므로 혈당이라고 한다.

과당(fructose)

 단당류중 단맛이 가장 강하다.

 꿀이나 잘 익은 과일에 존재

 간에서 포도당으로 전환

갈락토오스(galactose)

 유즙 함유 이당류인 유당의 구성성분; 자연계에 갈락토오스 자체로는 존재하지 않는다

 단당류 중 단맛이 가장 약하다.

 간에서 포도당으로 전환

 신체에서 필요 시(ex. 수유부) 포도당으로부터 생성

이당류(disaccharide)

 단당류  2분자가  결합된 물질

 종류 :  자당(蔗糖, sucrose)

         맥아당(maltose)

         유당(lactose)

 참고

 단당류와 이당류를 묶어서 

 총당류(Total  Sugar)또는  단순당(simple sugar)

    이라 지칭

이당류의 구조

맥아당(maltose)

 포도당과 포도당의 α-1,4 글라이코사이드 결합

 엿기름 등의 곡식의 싹에 많이 존재

자당(sucrose)

 포도당과 과당의 α-1,2 글라이코사이드 결합

 사탕수수나 사탕무, 벌꿀에 존재, 설탕의 주성분

유당(lactose)

 포도당과 갈락토오스의 β-1,4 글라이코사이드 결합

 모유나 우유 등 유즙에 존재

올리고당류(oligosaccharides)

 단당류가 3개 이상~10개 미만 결합된 물질

 식품 함유 올리고당류 : 콩과 팥에 함유

         라피노스(raffinose), 스타키오스(stachyose)

 신체내 소화효소가 존재하지 않으므로 소화, 흡수 되지 않음 대장으로 이동 비피더스 박테리아에 의해 분해,가스 생성 

올리고당류의 종류

 갈락토오스 + 포도당 + 과당

 갈락토오스 2분자 + 포도당 + 과당

기능성올리고당류

• 프락토 올리고당: 양파, 우엉, 마늘에 함유.

     설탕으로부터 효소적 생산

이소말토 올리고당: 벌꿀에함유

     전분으로부터 효소적 생산

갈락토 올리고당: 모유에 함유

      유당에서 효소적 생단

대두 올리고당: 대두 유청에서 분리정제

기능: 비피더스균의 증식을 촉진, 변비방지, 혈청 콜레스테롤 감소, 혈당수준 개성, 항암효과 등

전분(starch)

 구성:  포도당 중합체(polymer)

 연결방식:  

   - 직선상(α-1,4 글라이코사이드결합)아밀로오스(amylose) 생성

   - 직선상 + 가지 모양(α-1,6 글라이코사이드결합)아밀로펙틴 (amylopectin) 생성 

   * 전분 내 아밀로오스 : 아밀로펙틴 함유비 = 약 1:3

 저장:   식물의 뿌리나 열매에 저장(곡류, 두류, 감자류 등)

전분(starch)- 아밀로펙틴의 구조

 한 포도당의 1번 탄소와 다른 포도당의 6번 탄소가 연결되면 가지가 생긴다.

글리코겐(glycogen)

 동물성 전분(간과 근육에 저장)

 구조 : 아밀로펙틴과 비슷

 식물성 전분보다 가지형 연결이 많다.

식이섬유질(dietary fiber): 

     

인간의 소화효소에 의하여 분해되지 않는 물질, 대부분 다당류

불용성 식이섬유질

 물에 용해되지 않으며, β-결합 을 인체 장내에서 분해할 수 없기 때문에 소화되지 않음 

 종류:

   - 셀룰로오스: 포도당이 직선상(β-1,4 글라이코사이드 결합)으로

                        연결된 중합체, 식물의 형태 유지

   - 헤미셀룰로오스: 소화가 되지 않아 변의 양을 증가시킴

   - 리그닌: 식물의 껍질에 존재하는 알코올 유도체, 목질소라고도 함

식이섬유질(dietary fiber)

 가용성 식이섬유질; 물에 용해, β-결합으로 연결된 다당류

  종류:

    - 펙틴: 과육에 풍부

     - 검, 점액질: 보리, 귀리, 두류, 해조류 등에 풍부

              식물세포들을 서로 붙게 해주는 시멘트 역할

탄수화물의 소화와 흡수

소장액 중에 들어있는 탄수화물 분해효소의 기능 

맥아당                             포도당 + 포도당

            말테이즈(maltase)

자당                                포도당 + 과당

           수크레이즈(sucrase) 

유당                                포도당 + 갈락토즈

            락테이즈(lactase)

탄수화물의 소화와 흡수

탄수화물의 흡수과정

• 능동적 운반 : 포도당, 갈락토오스

-   세포막에 있는 특수한 운반체 이용

-   에너지 사용, 농도차에 역행하여 물질 운반

• 촉진 확산 : 과당

- 확산과 같이 농도차에 따라 물질 운반

-   운반체를 이용하여 좀더 빠른 속도로 운반

    (단, 운반체는 에너지를 사용하지 않는다) 

• 단당류의 흡수경로 : 

   소장 융모 상피세포 모세혈관문정맥간

    (간에서 과당과 갈락토오스는 포도당으로 전환됨)

탄수화물의 생리적 기능

 1g당 4kcal 의 에너지 발생

 적혈구와  중추신경계의 에너지원으로 이용

   * 적혈구와 중추신경계의 유일한 에너지 급원 : 포도당

 포도당 공급 부족 시; 주로 단백질로부터 포도당 합성

 여분의 포도당은 체내에 저장(글리코겐 및 중성지방)

글리코겐 부하(glycogen loading)

• 간과 근육에 글리코겐 저장량을 증가시켜 운동 수행 능력을 향상 시키기 위한 식사요법

• 1단계: 저탄수화물 식사, 고강도 운동으로 군육과 간의 글리코겐을 고갈시킴

• 2단계: 점진적으로 운동랼을 줄이면서 탄수화물 섭취를 증가시킴

• 3단계: 운동량을 더 줄이고 탄수화물 섭취를 증가시킴

탄수화물의 기능

 탄수화물과 지방 섭취 부족 → 단백질이 에너지원

 특히, 탄수화물 부족 시    단백질이 분해되어 포도당 

                                            합성

 탄수화물과 지방 

     -  단백질이 에너지원으로 이용되는 것을 억제

     -  단백질 고유의 기능을 수행하게 함

탄수화물의  기능

 케톤증 : 체내에서 필요한 탄수화물이 부족하여 지질이 분해될 때 지질 산화가 불완전하게 이루어지면서 중간산물인 케톤체가 혈액 내에 증가하는 현상 

 케톤체는 혈액을 산성으로 만들어 산독증 유발

 적절한 탄수화물의 섭취는 지질의 산화를 도와주어 케톤증 유발을 방지 

 단당류(포도당, 과당)

 이당류(맥아당, 설탕)

 올리고당류

• 천연감미료: 설탕이나 꿀, 천연에 존재

      당알코올, 단당류, 이당류, 고과당 콘시럽  

• 인공감미료: 산업적으로 제조된 물질

      사카린, 아스파탐, 네오탐, 아세설팜-K

 구강의 저작활동을 자극, 타액과 위액 분비 촉진

 위장의 포만감 유발

 장내에서 물 흡수, 장 내용물의 부피 증가, 연동운동 촉진  

 배변량 증가

 장내 통과속도 정상화 

 변비 예방

탄수화물의 기능

 신체구성성분 

    점성다당, 점성단백질 : 손톱, 뼈, 연골, 피부

 핵산구성성분 : 오탄당(ribose)는 DNA, RNA  

                        의 구성 성분

 영양소 흡수 : 유당은 소장의 칼슘 흡수를 도움

식생활과 탄수화물 

 곡류 : 현미, 통밀, 쌀, 보리, 밀, 옥수수, 귀리

 감자,고구마

 곡류를 이용한 음식 : 떡, 빵, 국수, 과자류 등

 당류식품 : 설탕이나 설탕을 넣어 만든 제품,     

               엿, 물엿, 사탕

 채소,과일 : 식이섬유질의 급원, 

                당류(과당) 급원

 두류 : 전분함유 

식생활과 탄수화물

 간,근육 : 글리코겐 함유(소량)

 우유와 유제품 : 유당 함유

 꿀 : 과당, 포도당, 자당이 풍부

탄수화물 대사의 조절

 정상혈당 : 70~110mg/100ml(공복기),  140mg/100ml(식후)

• 대사조절 호르몬 :  

       인슐린(췌장): 혈당 ↓

       글루카곤(췌장) :혈당 ↑

       에피네프린(부신수질) :혈당 ↑

       노에피네프린(부신수질) :혈당 ↑ 

혈당조절기전

탄수화물과 건강문제  -   섭취 과잉

 체내에 에너지가 남을 경우 포도당은 지방산 합성 

   - 포도당이 아세틸 CoA에서 TCA 회로로 들어가지 않고   

      지방산 합성경로로 이동

   - 해당경로의 중간과정에서 생성되는 글리세롤은 지방산

      과 결합하여 중성지방 합성 

 체지방량의 증가로 비만, 당뇨병, 심장순환계 질병 유발, 수명 단축

탄수화물과 건강문제 - 당뇨병

• 발병 원인 : 인슐린 부족, 또는 효율적으로 사용되지 못 할 때

• 증세 : 

  1) 혈당 상승, (∵) 혈액 내 포도당이 세포 내로 들어가지 못함

  2) 세포는 포도당 부족 상태

  3) 세포가 지방을 분해 하여 에너지원으로 이용

  4) (∴) 체지방 감소, 체중 감소

  5) 케톤증 유발, 심하면 혼수상태, 사망

  6) 뇨로 포도당 배출; 혈당 수준 160~180mg/100ml 이상일 때

• 진단방법 : 당내성 시험

   (공복 시 혈당 측정 및 당 섭취 후 30분 간격으로  2시간까지 혈당변화 측정)

• 유형 : 인슐린 의존형,  인슐린 비의존형

• 식이요법의 원칙 :  

     적정량의 에너지 섭취, 단순당류 제한, 적정 지방섭취, 충분한 단백질 섭취, 규칙적 식사, 운동시간과 식사시간의 균형   

탄수화물과 건강문제-당뇨병

혈당반응

• 혈당반응: 탄수화물 함량이 높은 식품을 섭취한 후에 혈당수준이 올라가는 정도와 기간에 미치는 효과

• 혈당지수(glycemic index, GI): 포도당 50g을 섭취한 후 혈당 상승의 속도와 정도를 100으로 정하고 탄수화물 50g을 함유한 식품을 섭취한 후 혈당반응을 비교하여 변화된 정도를 수치로 나타낸 값

• 혈당부하 (glycemic load, GL): 혈당지수를 식품의 1회섭취량에 함유된 탄수화물량으로 곱한 후 100으로 나눈 값

탄수화물과 건강문제-유당 불내증

 원인 : 락테이즈(유당분해효소) 분비량 부족

 결과 : 유당이 분해되지 않은 채 대장으로 이동 대장 박테리아에 의해 유당 발

          효, 유기산과 가스 생성 소화 안된 유당이 장내로 물을 끌어들여 설사 유발  

 증상 : 복통,설사, 복부 경련, 배에 가스나 공기가 꽉 찬 느낌

 발병률 : 백인<흑인, 아시아인, 아프리카 인들

 식이요법

   - 다량의 유당섭취 절제, 소량(1회 12g정도, 우유 1컵 정도)씩 섭취

   - 식사를 하면서 우유를 섭취

   - 요구르트나 산처리 우유 등 미리 발효시킨 우유제품  공급

       (유당을 유산으로 바꿈) 

   - 락테이즈가 첨가된 우유 섭취

   - 우유나 유제품을 모두 받아들이지 못하는 사람 : 대치식품으로 영양소 공급

탄수화물과 건강문제-갈락토오스 혈증

 선천적으로 간에 갈락토오스를 포도당으로 전환시키는 

    효소가 없어 혈액중에 갈락토오스 농도가 높아지는 증세 

 증상 : 구토, 설사, 황달, 영양실조, 백내장, 정신발달 지체

 식이요법 : 유당 섭취 제한하여 갈락토오스 흡수 방지

  * 특히 두뇌발달이 활발하게 이루어지는 생후 2년간의 영유아기에  철저한 식이관리가 요구됨

탄수화물과 치아건강문제-충치와 설탕 섭취

   흰설탕, 황설탕, 각설탕, 꿀, 시럽, 단 음식이나 단 과자등에 들어 있는 설탕을 지칭

   * 설탕 : 빈 영양소 식품(empty calorie food) 

              오직 열량만을 제공하고 그 외의 

           영양소는 거의 들어있지 않기 때문

탄수화물과 건강문제-충치와 설탕 섭취

 입안 박테리아는 치아에 남아있는 음식찌꺼기(특히 설탕)와 반응하여 덱스트란(dextran) 생성 치아표면에 플라그 형성, 서식

     * dextran : 포도당으로 구성된 수용성 다당류 

 플라그에서 박테리아가 대사작용에 의해 산(주로 젖산)생성       

     → pH 4.0까지 저하

     → pH 5.5 이하에서 치아의 에나멜층 침식,용해 

     → 충치발생   

탄수화물과 건강문제-식이섬유질과 건강

• 불용성 식이섬유질      

   물 보유; 변을 부드럽게; 배변량 증가; 배변속도 증가;   변비 에방 

• 가용성 식이섬유질

   물에 용해되어 gel 형성; 끈적한 점성 제공; 만복감 제공; 포도당 흡수 지연; 담즙산과 결합, 배설; 혈청 콜레스테롤 수준 저하 효과

식이섬유질의 건강증진 효과

• 비만

    가용성 식이 섬유질의 경우 - 위 체류시간 연장, 포만감 제공

• 당뇨

    포도당 흡수 지연, 혈당의 급격한 상승 억제

• 심혈관 질환

      혈청 콜레스테롤 수준 저하, 심장혈관계 질병 예방

• 담석증

      담즙산 배설 촉진, 담석 형성 예방 

식이섬유질과 건강 – 결핍증과 과잉증

 결핍증

       * 변비 : 대장의 활동성 저하가 원인

       * 대장질환 :

             장내압 상승 치질, 탈장, 다발성 게실증, 게실염

             장내 박테리아 작용에 의해 발암성 물질 생성 대장암 

 과잉증

      * 영양소 흡수율 저하(특히 비타민, 무기질 흡수 저하)

      * 탈수 및 설사 

    (∴) 35g/일 이상의 섭취는 삼가야 한다.

탄수화물과 건강문제-식이섬유질과 건강

탄수화물과 건강문제 – 알코올 대사 

• 알코올 흡수경로 :

     위점막  혈액  간 (대사)

• 대사 :

     ethanol  acetaldehyde  acetic acid  

      acetyl Co A---TCA 회로를 거쳐 ATP 생성

• 1g의 알콜은 7kcal 발생

• Acetaldehyde : 숙취의 원인물질 – 오심, 구토, 두통, 맥박 저하, 쇼크 등 유발 

탄수화물과 건강문제-알코올과 건강

 간질환 : 지방간, 알코올성 간염, 간경변 초래 

     (∵) 알코올 - 간에서 중성지방 합성↑, 지방분해↓      

 소화기질환 : 위염, 식도 or 위장출혈의 원인, 위궤양 악화, 장점막 손상(영양소 흡수↓, 설사 유발)

 심혈관 질환 : 고혈압, 부정맥

 생식기능 저하 : 성욕감퇴, 성기능 부전

탄수화물의 영양섭취기준

탄수화물: 에너지적정비율: Acceptable Macronutrient Distribution Range: AMDR

   전연령: 55~70%

   2000kcal 섭취시: 275~350g 섭취

총당류: 식품에 존재하는 단당류와 이당류의 함량을 합한값, 천연당과 첨가당을 합한값. 

   총에너지섭취의 10~20%

식이섬유의 기준: 충분섭취량(Adequate Intake: AI)

   성별, 연령별 에너지필요추정량(Estimated Energy Requirements: EER)을 기준으로 1000kcal당 12g/day

   2000kcal 섭취시: 24g 섭취 

탄수화물의 섭취지침

• 복합탄수화물을 섭취할것: 곡류, 옥수수, 감자, 콩등을 다양하게 먹을것

• 식이섬유를 섭취할것: 전곡, 채소, 과일을 매일 먹을것

• 첨가당의 섭취를 줄일것: 가당음료, 탄산음료를 적게 마실것

• 가공식품보다는 천연당이 포함된 자연식품을 섭취할 것