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단맛

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목차

1. 개요

단맛은 혀의 미뢰에서 감지되는 맛으로, 단맛을 내는 물질은 크게 천연 감미료와 인공 감미료로 나뉜다. 천연 감미료에는 당류, 당알코올, 글리코사이드, 단백질 등이 있으며, 인공 감미료는 아스파탐, 수크랄로스 등이 있다. 단맛은 혀뿐만 아니라 위장관, 비강 상피 등에서도 감지될 수 있으며, 단맛 인지에 색상, 냄새, 인지적 기대, 시간 등이 영향을 미친다. 단맛을 조절하는 물질로는 단맛 억제 물질과 단맛 변형 물질이 있으며, 단맛에 대한 다양한 역사적 이론이 존재한다. 한국의 감미료 시장은 저칼로리, 저당 감미료 중심으로 변화하고 있으며, 알룰로스, 스테비아 등의 차세대 감미료 연구가 활발히 진행되고 있다.

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단맛
맛
종류기본 맛
생리학
감지 기관미뢰
감지 메커니즘G 단백질 연결 수용체 (T1R2, T1R3)
심리학
선호도인간은 일반적으로 단맛을 선호함
맛
종류기본 맛
생리학
감지 기관미뢰
감지 메커니즘G 단백질 연결 수용체 (T1R2, T1R3)
심리학
선호도인간은 일반적으로 단맛을 선호함
일반 정보
종류기본 맛
감지 기관미뢰
감지 메커니즘G 단백질 연결 수용체 (T1R2, T1R3)
선호도인간은 일반적으로 단맛을 선호함

2. 단맛을 내는 물질

단맛을 내는 물질은 매우 다양하며, 크게 천연 감미료와 인공 감미료로 나눌 수 있다.

알데히드와 케톤과 같은 매우 다양한 화학 화합물이 단맛을 낸다. 수백 개의 합성 유기 화합물이 단맛을 내는 것으로 알려져 있지만, 사카린, 사이클라메이트, 아스파탐, 아세설팜 칼륨, 수크랄로스, 알리탐, 네오탐 등이 식품 첨가물로 널리 사용된다.

다양한 화합물의 단맛[14][15][16][17][18][19][20]
이름화합물 종류단맛의 정도
사이클라메이트 나트륨술폰산염26
아스파탐다이펩타이드 메틸 에스터180 – 250
아세설팜 칼륨옥사티아지논 다이옥사이드200
사카린 나트륨설포닐300 – 675
수크랄로스변형 이당류600
네오탐아스파탐 유사체8000
수크로옥테이트구아니딘162,000 (추정)
베르나르다메구아니딘188,000 (추정)
수크로노닉산구아니딘200,000 (추정)
카렐라메구아니딘200,000 (추정)
루그다넘구아니딘230,000 (추정)



다양한 연구에서 감미료의 단맛 정도에 약간의 차이가 나타나는데, 이는 샘플링, 분석 및 해석 등 다양한 방법론적 변수 때문에 발생한다. 수크로스(설탕), 염산(신맛), 퀴닌(쓴맛), 염화나트륨(짠맛)과 같이 기준 물질에 할당된 1의 맛 지수 자체도 실용적인 목적에 따라 임의적이다.[18]

2. 1. 천연 감미료

천연 감미료는 자연에서 얻을 수 있는 단맛 물질로, 주로 탄수화물(당류)이 여기에 속한다.

당과 감미료의 상대적 단맛


다양한 화합물의 단맛[48][49][50][51][52][53]
명칭화합물 종류단맛의 정도
락토스이당류0.16
말토스이당류0.33 – 0.45
트레할로스이당류최대 0.45[21]
이소말툴로스이당류0.40 - 0.50[22]
솔비톨당알코올0.6
갈락토스단당류0.65
글루코스단당류0.74 – 0.8
글리신아미노산0.6 – 0.86
수크로스이당류1.00 ('기준')
자일리톨당알코올1.02[23]
프럭토스단당류1.17 – 1.75
스테비올 배당체글리코사이드40 – 300
토마틴단백질2000



100종 이상의 유기 화합물이 단맛을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 특히 글리세린, 글리신, 글리코겐 등이 유명하다. 글리신은 도화새우(단새우), 톱날새우, 갯지렁이 등의 주요 단맛 성분이며, 가리비류의 관자는 글리코겐에 의한 단맛을 가진다.

세계에서 가장 단맛이 강한 화합물은 루그두넴으로, 설탕의 22만 배에서 30만 배의 단맛을 가진 것으로 알려져 있다.

2. 1. 1. 당류

단당류, 이당류, 다당류 등 다양한 종류의 당류가 단맛을 낸다. 일반적인 생물학적 물질 중, 모든 단순 탄수화물은 적어도 어느 정도 단맛을 낸다. 수크로스(설탕)는 단맛을 내는 물질의 전형적인 예이다. 용액 상태의 수크로스는 단맛 지수가 1이며, 다른 물질은 이를 기준으로 평가된다.[13]

다양한 화합물의 단맛[48][49][50][51][52][53]
명칭화합물 종류단맛의 정도
락토스이당류0.16
말토스이당류0.33 – 0.45
솔비톨당알코올0.6
갈락토스단당류0.65
글루코스단당류0.74 – 0.8
수크로스이당류1.00
프럭토스단당류1.17 – 1.75
시클라민산 나트륨술폰산염26
스테비올 배당체글리코사이드40 – 300
아스파탐디펩티드 메틸 에스터180 – 250
아세설팜 칼륨Oxathiazinone dioxide200
사카린술포닐300 – 675
수크랄로스변형 이당류600
토마틴단백질2000



프럭토스(과당)는 낮은 비용과 상대적으로 강한 단맛 때문에 상업적으로 식품 및 음료에 주로 사용된다. 과당은 천연으로 존재하는 당 중에서 가장 달콤하며, 설탕(자당)의 1.73배 달콤하다고 여겨진다.[43][44]

2. 1. 2. 당알코올

당알코올은 당류의 유도체로, 솔비톨, 자일리톨, 에리트리톨 등이 있다. 이들은 설탕보다 칼로리가 낮고 혈당 지수가 낮아 설탕 대체재로 사용된다.[14][15][16][17][18][19][20]

다양한 화합물의 단맛
이름화합물 종류단맛
소르비톨폴리알코올0.6
자일리톨당알코올1.02[23]


2. 1. 3. 글리코사이드

여러 식물 종은 일반적인 설탕보다 훨씬 낮은 농도에서 단맛을 내는 글리코사이드를 생산한다. 가장 잘 알려진 예는 감초 뿌리의 단맛 성분인 글리시리진으로, 수크로스(설탕)보다 약 30배 더 달콤하다. 또 다른 상업적으로 중요한 예는 남아메리카 관목인 ''스테비아 레바우디아나''에서 추출한 스테비올 배당체이다. 이것은 수크로스보다 약 250배 더 달콤하다.[14][15][16][17][18][19][20]

다양한 화합물의 단맛[48][49][50][51][52][53]
명칭화합물 종류단맛의 정도
스테비올 배당체글리코사이드40 – 300


2. 1. 4. 단백질

특정 식물에서 발견되는 단백질 중에는 강한 단맛을 내는 경우가 있다. 토마틴은 수크로스(설탕)의 2000배의 단맛을 내는 단백질이다.[48][49][50][51][52][53] 서아프리카의 카템페 열매에서 발견되는 타우마틴 또한 강한 단맛을 내는 단백질이다.[14][15][16][17][18][19][20] 닭알에서 발견되는 리소자임 또한 단맛을 낸다.

2. 1. 5. 기타

글리신[14]과 같은 일부 아미노산은 단맛이 나며, 물에 5% 글리신 용액의 단맛은 5.6% 포도당 또는 2.6% 과당 용액과 비슷하다.[14] 클로로포름, 니트로벤젠, 에틸렌 글리콜과 같은 유기 화합물도 단맛을 낸다.[24] 염화 베릴륨, 아세트산 납(II)과 같은 무기 화합물도 단맛을 낼 수 있다.[24] 아세트산 납(II)은 고대 로마 귀족들 사이에서 납 중독의 원인이 되기도 하였는데, 로마의 별미인 ''사파''는 아세트산을 함유한 신 와인을 납 냄비에 끓여서 만들었기 때문이다.[24] 하지만, 이들 중 일부는 독성이 강하다. 자동차의 NOS 등에 사용되는 아산화 질소는 흡입하면 향기와 단맛을 느낄 수 있다.

유기 화합물에서는 100종 이상의 화합물이 단맛을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 특히 글리세린, 글리신, 글리코겐 등이 유명하지만, 클로로포름, 니트로벤젠, 에틸렌 글리콜 등은 독성이 강한 것으로 알려져 있다. 글리신은 도화새우(단새우), 톱날새우, 갯지렁이 등의 주요 단맛 성분이며, 가리비류의 관자는 글리코겐에 의한 단맛을 가진다.

세계에서 가장 단맛이 강한 화합물은 루그두넴으로, 설탕의 22만 배에서 30만 배의 단맛을 가진 것으로 알려져 있다.

2. 2. 인공 감미료

인공 감미료는 칼로리가 낮지만 단맛은 강한 성분을 사용하여 만든 것으로, 설탕 대체제의 일종이다. 아스파탐, 아세설팜 칼륨, 에리트리톨, 스테비아, 수크랄로스 등이 이에 해당하며, '무칼로리 설탕'이라고도 불린다.[48][49][50][51][52][53] 주로 다이어트 음료나 당뇨병 환자, 다이어트를 하는 사람들을 위한 식품에 사용된다.

다양한 화합물의 단맛[48][49][50][51][52][53]
명칭화합물 종류단맛의 정도
시클라민산 나트륨술폰산염26
스테비올 배당체글리코사이드40 – 300
아스파탐디펩티드 메틸 에스터180 – 250
아세설팜 칼륨Oxathiazinone dioxide200
사카린술포닐300 – 675
수크랄로스변형 이당류600
토마틴단백질2000


3. 단맛 수용체

단맛은 미뢰에서 감지된다.


단맛을 내는 다양한 화학 물질이 알려져 있고, 단맛을 감지하는 능력이 혀의 미뢰에 있다는 것은 알려져 있었지만, 1990년대만 하더라도 단일한 "단맛 수용체"가 실제로 존재하는지에 대한 의문이 있었다.

2001년, 실험용 쥐를 대상으로 한 실험에서 서로 다른 버전의 유전자 T1R3를 가진 쥐들이 서로 다른 정도의 단맛을 가진 음식을 선호한다는 사실이 밝혀지면서 획기적인 발전이 이루어졌다. 이후 연구를 통해 T1R3 단백질이 T1R2라고 불리는 관련 단백질과 복합체를 형성하여 포유류의 단맛 수용체인 G 단백질 결합 수용체를 형성한다는 것이 밝혀졌다.[29]

3. 1. 작동 원리



단맛 수용체는 G 단백질 결합 수용체(GPCR)의 일종인 T1R2와 T1R3 단백질의 복합체이다.[29] 2001년 실험용 쥐를 대상으로 한 실험에서 서로 다른 버전의 유전자 T1R3를 가진 쥐들이 서로 다른 정도의 단맛을 가진 음식을 선호한다는 사실이 밝혀졌다. 이후 연구를 통해 T1R3 단백질이 T1R2라고 불리는 관련 단백질과 복합체를 형성하여 포유류의 단맛 수용체인 G 단백질 결합 수용체를 형성한다는 것이 밝혀졌다. 단맛 물질이 수용체에 결합하면, 세포 내 신호 전달 경로를 통해 칼슘 이온 농도가 증가하고, ATP 신경 전달 물질이 방출되어 뇌에 단맛 신호가 전달된다.

단맛 분자가 수용체에 결합하면 분자 형태 변화가 발생한다. 이러한 변화는 G-단백질인 구스타신을 활성화시키고, 이는 차례로 포스포리파제 C를 활성화하여 이노시톨 삼인산(IP3)을 생성하며, IP3-수용체가 열리고 소포체에서 칼슘이 방출된다. 세포 내 칼슘 증가는 TRPM5 채널을 활성화시키고 세포 탈분극을 유도한다.[35][36] CALHM1은 탈분극에 의해 활성화되어 ATP 신경 전달 물질을 방출하고, 이는 미뢰를 지배하는 구심성 신경 세포를 활성화한다.[37][38]

3. 2. 분포

2001년, 실험용 쥐를 대상으로 한 실험에서 서로 다른 버전의 유전자 T1R3를 가진 쥐들이 서로 다른 정도의 단맛을 가진 음식을 선호한다는 사실이 밝혀졌다. 이후 연구를 통해 T1R3 단백질이 T1R2라고 불리는 관련 단백질과 복합체를 형성하여 포유류의 단맛 수용체인 G 단백질 결합 수용체를 형성한다는 것이 밝혀졌다.[29]

인간 대상 연구에 따르면 단맛 수용체는 혀뿐만 아니라 위장관 내벽, 비강 상피, 췌장 섬 세포, 정자 및 고환에서도 발견된다.[30] 위장관 내 단맛 수용체는 배고픔과 포만감을 조절하는 것으로 추정된다.

단맛 감지 역치는 하루 중 시간에 직접적으로 관련이 있는데, 이는 음식의 전반적인 단맛에 영향을 미칠 수 있는 혈액 내 렙틴 수치의 변동의 결과로 여겨진다. 과학자들은 이것이 인간과 같은 주행성 동물의 진화적 잔재라고 추측한다.[31]

3. 3. 종에 따른 차이

단맛 감지는 종에 따라 크게 다를 수 있다. 예를 들어, 영장류 사이에서도 단맛은 매우 다양하다. 신세계원숭이는 아스파탐을 달콤하게 느끼지 못하는 반면, 구세계원숭이와 유인원(대부분의 인간 포함)은 모두 그렇다.[32] 고양이과의 고양이와 같은 동물은 단맛을 전혀 감지하지 못한다.[33]

단맛을 감지하는 능력은 큰돌고래, 바다사자, 점박이하이에나 및 포사를 포함한 육식 동물의 종에서 유전적으로 위축되는 경우가 많다.

4. 단맛 인지

단맛 인지는 여러 요인에 의해 영향을 받는다. 음식의 색상이나 냄새 등이 단맛을 느끼는 정도에 영향을 줄 수 있다.

4. 1. 인지적 기대

음식의 색상은 단맛 인지에 영향을 미칠 수 있다. 음료에 더 많은 붉은색을 첨가하면 지각되는 단맛이 증가한다. 한 연구에서 더 어두운 색상의 용액은 설탕 농도가 1% 더 낮았음에도 불구하고 더 밝은 색상의 용액보다 2~10% 더 높게 평가되었다.[39] 색상의 효과는 인지적 기대에 기인하는 것으로 여겨진다.[40] 어떤 냄새는 달콤하게 느껴지며, 기억은 단맛을 맛본 것인지 냄새를 맡은 것인지 혼동한다.[41]

5. 단맛 조절 물질

조지 헨리 홀의 그림 ''Boys Pilfering 당밀 – On The Quays, New Orleans''(1853년)


몇몇 물질은 단맛이 감지되는 방식을 변화시킨다. 어떤 물질은 단맛을 억제하고, 어떤 물질은 신맛을 단맛으로 느끼게 한다.

5. 1. 단맛 억제 물질

몇몇 물질은 단맛이 감지되는 방식을 변화시킨다. 이러한 물질 중 한 종류는 설탕이나 고강도 감미료에서 비롯된 단맛의 인식을 억제한다. 상업적으로 가장 중요한 것은 락티솔[25]로, 도미노 슈가에서 생산되는 화합물이다. 이 물질은 일부 젤리 및 기타 과일 통조림에 사용되어 과도한 단맛을 억제하여 과일 고유의 풍미를 돋우는 데 사용된다.

짐네마산과 지지핀은 유사한 단맛 억제 특성을 갖는 천연 물질이다.[26] 짐네마산은 인도 덩굴 식물 ''짐네마 실베스트레''(Gymnema sylvestre)의 잎에서 추출되며, 지지핀은 중국 대추 (''Ziziphus jujuba'') 잎에서 추출된다. 짐네마산은 설탕 갈망과 당뇨병 치료제로 초본 의학 분야에서 널리 홍보되어 왔다.

5. 2. 단맛 변형 물질

몇몇 물질은 단맛이 감지되는 방식을 변화시킨다. 이러한 물질 중 한 종류는 설탕이나 고강도 감미료에서 비롯된 단맛의 인식을 억제한다. 상업적으로 가장 중요한 것은 락티솔[25]로, 도미노 슈가에서 생산되는 화합물이다. 이 물질은 일부 젤리 및 기타 과일 통조림에 사용되어 과도한 단맛을 억제하여 과일 고유의 풍미를 돋우는 데 사용된다.

두 가지 천연 물질이 유사한 단맛 억제 특성을 갖는 것으로 문서화되었다. 짐네마산은 인도 덩굴 식물 ''짐네마 실베스트레''(Gymnema sylvestre)의 잎에서 추출되며, 지지핀은 중국 대추 (''Ziziphus jujuba'') 잎에서 추출된다.[26] 짐네마산은 설탕 갈망과 당뇨병 치료제로 초본 의학 분야에서 널리 홍보되어 왔다.

반면에, 두 가지 식물성 단백질인 미라큘린[27]과 큐컬린[28]은 신맛을 단맛으로 느끼게 한다. 혀가 이 단백질 중 하나에 노출되면, 그 후 최대 한 시간 동안 신맛이 단맛으로 인식된다. 큐컬린은 자체적으로 약간의 단맛을 가지고 있지만, 미라큘린 자체는 맛이 거의 없다.

6. 역사적 이론

19세기 유기 화학의 발전으로 많은 새로운 화학 화합물과 그들의 분자 구조를 확인할 수 있게 되었다. 초기 유기 화학자들은 의도적으로 또는 우연히(실험실 위생이 열악하여) 많은 제품을 맛보았다. 분자 구조와 맛 사이의 체계적인 상관관계를 도출하려는 최초의 시도 중 하나는 1914년 독일 화학자 게오르크 콘에 의해 이루어졌다.

루그두남은 알려진 가장 달콤한 화학 물질이다.


1963년 로버트 샬렌버거와 테리 아크리가 단맛의 AH-B 이론을 제안하기 전까지, 20세기 초의 이러한 단맛 이론은 학계의 주목을 거의 받지 못했다.

현재까지 가장 정교한 단맛 이론은 1991년 장-마리 틴티와 클로드 노프레가 제안한 다중 부착 이론(MPA)이다.

6. 1. 콘의 사포어 이론 (1914)

1914년 독일 화학자 게오르크 콘은 특정 맛을 유발하려면 분자가 그 맛을 생성하는 구조적 모티프(''사포어'')를 포함해야 한다고 가정했다. 콘은 단맛과 관련하여 여러 개의 하이드록실기를 포함하는 분자와 염소 원자를 포함하는 분자가 종종 단맛을 내며, 구조적으로 유사한 일련의 화합물 중에서는 분자량이 작은 것이 큰 화합물보다 더 달콤하다는 것을 언급했다.

6. 2. 외르틀리와 마이어스의 글루코포어 및 보조글루크 이론 (1919)

1919년, 외르틀리와 마이어스는 당시 유행하던 합성 염료의 색상 이론을 바탕으로 더 정교한 이론을 제안했다. 그들은 화합물이 달콤하려면 글루코포어와 보조글루크라는 두 종류의 구조적 모티프를 각각 하나씩 포함해야 한다고 가정했다.[2] 당시 달콤하다고 알려진 화합물을 바탕으로 6개의 후보 글루코포어와 9개의 보조글루크 목록을 제안했다.[2]

6. 3. 샬렌버거와 아크리의 AH-B 이론 (1963)

1963년 로버트 샬렌버거와 테리 아크리는 단맛의 AH-B 이론을 제안했다. 간단히 말해, 그들은 화합물이 단맛을 내려면 약 0.3 나노미터 정도 떨어져 있는 수소 결합 공여체(AH)와 루이스 염기(B)를 포함해야 한다고 제안했다.[3] 이 이론에 따르면 감미료의 AH-B 단위는 단맛 수용체의 해당 AH-B 단위와 결합하여 단맛을 느끼게 한다.[3]

6. 4. 키어의 B-X 이론 (1972)

B-X 이론은 1972년 레몬트 키어가 제안했다. 이전 연구자들은 일부 화합물 그룹 사이에서 소수성과 단맛 사이에 상관관계가 있는 것처럼 보인다는 점을 언급했다. 이 이론은 화합물이 런던 분산력을 통해 단맛 수용체의 소수성 부위와 상호 작용할 수 있는 세 번째 결합 부위(X로 표시)를 가져야 한다고 제안함으로써 이러한 관찰을 공식화했다. 이후 연구자들은 여러 종류의 단맛 물질에서 추정되는 AH, B, X 부위 사이의 거리를 통계적으로 분석하여 단맛 수용체의 이러한 상호 작용 부위 사이의 거리를 추정했다.

6. 5. 틴티와 노프레의 다중 부착 이론 (MPA) (1991)

장-마리 틴티와 클로드 노프레가 1991년에 제안한 다중 부착 이론(MPA)은 감미료와 단맛 수용체 사이의 상호작용을 설명하는 가장 정교한 이론이다. 이 이론은 감미료와 수용체 간에 최대 8개의 상호작용 부위가 있다고 가정하지만, 모든 감미료가 8개 부위 모두와 상호작용하는 것은 아니다.[42] 이 모델은 구아니딘 감미료와 같이 현재까지 알려진 가장 강력한 감미료 계열을 찾는 데 성공적으로 기여했다. 이 중 가장 강력한 루그두남은 설탕보다 약 225,000배 더 달다.

7. 한국의 감미료 산업

한국의 감미료 시장은 설탕, 과당, 포도당 등의 천연 감미료와 아스파탐, 수크랄로스 등의 인공 감미료로 구성된다. 건강에 대한 관심 증가와 정부의 당류 저감화 정책으로 인해 저칼로리, 저당 감미료에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히, 알룰로스, 스테비아, 에리트리톨과 같은 차세대 감미료에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

이성화당은 한국에서 포도당과당액당 또는 과당포도당액당으로 불리며, 단맛에 비해 비용이 저렴하여 청량음료에 많이 사용되고 있다.[46]

칼로리 제한이 필요한 당뇨병 환자나 다이어트를 목적으로 하는 사람들을 위해 아스파탐, 아세설팜 칼륨, 에리트리톨, 스테비아, 수크랄로스 등 칼로리는 낮지만 단맛은 강한 성분을 사용한 '''무칼로리 설탕'''이라고 불리는 인공 감미료가 있으며, 다이어트 음료 등에 이용되고 있다.

참조

[1] 논문 A common genetic influence on human intensity ratings of sugars and high-potency sweeteners
[2] 간행물 Opioids, sweets and a mechanism for positive affect: Broad motivational implications.
[3] 논문 Taste acceptance of sugars by human infants
[4] 논문 Taste and smell in disease (Second of two parts) 1983-06-02
[5] 서적 The Body Almanac: Mind-boggling facts about today's human body and high-tech medicine Doubleday
[6] 논문 The monkey and the fig: A Socratic dialogue on evolutionary themes
[7] 서적 With Bitter Herbs They Shall Eat It: Chemical ecology and the origins of human diet and medicine University of Arizona Press
[8] 서적 The Psychology of Eating and Drinking https://archive.org/[...] W.H. Freeman
[9] 서적 The Cambridge Encyclopedia of Human Evolution Cambridge University Press
[10] 논문 Food habits, social change and the nature/culture dilemma
[11] 간행물 Attitudes towards sugar and sweetness in historical and social perspective.
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