아밀로스
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1. 개요
아밀로스는 α(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된 포도당 분자로 구성된 다당류의 일종이다. 식물에서 에너지 저장의 중요한 역할을 하며, 녹말의 약 30%를 차지한다. 아밀로스는 소화 저항성이 높고, 물에 잘 녹지 않으며, 겔 형성 및 요오드-전분 반응을 통해 특성을 나타낸다. 산업적으로는 증점제, 물 결합제, 유화 안정제, 겔화제 등으로 사용되며, 식품 포장재로도 활용된다. 쌀 품종의 아밀로스 함량에 따라 밥의 끈기가 달라지며, 혈당 부하를 낮추는 데 기여할 수 있다는 연구 결과도 있다.
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| 아밀로스 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| IUPAC 이름 | (1→4)-α-D-글루코피라난 |
| 다른 이름 | 해당 없음 |
| 식별 정보 | |
| CAS 등록번호 | 9005-82-7 |
| PubChem CID | 해당 없음 |
| ChEBI | 28102 |
| UNII | 7TDQ74Y18L |
| ChemSpider ID | 해당 없음 |
| SMILES | 해당 없음 |
| 속성 | |
| 화학식 | 가변적 |
| 몰 질량 | 가변적 |
| 외형 | 흰색 분말 |
| 밀도 | 해당 없음 |
| 녹는점 | 해당 없음 |
| 끓는점 | 해당 없음 |
| 용해도 | 불용성url=http://www.healthyeatingclub.org/info/articles/nutrients/resisstarch.htm |
| 위험성 | |
| 주요 위험 | 해당 없음 |
| NFPA 704 | 해당 없음 |
| 인화점 | 해당 없음 |
| 자연 발화점 | 해당 없음 |
| 이미지 | |
 | |
2. 구조
아밀로스는 α(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된 포도당 분자들로 구성되며, 반복되는 포도당 소단위체의 수(n)는 일반적으로 300~3,000개이지만, 수천 개가 될 수도 있다. 아밀로스 사슬은 무질서한 무정형의 입체 구조, 이중 나선(A형 또는 B형), 소수성 게스트 분자와 결합하는 V형의 세 가지 주요 형태를 가진다. 섬유의 X선 회절 분석과 컴퓨터 기반 구조 분석을 통해 아밀로스의 A-, B-, C-다형체를 발견하였다. 각 형태는 A-, B-, C-녹말 형태에 해당한다. A-구조 및 B-구조는 나선형 결정 구조와 수분 함량이 다른 반면, C-구조는 A-구조 및 B-구조의 단위 셀이 혼합되어 두 형태 사이에 중간 정도의 패킹 밀도를 형성한다.[28]
2. 1. α(1→4) 글리코사이드 결합
아밀로스는 α(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된 포도당 분자들로 구성된다. 포도당의 탄소 원자는 카보닐기 탄소로부터 시작하여 번호가 매겨져 있기 때문에 아밀로스에서 단위체가 되는 포도당 분자의 1번 탄소는 다음 포도당 분자의 4번 탄소와 α(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된다.[25]
이러한 선형 구조는 이면각을 중심으로 약간 회전할 수 있지만 대부분의 경우에 결합된 포도당 고리의 산소는 구조의 한쪽에 존재한다. α(1→4) 구조는 나선 구조의 형성을 촉진하여 한 포도당 분자의 2번 탄소에 결합된 산소 원자와 다음 포도당 분자의 3번 탄소 사이에 수소 결합이 형성되도록 한다.[27]
2. 2. 나선 구조
아밀로스는 α(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된 포도당 분자들로 구성된다. 포도당의 탄소 원자는 카보닐기 탄소로부터 시작하여 번호가 매겨져 있기 때문에 아밀로스에서 단위체가 되는 포도당 분자의 1번 탄소는 다음 포도당 분자의 4번 탄소와 α(1→4) 글리코사이드 결합으로 연결된다.[25] 반복되는 포도당 소단위체의 수(n)는 일반적으로 300~3,000개이지만, 수천 개가 될 수도 있다.아밀로스 사슬에는 세 가지 주요 형태가 있다. 아밀로스는 무질서한 무정형의 입체 구조나 두 가지 다른 나선 형태로 존재할 수 있다. 아밀로스는 이중 나선(A형 또는 B형)으로 스스로 결합하거나 아이오딘, 지방산, 방향족 화합물과 같은 다른 소수성 게스트 분자와 결합할 수 있다. 이것은 V형으로 알려져 있으며, 아밀로펙틴이 아밀로스와 결합하여 녹말을 형성하는 방법이다. 이러한 그룹에는 다양한 베리에이션이 있다. 각각은 V로 표기되고 그 다음에는 1회전당 포도당 단위체의 수를 나타내는 아래 첨자가 표시된다. 가장 흔한 것은 V6 형태로, 1회전에 6개의 포도당 단위체를 가지고 있다. V8 및 V7 형태도 존재한다. 이들은 게스트 분자가 결합할 수 있는 더 큰 공간을 제공한다.[26]
이러한 선형 구조는 이면각을 중심으로 약간 회전할 수 있지만 대부분의 경우에 결합된 포도당 고리의 산소는 구조의 한쪽에 존재한다. α(1→4) 구조는 나선 구조의 형성을 촉진하여 한 포도당 분자의 2번 탄소에 결합된 산소 원자와 다음 포도당 분자의 3번 탄소 사이에 수소 결합이 형성되도록 한다.[27]
컴퓨터 기반의 구조 분석과 결합된 섬유의 X선 회절 분석으로 아밀로스의 A-, B-, C-다형체를 발견할 수 있었다. 각 형태는 A-, B-, C-녹말 형태에 해당한다. A-구조 및 B-구조는 나선형 결정 구조와 수분 함량이 다른 반면, C-구조는 A-구조 및 B-구조의 단위 셀이 혼합되어 두 형태 사이에 중간 정도의 패킹 밀도를 형성한다.[28]
2. 3. A형, B형, C형 다형체
아밀로스 사슬은 세 가지 주요 형태를 가진다. 무질서한 무정형 입체 구조나 두 가지 다른 나선 형태로 존재할 수 있다. 아밀로스는 이중 나선(A형 또는 B형)으로 스스로 결합하거나 아이오딘, 지방산, 방향족 화합물과 같은 다른 소수성 게스트 분자와 결합할 수 있다. 이것은 V형으로 알려져 있으며, 아밀로펙틴이 아밀로스와 결합하여 녹말을 형성하는 방법이다. 이러한 그룹에는 다양한 변형이 있는데, 각각 V로 표기되고 그 다음에는 1회전당 포도당 단위체의 수를 나타내는 아래 첨자가 표시된다. 가장 흔한 것은 V6 형태로, 1회전에 6개의 포도당 단위체를 가지고 있다. V8 및 V7 형태도 존재한다.[26]이러한 선형 구조는 이면각을 중심으로 약간 회전할 수 있지만, 대부분의 경우 결합된 포도당 고리의 산소는 구조의 한쪽에 존재한다. α(1→4) 구조는 나선 구조의 형성을 촉진하여 한 포도당 분자의 2번 탄소에 결합된 산소 원자와 다음 포도당 분자의 3번 탄소 사이에 수소 결합이 형성되도록 한다.[27]
컴퓨터 기반 구조 분석과 결합된 섬유의 X선 회절 분석으로 아밀로스의 A-, B-, C-다형체를 발견할 수 있었다. 각 형태는 A-, B-, C-녹말 형태에 해당한다. A-구조 및 B-구조는 나선형 결정 구조와 수분 함량이 다른 반면, C-구조는 A-구조 및 B-구조의 단위 셀이 혼합되어 두 형태 사이에 중간 정도의 패킹 밀도를 형성한다.[28]
3. 물리적 특성
아밀로스는 긴 선형 사슬을 가지고 있어 아밀로펙틴보다 결정화되기 쉽다. 아밀로스는 아밀로펙틴의 결정성을 감소시키고 물이 녹말 속으로 침투하는 것을 어렵게 만든다.[6] 아밀로스 함량이 높을수록 팽창 가능성이 적고 겔 강도가 낮아지는데, 이는 입자 크기를 늘려 부분적으로 대응할 수 있다.[11][12]
분자량은 5×105~2×106 정도(글루코스 잔기로 3,000~12,000 정도)로 아밀로펙틴보다 작다. 요오드-녹말 반응에서 청자색을 나타낸다. 아밀로스와 아밀로펙틴의 비율에 따라 곡물의 끈기가 달라지는데, 아밀로스 비율이 낮을수록 끈기가 강해진다. 끈기가 강한 것은 "찹쌀", 끈기가 약한 것은 "멥쌀"로 구분된다.
3. 1. 소화 저항성
아밀로스의 긴 선형 사슬은 아밀로펙틴(짧고 고도로 분지된 사슬을 가짐)보다 쉽게 결정화되기 때문에 아밀로스 함량이 높은 녹말은 소화에 보다 더 저항성이 있다.[29] 아밀로펙틴과 달리 아밀로스는 찬물에 용해되지 않는다.[30][31] 또한 아밀로스는 아밀로펙틴의 결정성을 감소시키고, 물이 녹말 속으로 침투하는 정도도 감소시킨다.[27] 아밀로스의 함량이 높을수록, 동일한 녹말 농도에서 팽창 가능성이 적고 겔의 강도가 낮아진다. 이것은 과립의 크기를 늘림으로써 부분적으로 대응할 수 있다.[32][33]3. 2. 용해도
아밀로펙틴과 달리 아밀로스는 찬물에는 녹지 않는다.[30][31] 또한 아밀로스는 아밀로펙틴의 결정성을 감소시키고, 물이 녹말 속으로 침투하는 정도도 감소시킨다.[27] 아밀로스 함량이 높을수록, 동일한 녹말 농도에서 팽창 가능성이 적고 겔의 강도가 낮아진다. 이것은 과립의 크기를 늘림으로써 부분적으로 대응할 수 있다.[32][33]3. 3. 겔 형성
아밀로스의 긴 선형 사슬은 아밀로펙틴(짧고 고도로 분지된 사슬을 가짐)보다 쉽게 결정화되기 때문에 아밀로스 함량이 높은 녹말은 소화에 보다 더 저항성이 있다.[29] 아밀로펙틴과 달리 아밀로스는 찬물에 용해되지 않는다.[30][31] 또한 아밀로스는 아밀로펙틴의 결정성을 감소시키고, 물이 녹말 속으로 침투하는 정도도 감소시킨다.[27] 아밀로스의 함량이 높을수록, 동일한 녹말 농도에서 팽창 가능성이 적고 겔의 강도가 낮아진다. 이것은 과립의 크기를 늘림으로써 부분적으로 대응할 수 있다.[32][33]4. 기능
아밀로스는 식물의 에너지 저장, 소화, 식품 및 산업 응용, 실험실 마커 등 다양한 기능을 수행한다.
아밀로스는 실험실 환경에서 마커 역할을 할 수 있다. 아이오딘 분자는 아밀로스의 나선 구조 내부에 결합하여 특정 파장의 빛을 흡수한다. 따라서 녹말에 대한 아이오딘 검사를 통해 아밀로스의 존재 여부를 확인할 수 있다. 소량의 노란색 아이오딘 용액을 녹말과 섞으면 아밀로스가 존재할 경우 청흑색이 나타난다. 이 색의 강도는 색도계를 사용하여 측정할 수 있으며, 이를 통해 용액에 존재하는 녹말의 농도를 파악할 수 있다. 아이오딘 환원 반응을 이용하는 적정에서 녹말을 지시약으로 사용할 수도 있다.[39] 또한 아밀로스는 말토스 결합 단백질을 분리하기 위한 아밀로스 자기 비드 및 수지에도 사용된다.[40]
4. 1. 에너지 저장
아밀로스는 식물에서 에너지 저장에 중요한 역할을 한다. 아밀로스는 아밀로펙틴에 비해 쉽게 분해되지 않지만, 나선 구조로 인해 아밀로펙틴보다 공간을 덜 차지한다. 따라서 아밀로스는 식물에서 에너지 저장용으로 선호되는 녹말이다. 식물에 저장된 녹말에서 아밀로스가 차지하는 비율은 식물 종에 따라 다르지만, 일반적으로 약 30%를 차지한다.[34]소화 효소인 α-아밀레이스는 녹말 분자를 말토트라이오스와 말토스로 분해하여 에너지원으로 사용할 수 있게 한다.
4. 2. 소화 효소 분해
소화 효소인 α-아밀레이스는 녹말 분자를 말토트라이오스와 말토스로 분해하여 에너지원으로 사용할 수 있게 한다.[34]4. 3. 증점제, 물 결합제, 유화 안정제, 겔화제
아밀로스는 산업 및 식품 관련 분야에서 중요한 증점제, 물 결합제, 유화 안정제, 겔화제이다. 느슨한 나선 형태의 아밀로스 사슬은 지질과 방향족 화합물과 같은 소수성 분자에 결합할 수 있는 소수성 내부를 가지고 있다. 하지만 아밀로스가 결정화되거나 결합될 때 약간의 안정성을 잃을 수 있고, 종종 그 과정에서 물을 방출하는 시너레시스 현상이 나타날 수 있다.[35] 아밀로스의 농도가 증가하면 겔의 끈적임은 감소하지만, 겔의 경도는 증가한다. 아밀로펙틴을 포함한 다른 물질이 아밀로스에 결합하면 점성에 영향을 미칠 수 있지만, κ-카라기난, 알긴산, 잔탄검, 또는 저분자량의 당을 첨가하면 안정성 손실을 줄일 수 있다.[35] 물과 결합하는 능력은 음식물에 첨가하여 지방을 대체하는 데 사용될 수 있다.[35] 예를 들어 아밀로스는 화이트 소스를 걸쭉하게 만드는 원인이지만, 식으면 고체와 물 사이에 약간의 분리가 일어난다. 아밀로스는 우수한 필름 형성 특성으로 유명하며, 식품 포장에서 잠재적인 중요성을 지니고 있다. 아밀로스의 우수한 필름 형성 능력은 1950년대에 이미 연구되었다.[36] 아밀로스 필름은 아밀로펙틴 필름과 비교했을 때 장벽 특성[37]과 기계적 특성 모두에서 더 우수하다.[38]4. 4. 식품 및 산업 응용
아밀로스는 식물에서 에너지 저장에 중요한 역할을 한다. 아밀로스는 아밀로펙틴에 비해 쉽게 분해되지 않지만, 나선 구조로 인해 공간을 덜 차지한다. 따라서 식물은 에너지를 저장할 때 아밀로스 형태를 선호한다. 일반적으로 식물에 저장된 녹말의 약 30%를 아밀로스가 차지한다.[34]소화 효소인 α-아밀레이스는 녹말 분자를 말토트라이오스와 말토스로 분해하여 에너지원으로 사용할 수 있게 한다.
아밀로스는 증점제, 물 결합제, 유화 안정제, 겔화제 등의 특성을 지녀 식품 및 산업 분야에서 널리 활용된다. 느슨한 나선 형태의 아밀로스 사슬은 소수성 내부를 가지고 있어 지질 및 방향족 화합물과 같은 소수성 분자와 결합할 수 있다. 하지만 아밀로스가 결정화되거나 결합될 때 안정성을 잃고 물을 방출하는 시너레시스 현상이 발생할 수 있다. 아밀로스 농도가 증가하면 겔의 끈적임은 감소하지만, 경도는 증가한다. 아밀로펙틴, κ-카라기난, 알긴산, 잔탄검, 저분자량 당 등을 첨가하면 안정성 손실을 줄일 수 있다. 아밀로스는 물과 결합하는 능력이 있어 지방 대체제로 사용될 수 있다.[35] 예를 들어, 아밀로스는 화이트 소스를 걸쭉하게 만들지만, 식으면 고체와 물이 분리되는 현상이 나타난다. 아밀로스는 필름 형성 능력이 우수하여 식품 포장재로 활용될 가능성이 크다. 1950년대부터 아밀로스 필름의 우수한 특성에 대한 연구가 진행되었으며,[36] 아밀로스 필름은 아밀로펙틴 필름보다 장벽 특성[37]과 기계적 특성이 모두 우수하다.[38]
실험실에서 아밀로스는 마커 역할을 할 수 있다. 아이오딘 분자는 아밀로스의 나선 구조 내부에 결합하여 특정 파장의 빛을 흡수한다. 이러한 성질을 이용하여 녹말에 대한 아이오딘 검사를 할 수 있다. 노란색 아이오딘 용액과 녹말을 섞으면 아밀로스가 존재할 경우 청흑색이 나타난다. 색의 강도는 색도계를 사용하여 측정할 수 있으며, 용액에 존재하는 녹말의 농도를 파악할 수 있다. 아이오딘 환원 반응을 이용한 적정에서 녹말을 지시약으로 사용할 수도 있다.[39] 또한, 아밀로스는 말토스 결합 단백질을 분리하는 데 사용되는 아밀로스 자기 비드 및 수지의 구성 성분이다.[40]
5. 요오드-전분 반응
아이오딘 분자는 아밀로스의 나선 구조 내부에 깔끔하게 들어가, 알려진 특정 파장의 빛을 흡수하는 녹말 중합체와 결합한다. 따라서 일반적인 검사는 녹말에 대한 아이오딘 검사이다. 소량의 노란색 아이오딘 용액과 녹말을 섞으면, 아밀로스가 존재할 때 청흑색이 관찰된다. 색의 강도는 용액에 존재하는 녹말의 농도를 식별하기 위해 빨간색 필터를 사용하여 색도계로 측정할 수 있다. 아이오딘의 감소를 포함하는 적정의 지표로 녹말을 사용하는 것도 가능하다.[39] 또한 아밀로스는 말토스 결합 단백질을 분리하기 위해 아밀로스 자기 비드 및 수지에 사용된다.[40]
- 요오드-전분 반응에서의 발색은 청자색이다.
6. 쌀의 품종과 아밀로스 함량
아밀로스 함량이 높은 쌀은 끈적이지 않는 긴 낟알 모양을 가지며, 혈당 부하가 낮아 당뇨병 환자에게 유익하다.[41][20]
곡물의 끈기는 아밀로스와 아밀로펙틴의 비율에 따라 달라진다. 아밀로스 비율이 낮고 아밀로펙틴 비율이 높을수록 끈기가 강해진다. 끈기가 강한 쌀은 찹쌀로, 끈기가 약한 쌀은 멥쌀로 구분된다.
7. 최근 연구
연구자들은 식물의 녹말 생합성 과정에서 아밀로스를 특이적으로 증가시키는 효소로 과립 결합 녹말 합성 효소(GBSS)를 확인했다.[42] 옥수수의 밀랍 유전자좌는 GBSS 단백질을 암호화한다.[42] GBSS 단백질이 결핍된 돌연변이는 찰옥수수처럼 아밀로펙틴만 함유한 녹말을 생산한다. 애기장대 잎에는 아밀로스 합성을 위해 GBSS 외에 PTST(Protein Targeting to STarch) 단백질을 암호화하는 또 다른 유전자가 필요하다. 이 단백질이 부족한 돌연변이는 아밀로스 없이 녹말을 생산한다.[43] 바스프 플랜트 사이언스(BASF Plant Science)의 유전자 변형 감자 품종인 암플로라(Amflora)는 아밀로스를 생산하지 않도록 개발되었다.
고아밀로스 품종의 쌀, 덜 끈적이는 장립종 쌀은 훨씬 낮은 혈당 부하를 가지며, 이는 당뇨병 환자에게 유익할 수 있다.[41]
참조
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a visualisation with references to the literature is found here
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Relationships between thermal, rheological characteristics and swelling power for various starches
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