에리트리톨
1. 개요
에리트리톨은 1848년 스코틀랜드 화학자 존 스텐하우스에 의해 발견된 당 알코올의 일종이다. 1990년 일본에서, 1997년 미국에서 감미료로 처음 승인 및 판매되었으며, 식품 및 음료의 감미료, 풍미 증진제로 사용된다. 에리트리톨은 혈당이나 인슐린 수치에 영향을 미치지 않아 당뇨병 환자에게 설탕 대체재로 사용될 수 있으며, 구강 세균에 의해 대사되지 않아 치아 건강에도 좋은 영향을 미친다. 섭취 시 혈액으로 빠르게 흡수되어 소변으로 배설되며, 과다 섭취 시 위장 장애를 유발할 수 있다. 2023년 연구에 따르면 혈중 에리트리톨 농도가 높을 경우 심혈관 질환 위험이 증가할 수 있다.
-
당알코올 -
자일리톨
자일리톨은 설탕 대체 감미료로 충치 예방 효과가 있고 혈당 영향이 적어 당뇨 환자에게 유용하지만, 과다 섭취 시 소화기 부작용을 일으킬 수 있으며 개에게는 독성이 있어 주의해야 하는 5탄당 알코올이다. -
당알코올 -
말티톨
말티톨은 설탕 대체재로 사용되는 이당류 감미료로, 칼로리가 낮고 충치를 유발하지 않으며, 다양한 식품 및 제약 산업에서 활용되지만 과량 섭취 시 설사를 유발할 수 있다. -
설탕 대체 첨가물 -
갈락토스
갈락토스는 찰스 바이스만에 의해 명명되었고 젖당의 구성 성분이며, 인체 내에서 포도당으로 전환되어 에너지원으로 사용되지만, 대사 이상 시 갈락토스혈증을 유발하고 혈액형 결정 등 임상적으로도 중요한 역할을 하는 단당류이다. -
설탕 대체 첨가물 -
자일리톨
자일리톨은 설탕 대체 감미료로 충치 예방 효과가 있고 혈당 영향이 적어 당뇨 환자에게 유용하지만, 과다 섭취 시 소화기 부작용을 일으킬 수 있으며 개에게는 독성이 있어 주의해야 하는 5탄당 알코올이다.
2. 역사
에리트리톨은 1848년 스코틀랜드의 화학자 존 스텐하우스가 발견하였고, 1852년에 처음으로 분리되었다. 1950년 미국의 화학자들은 크로마토그래피 기술을 사탕수수 즙과 블랙스트랩 당밀에 적용하여 효모에 의해 발효된 당밀에 에리트리톨이 존재한다는 것을 발견했다. 1990년 일본에서, 그리고 1997년 미국에서 감미료로 처음 승인 및 판매되었다.
2.1. 발견
1848년, 스코틀랜드의 화학자 존 스텐하우스가 에리트리톨을 발견했고, 1852년에 처음으로 분리되었다. 1950년에 효모로 발효시킨 폐당밀(Blackstrap Molasses)에서 발견되었고, 일본에서는 '당알코올'로 상품화되었다.
2.2. 상용화
에리트리톨은 1848년 스코틀랜드 화학자 존 스텐하우스에 의해 발견되었고, 1852년에 처음으로 분리되었다.
1950년에는 미국의 화학자들이 새롭게 개발된 크로마토그래피 기술을 사탕수즙과 블랙스트랩 당밀에 적용하여 효모에 의해 발효된 당밀에 에리트리톨이 존재한다는 것을 밝혀냈다.
에리트리톨은 1990년 일본에서, 그리고 1997년 미국에서 감미료로 처음 승인 및 판매되었다.
3. 어원
"에리트리톨"이라는 이름은 붉은색을 뜻하는 그리스어 단어(erythros고대 그리스어)에서 유래되었다. 에리트리톨은 거의 항상 흰색 결정이나 분말 형태로 발견되며, 화학 반응으로 붉게 변하지 않음에도 불구하고 이 명칭을 사용한다. "에리트리톨"이라는 이름은 산화 시 붉게 변하는 밀접하게 관련된 화합물인 에리트린에서 유래되었다.
19세기부터 20세기 초에 걸쳐 에리트리톨에는 "erythrol", "erythrite", "erythoglucin", "eryglucin", "erythromannite", "aphycite"…와 같은 동의어가 사용되었다.
5. 용도
1990년 이후, 에리트리톨은 60개 이상 국가에서 식품 및 음료 제품의 감미료 및 풍미 증진제로 안전하게 사용되어 왔으며, 정부 규제 기관의 사용 승인을 받았다.
에리트리톨은 커피와 차, 액상 식이 보충제, 주스 블렌드, 청량 음료, 맛을 낸 물 제품, 과자, 비스킷 및 쿠키, 식탁용 감미료, 무설탕 껌 등 식품에 사용된다. 에리트리톨의 순한 단맛은 설탕과 부피대비 부피로 대체가 가능하며, 더 단맛을 내는 설탕 대체품은 필러가 필요하여 구운 제품의 질감을 눈에 띄게 다르게 만든다. 에리트리톨을 섭취하면 혈중으로 빠르게 흡수되지만, 경구 투여된 대부분(80~90%)은 24시간 이내에 소변으로 배설된다.
과학자들은 에리트리톨의 안전성에 대해 메스꺼움, 과도한 방귀, 복부 팽만감 및 통증, 변의 횟수 등 에리트리톨을 어느 정도 섭취해야 이러한 위장 장애가 발생하는지 평가했다. 함량이 1.6%인 경우, 하제 효과는 발생하지 않았다. 허용 범위 내 섭취량의 상한선은 성인과 어린이 각각 0.78g/kg 표준 체중, 0.71g/kg 표준 체중이었다. 유럽 식품 안전청(European Food Safety Authority)의 과학 위원회는 음식 및 음료에 들어가는 에리트리톨의 섭취 상한량을 0.6g/kg 표준 체중으로 권장했다.
6. 흡수 및 배설
에리트리톨은 혈액으로 빠르게 흡수되며, 섭취 후 2시간 이내에 최고 농도에 도달한다. 경구 투여된 양의 대부분(80~90%)은 24시간 이내에 변화 없이 소변으로 배설된다.
7. 안전성
2023년, 유럽 식품 안전청은 에리트리톨의 안전성을 재평가하여 권장 일일 섭취량을 체중 1kg당 0.5g으로 낮췄다. 이는 평균 성인(70kg)의 경우 35g에 해당한다. 이 제한은 "완하 작용을 방지하고, 에리트리톨로 유발된 설사에 장기간 노출되어 발생하는 전해질 불균형과 같은 장기적인 영향을 완화하기 위해" 설정되었다.
1990년 이후, 에리트리톨은 60개 이상의 국가에서 음식과 음료의 조미료 및 감미료로 안전하게 사용할 수 있다고 승인받았다. 에리트리톨은 섭취 시 혈중으로 빠르게 흡수되지만, 대부분(80~90%)은 24시간 이내에 소변으로 배설된다.
에리트리톨 섭취 시 메스꺼움, 과도한 고창증(방귀), 복부 팽만감 및 통증, 대변 횟수 증가 등 위장관 장애를 유발하는 정도를 평가한 결과, 함량이 1.6%인 경우에는 완하제 효과가 나타나지 않았다. 허용 섭취량 상한선은 성인과 어린이 각각 0.78g/kg, 0.71g/kg이었다. 유럽 식품 안전청은 음식 및 음료에 들어가는 에리트리톨의 섭취 상한량을 0.6g/kg으로 권장했다.
미국에서는 에리트리톨이 식품 제조에 일반적으로 안전하다고 인정되는 물질 (GRAS) 중 하나이다.
7.1. 심혈관 질환 위험
2023년, 당뇨병 등 심장 질환의 위험을 수반하는 기저 질환이 있는 사람은 혈중 에리트리톨 농도가 높을 경우 심장 발작이나 뇌졸중의 위험이 2배가 된다는 연구가 발표되었다.
8. 식이 및 대사
에리트리톨은 혈당과 혈중 인슐린 농도에 영향을 미치지 않아 당뇨병 환자에게 유용한 설탕 대체재가 될 수 있다. 포도당을 100으로 했을 경우의 GI 값과 II 값 (인슐린 지수)는 각각 0과 2이다.
8.1. 칼로리
에리트리톨의 식품 영양 표시 방식은 국가별로 다르다. 일본과 유럽 연합(EU)에서는 무칼로리로 표시한다.
미국 식품의약국(FDA) 표시 규정에 따르면, 에리트리톨은 1g당 0.2 칼로리 (설탕 및 기타 탄수화물보다 95% 적음)의 열량을 가진다. FDA는 에리트리톨의 안전성에 대해 독자적인 판정을 내리지 않았지만, 여러 식품 제조 회사가 제출한 자료를 바탕으로 "GRAS"(Generally Recognized As Safe, "대체로 안전하다고 인정")로 인정하고 있다.
8.2. 소화
신체 내에서 대부분의 에리트리톨은 소장에서 혈류로 흡수된 후 대부분 소변으로 변하지 않고 배설된다. 약 10%는 결장으로 들어간다.
소량의 에리트리톨은 일반적으로 다른 당 알코올 (예: 말티톨, 소르비톨, 자일리톨, 락티톨) 섭취 후 흔히 경험하는 변비 효과와 가스 또는 복부 팽만을 일으키지 않는다. 섭취한 에리트리톨의 약 90%는 대장에 들어가기 전에 흡수되며, 에리트리톨은 장내 박테리아에 의해 소화되지 않기 때문에 나머지 10%는 대변으로 배설된다.
대량 섭취는 메스꺼움, 복명 및 묽은 변을 유발할 수 있다. 남성의 경우 체중 1kg당 0.66g 이상, 여성의 경우 체중 1kg당 0.8g 이상의 용량은 변비를 유발하며, 50g 이상에서는 설사를 유발한다. 드물게 에리트리톨은 알레르기성 두드러기를 유발할 수 있다. 에리트리톨은 혈당과 혈중 인슐린 농도에 영향을 미치지 않기 때문에 당뇨병 환자에게 유용한 설탕 대체재가 될 수 있다.
8.3. 구강 건강
에리트리톨은 치아 건강에 좋은 영향을 준다. 구강 세균에 의해 대사되지 않기 때문에 충치를 유발하지 않는다. 자일리톨과 같이 연쇄상구균 박테리아에 대한 항균 효과가 있어 치태를 감소시키고 충치 예방에 도움을 줄 수 있다.
9. 제조 방법
에리트리톨은 옥수수 전분을 효소로 가수분해하여 포도당을 생성한 뒤, 포도당을 효모나 다른 곰팡이로 발효시켜 제조한다. 유전자 조작된 효모인 야로위아 리폴리티카는 글리세롤을 탄소원으로 사용하고 높은 삼투압을 이용하여 발효를 통한 에리트리톨 생산에 최적화되었으며, 최대 62%까지 수율을 높일 수 있다.
공업 생산에서 에리트리톨은 옥수수전분에서 가수분해 촉매를 사용하여 포도당을 생성하기 위해 효소를 사용하고, 포도당을 모닐리에라 토멘토사 발. 폴리니스, 아우레오바시디움, 칸디다 마그놀리에 등의 균주로 발효시켜 제조한다. 그 외에도 전기화학적 합성에 의한 제조도 개발 중이다. 야로위아 리폴리티카 변이주는 발효에 의한 에리트리톨 생산에 특화되어 있으며, 탄소원으로 글리세롤을 사용하고, 그 높은 삼투압으로 인해 생성률이 62%까지 증가한다.
10. 물리화학적 특성
에리트리톨은 강한 냉각 작용을 보이는데, 이는 용해될 때 열을 흡수하는 흡열 반응(양의 용해열)이라는 물리적 작용 때문이다. 이는 박하 향의 냉각 작용(주로 생리적 작용)과 비교되기도 한다. 에리트리톨의 냉각 작용은 자일리톨과 매우 유사하며, 모든 당 알코올 중 가장 강력하다. 18°C에서 에리트리톨의 산 해리 상수는 13.903이다.
10.1. 용해열
에리트리톨은 물에 용해될 때 강한 냉각 효과(흡열 반응, 즉 양의 용해열)를 나타내며, 이는 종종 민트 향의 냉각 효과와 비교된다. 냉각 효과는 에리트리톨이 물에 이미 용해되지 않은 경우에만 나타나는데, 이는 에리트리톨로 단맛을 낸 프로스팅, 초콜릿 바, 껌 또는 하드 캔디에서 경험할 수 있는 상황이다. 에리트리톨의 냉각 효과는 자일리톨과 매우 유사하며, 모든 당 알코올 중에서 가장 강력한 냉각 효과 중 하나이다. 에리트리톨은 18°C에서 pKa가 13.903이다.
11. 생물학적 특성
2014년 연구에 따르면 에리트리톨은 초파리에 독성 살충제로 작용하여 영양 당분이 공급되어도 운동 능력을 손상시키고 수명을 단축시킨다. 이는 에리트리톨이 인체에 안전한 해충 구제제로 사용될 수 있음을 시사한다.
에리트리톨은 브루셀라속(Brucella spp.) 세균이 우선적으로 사용한다. 염소, 소, 돼지의 태반에 에리트리톨이 존재한다는 것은 이러한 부위에서 브루셀라 박테리아가 축적되는 현상에 대한 설명으로 제안되었다.
11.1. 초파리 실험
2014년 연구에 따르면, 에리트리톨은 초파리(Drosophila melanogaster)에 독성 살충제로 작용하여 영양 당분이 공급되어도 운동 능력을 손상시키고 수명을 단축시킨다.
11.2. 브루셀라균
에리트리톨은 브루셀라속(Brucella spp.) 세균이 우선적으로 사용한다. 염소, 소, 돼지의 태반에 에리트리톨이 존재한다는 것은 이러한 부위에서 브루셀라 박테리아가 축적되는 현상에 대한 설명으로 제안되었다.