펙틴

3. 화학적 구조

펙틴은 갈락투론산이 풍부한 다당류로, 여러 구조적 도메인으로 구성된다. 주요 구조에는 호모갈락투로난 (Homogalacturonan, HG), 람노갈락투로난-I (Rhamnogalacturonan-I, RG-I), 람노갈락투로난-II (Rhamnogalacturonan-II, RG-II) 등이 있다.

분리된 펙틴의 분자량은 공급원과 분리 방법에 따라 크게 다르다.^[20] 사과 찌꺼기의 경우 28 kDa에서 고구마 껍질의 경우 753 kDa까지 보고되었다.^[21][22]

자연 상태에서 갈락투론산 카르복실기의 약 80%는 메탄올과 에스테르화된다.^[23] 이 비율은 펙틴 추출 과정에서 다양한 정도로 감소한다. 펙틴은 전체 갈락투론산의 절반 이상이 에스테르화되어 있는지에 따라 고메톡실 펙틴(HM-펙틴) 또는 저메톡실 펙틴(LM-펙틴)으로 분류된다.^[23] 에스테르화 정도는 식품 응용 분야에서 펙틴의 겔 형성 특성을 결정한다.

고메톡실 펙틴은 60% 이상의 가용성 고형분 함량과 2.8~3.6 사이의 pH 값에서 수소 결합과 소수성 상호작용으로 펙틴 사슬을 결합하여 겔을 형성한다. 저메톡실 펙틴은 Ca²⁺과 같은 이가 양이온과 상호 작용하여 겔을 형성하며, 이때 칼슘 이온과 갈락투론산의 이온화된 카르복실기 사이에 이온 다리가 형성되는 '계란 상자' 모델이 적용된다.^[24][25][23]

비에스테르화 갈락투론산 단위는 자유산(카르복실기) 또는 나트륨, 칼륨, 칼슘과의 염일 수 있다. 부분적으로 에스테르화된 펙틴의 염은 펙티네이트, 에스테르화 정도가 5% 미만이면 펙테이트, 불용성 산 형태는 펙틴산이라고 한다.

사탕무, 감자, 배와 같은 일부 식물은 메틸 에스테르 외에 아세틸화된 갈락투론산을 함유한 펙틴을 포함한다. 아세틸화는 겔 형성을 방지하지만 펙틴의 안정화 및 유화 효과를 증가시킨다.

아미드 펙틴은 펙틴의 변형된 형태로, 갈락투론산의 일부가 암모니아로 카르복실산 아미드로 전환된 것이다. 이러한 펙틴은 다양한 칼슘 농도에 더 강하다.^[26] 티올화 펙틴은 이황화물 결합 형성을 통해 가교 결합하여 겔화 특성이 향상된다.^[27][28][29]

펙틴 겔을 준비하려면 성분을 가열하여 펙틴을 녹인 후 겔화 온도 이하로 냉각한다. 겔 형성이 너무 강하면 시네레시스 또는 과립 질감이 발생하고, 약한 겔화는 과도하게 부드러운 겔로 이어진다.

아미드 펙틴은 저에스테르 펙틴처럼 동작하지만 칼슘이 덜 필요하고 과도한 칼슘에 더 강하다. 또한 아미드 펙틴의 겔은 가역적이다.

고에스테르 펙틴은 저에스테르 펙틴보다 높은 온도에서 응고된다. 에스테르화 정도가 감소함에 따라 칼슘과의 겔화 반응이 증가하며, 낮은 pH 값 또는 높은 가용성 고형분(일반적으로 설탕)은 겔화 속도를 증가시킨다.

3. 1. 호모갈락투로난 (Homogalacturonan, HG)

3. 2. 람노갈락투로난-I (Rhamnogalacturonan-I, RG-I)

3. 3. 람노갈락투로난-II (Rhamnogalacturonan-II, RG-II)

4. 생물학적 역할

펙틴은 식물 세포를 서로 결합시키는 중간층의 주요 구성 성분이다.^[6] 골지체에서 생성된 소포체를 통해 세포벽으로 엑소사이토시스(세포외분비)에 의해 침착된다.^[6] 1차 세포벽의 확장과 식물 성장에 중요한 역할을 하는 다당류이다.^[7] 과일이 익는 동안 펙틴은 효소인 펙티나아제와 펙틴에스테라아제에 의해 분해되어 중간층이 파괴되고 세포가 서로 분리되면서 과일이 부드러워진다.^[8] 이와 비슷한 세포 분리 과정은 낙엽수의 잎이 떨어질 때 잎자루의 낙엽층에서도 일어난다.

펙틴은 사람이 섭취하는 음식의 자연스러운 일부이지만, 영양에 큰 영향을 주지는 않는다. 과일과 채소를 통해 섭취하는 펙틴의 하루 섭취량은 대략 5g 정도로 추정할 수 있다.

인간의 소화 과정에서 펙틴은 위장관에서 콜레스테롤과 결합하여 흡수를 늦추는 역할을 한다. 이러한 이유로 펙틴은 수용성 식이 섬유로 분류된다. 비만하지 않은 당뇨병 (NOD) 마우스를 대상으로 한 연구에서는 펙틴이 자가 면역 1형 당뇨병의 발생률을 높이는 것으로 나타났다.^[9]

펙틴 섭취는 혈중 LDL 콜레스테롤 수치를 약간(3–7%) 낮추는 효과가 있다.^[13] 이러한 효과는 펙틴의 종류에 따라 다른데, 사과 및 감귤류 펙틴이 오렌지 펄프 섬유 펙틴보다 더 효과적이었다.^[13] 이는 장관의 점도가 증가하여 담즙이나 음식으로부터 콜레스테롤 흡수가 감소하기 때문이다.^[14] 대장에서는 미생물이 펙틴을 분해하여 프리바이오틱 효과가 있는 단쇄 지방산을 방출한다.^[15]

중금속 중독 치료에 펙틴이 사용된 사례가 있으며, 과학적인 검증도 진행 중이다.^[52][53]

일부 식물 씨앗의 DNA 복구에 펙틴이 관여한다는 연구 결과도 있다.^[11] 펙틴이 풍부한 표면은 이슬을 유지하여 세포가 DNA를 복구하는 데 도움을 주는 점액층을 생성한다.^[12]

5. 생산 및 추출

펙틴 생산의 주요 원료는 감귤류 껍질 또는 사과 찌꺼기이며, 이들은 모두 주스 생산 과정에서 나오는 부산물이다. 설탕무 찌꺼기도 일부 사용된다.

펙틴은 이러한 재료에 pH 1.5 ~ 3.5의 뜨거운 묽은 산을 첨가하여 추출한다. 몇 시간 동안 추출하는 과정에서 원펙틴은 가지와 사슬 길이가 일부 손실되며 용액으로 녹아 들어간다. 이후 여과를 거쳐 추출물을 진공 상태에서 농축하고, 에탄올 또는 이소프로판올을 첨가하여 침전시킨다. 과거에는 알루미늄 염을 이용해 펙틴을 침전시키는 방법을 사용했으나, 현재는 사용하지 않는다.^[31]

알코올 침전된 펙틴은 분리, 세척, 건조 과정을 거친다. 초기 펙틴을 묽은 산으로 처리하면 저에스테르화 펙틴이 만들어진다. 이 과정에서 수산화 암모늄(NH₃(aq))을 사용하면 아미드화 펙틴을 얻을 수 있다. 건조 및 분쇄 후, 펙틴은 일반적으로 설탕, 때로는 칼슘 염이나 유기산을 첨가하여 특정 용도에 맞게 성능을 표준화한다.^[31]

6. 종류 및 용도

펙틴은 에스테르화 정도 및 아미드화 정도에 따라 다양한 종류로 나뉜다. 펙틴 분자 내 카르복실 그룹이 메탄올과 에스테르화된 정도에 따라 "고메톡실"과 "저메톡실" 펙틴으로 구분된다.^[33][34][35]

(하위 섹션 "고메톡실 펙틴", "저메톡실 펙틴"에서 각각 상세하게 설명)

펙틴은 식품, 의약품, 화장품 등 다양한 분야에서 활용된다.

(하위 섹션 "기타 용도"에서 상세하게 설명)

6. 1. 고메톡실 펙틴 (High-Methoxyl Pectin, HM Pectin)

6. 2. 저메톡실 펙틴 (Low-Methoxyl Pectin, LM Pectin)

6. 3. 기타 용도

7. 법적 규제 현황

식품 첨가물에 관한 FAO/WHO 합동 전문가 위원회 보고서와 유럽 연합에서는 펙틴이 안전하다고 간주하여 1일 섭취 허용량(ADI)을 설정하지 않았다.^[1]

유럽 연합(EU)은 E440(i)(비아미드 펙틴) 및 E440(ii)(아미드 펙틴) 두 가지 유형의 펙틴에 대해 일일 섭취 제한을 설정하지 않았다.^[1] EU 위원회 규정 (EU)/231/2012에서 이러한 첨가물에 대한 순도 표준을 설정했으며,^[1] 펙틴은 "quantum satis"(필요에 따라) 개념으로 대부분의 식품 범주에서 사용할 수 있다.^[1] 유럽 식품 안전청(EFSA)은 2017년에 펙틴 E440(i) 및 아미드 펙틴 E440(ii)에 대한 재평가를 실시하여, 일반 인구에게 안전 문제를 제기하지 않으며 1일 섭취 허용량(ADI)에 대한 수치 값을 설정할 필요가 없다고 결론 내렸다.^[1]

미국에서 펙틴은 인체 섭취에 일반적으로 안전하다고 인정된다.^[2]

국제 식품 첨가물 번호 시스템(INS)에서 펙틴은 번호 440을 갖는다.^[3] 유럽에서는 비아미드 펙틴의 경우 E 넘버 E440(i)로, 아미드 펙틴의 경우 E440(ii)로 구분된다.^[3] 품질을 정의하고 사용을 규제하는 모든 국가 및 국제 법규에 사양이 있다.^[3]

8. 역사

펙틴은 1825년 앙리 브라코노에 의해 처음 분리되고 기술되었지만, 잼과 마멀레이드를 만드는 작용은 훨씬 이전부터 알려져 있었다.^[50] 펙틴 함량이 적거나 품질이 좋지 않은 과일로 잼을 잘 만들려면 펙틴이 풍부한 과일이나 그 추출물을 섞었다.

산업 혁명 동안, 과일 보존 식품 제조업자들은 사과 주스 생산자들에게서 펙틴 추출에 쓰이는, 요리 후 건조시킨 사과 사과박을 얻었다. 이후 1920년대와 1930년대에는 미국과 유럽에서 사과 주스를 생산하는 지역에 건조 사과박, 나중에는 감귤 껍질에서 펙틴을 상업적으로 추출하는 공장이 건설되었다.

펙틴은 처음에는 액체 추출물로 판매되었지만, 현재는 액체보다 보관 및 취급이 용이한 건조 분말 형태로 가장 많이 사용된다.^[50]

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