자연에 존재하는 색, 카로티노이드 • 플라보노이드 • 탄닌

카로티노이드계 색소

카로티노이드계 색소는 동 · 식물성 식품 중에 널리 존재하는 황색 · 오렌지색 · 적색의 지용성 색소로, 배당체나 에스테르 형태 또는 단백질과 결합한 형태로 존재한다. 식물이나 미생물은 카로티노이드계 색소를 합성할 수 있지만 동물성 식품 속의 카로티노이드 색소는 먹이에서 기인한 것이다. 카로티노이드의 색은 클로로필과 공존하는 경우 그 녹색에 가려 나타나지 않지만, 클로로필이 분해되면 나타난다.

 

• 분류

카로티노이드는 이오논핵과 여러 개의 이중결합을 가지고 있는데 이것을 카로틴류와 잔토필류로 나눈다. 카로티노이드는 이소프렌 구성단위 가 8개 결합하여 형성된 테트라터펜(tetraterpene) 구조를 가지고 있으며 보통 7개 이상의 공핵 이중결합이 있어서 이 결합들이 카로티노이드 색의 원인이 된다. 카로틴류는 이소프렌의 축합체인 탄화수소이고, 잔토필류는 수산기, 카르보닐기 등을 갖는 카로틴의 산화유도체이다. 

 

 CH₂    

    │            

CH₂ ＝ C －CH = CH₂

 

<이소프렌 구성단위>

 

 

• 카로틴계

카로틴계 색소는 석유 에테르에는 녹으나 알코올에는 잘 녹지 않으며, α-카로틴, β-카로틴, 리코펜 등이 있다. α-, β-, γ-카로틴은 체내에서 분해되어 비타민 A의 효과를 내는 프로비타민 A이다.

- α-카로틴 : 보통 β-카로틴, γ-카로틴과 함께 존재한다. 고추와 당근에 들어있으며 α-이오논환과 β-이오논환을 갖고 있다. α-카로틴 한 분자가 분해되면 β-이오논환을 갖고 있는 비타민 A를 한 분자 형성한다.

- β- 카로틴 : 채소류에 널리 분포하며 구조적으로 보면 체내에서 두 분자의 비타민 A가 될 수 있는 프로비타민A이다. 그래서 효력이 가장 크지만 공기 중에 쉽게 산화되며, 산화 후 비타민의 효력도 상실한다.

- γ- 카로틴 : 당근을 비롯한 채소류나 감귤류를 비롯한 과일에 분포되어 있다.

- 리코펜(라이코펜) : 토마토 빨간색의 주요 카로티노이드로 다른 카로틴류와 함께 오렌지 등의 과일이나 일부 채소에 분포되어 있다.

 

• 잔토필계

잔토필계 색소는 알코올에는 녹으나 석유 에테르에는 녹지 않으며, 카로틴계 색소의 산화유도체이다.

-캡산틴 : 고추, 파프리카에 있으며 구조적으로 비타민 A가 될 수 없다.

- 크립토잔틴 : 오렌지, 감, 딸기, 앵두, 노란 옥수수 등에 있으며 프로비타민 A이다.

- 루테인 : 밀, 고추, 일부 해조류의 녹색 잎에 함유되어 있다.

 

• 성질

카로티노이드계 색은 물에는 녹지 않지만 기름에 녹고, 열에 비교적 안정하며 약산과 약알칼리에는 파괴되지 않으므로 조리 과정 중에 손실은 거의 없으나 공기 중의 산소나 산화효소, 햇빛 등의 산화에는 매우 약하다. 카로티노이드 함유식품을 가열하면 카로티노이드는 변화하여 프로비타민 A로서의 효력이 없어진다. 자연계에 존재하는 대부분이 트랜스형으로 존재하지만 가열, 산, 광선의 조사 등에 의해 이중결합의 일부가 시스형으로 이성화되는 경우가 있다. 효소의 불활성화, 산소의 차단, 건조 전 고분자문질로 피막화시키는 방법으로 카로티노이드계 색소의 변색을 방지할 수 있다.

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플라보노이드계 색소

넓은 의미의 플라보노이드계 색소는 디페닐프로판을 기본 골격으로 하는 페놀류를 말하며, 백색의 안토잔틴, 적색의 안토시아닌 그리고 떫은 맛을 내는 저분자의 탄닌인 카테킨 및 류코안토시안 등이 있다. 이들 모두 2개의 벤젠핵이 3개의 탄소로 연결된 C6－C₃－C6의 탄소골격을 기본구조로 하는 것으로 식물계에 널리 존재하는 수용성 색소로서 액포 중에 유리상태 또는 배당체로 존재한다.

 

• 안토잔틴

안토잔틴은 채소, 과일에 널리 분포되어 있는 담황색 내지 황색의 색소이다. 식물체에서 유리상태(아글리콘)로 존재하나 대부분은 당류와 결합된 배당체(glycoside)로 존재한다. 안토잔틴은 구조에 따라 플라본, 플라보놀, 플라바논, 이소플라본 등이 존재한다.

 

플라본 : 벤조피렌의 2 위치에 페닐 기를 가진 2 - 페닐벤조피렌

플라보놀 : 플라본의 3 위치의 수소가 OH로 치환된 것(무색)

플라바논 : 2, 3의 이중결합이 포화상태인 구조(무색)

이소플라본 : 벤조피렌의 3 위치에 페닐 기를 가진 3 - 페닐벤조피렌

 

안토잔틴은 물에 잘 녹고, 산에는 안정하나 알칼리와 산화에는 불안정하다. 약산성에서는 무색이고, 무기염류가 많은 경수로 가열하거나 알칼리성에서 가열하면 황색을 띠며, 산화하면 갈색이 된다. 밀가루에 중탄산나트륨(식소다)을 첨가하여 빵이나 튀김 옷을 만들면 황색이 되고, 양배추, 흰 양파, 흰 감자, 고구마, 콩 등을 경수로 끓일 때 황색이 짙어지는 것은 안토잔틴 화합물에 기인한 것이다. 일반적으로 안토잔틴을 함유한 식품은 가열하면 가수분해되어 노란 색깔이 더 짙어진다. 안토잔틴은 주석과 결합하여 복합체를 형성하지만 뚜렷한 색의 변화는 없다. 철과 결합하면 처음에는 녹색으로 착색되지만 곧 갈색으로 변한다. 대표적인 안토잔틴류 중 헤스페리딘은 감귤류의 과즙에 많이 존재하며 분해되면 아글리콘인 헤스페리틴과 로티노오스가 생성된다. 헤스페리딘, 루틴, 퀘르세틴은 정상적인 모세혈관의 투과성을 유지하는 데 필요한 물질로 비타민 P로도 불린다.

 

• 안토시아닌

안토시아닌은 과일이나 채소 등에 존재하는 선명한 적색, 자색 또는 청색의 색깔을 가진 수용성 색소로 화청소라고도 하며, 넓은 의미로 플라보노이드 색소에 속한다. 안토시아닌계 색소도 대부분 당과 결합한 배당체로 존재하는데 비당 부분(아글리콘)을 안토시아니딘이라 하며, 안토시아닌과 안토시아니딘을 일반적으로 안토시안이라고 부른다. 안토시아니딘은 플라빌리움 화합물로 분자 중 1번 위치의 산소가 3가로 되어 있다. 산소가 갖는 2개의 비공유 전자쌍의 하나에서 전자 하나가 C2와 공유결합을 하므로 (+) 전하를 가진 옥소니움 화합물을 이루고 있다.

 

- 펠라고니딘계 : 안토시아니딘의 기본구조에서 2의 위치에 있는 페닐기에 OH기가 한 개 있는 구조. 적색.

- 시아니딘계 : 안토시아니딘의 기본구조에서 2의 위치에 있는 페닐기에 OH기가 두 개 있는 구조. 붉은색을 띤 청색

- 델피니딘계 : 안토시아니딘의 기본구조에서 2위 위치에 있는 페닐기에 ㅇOH기가 세 개 있는 구조. 청색

 

• 안토시아닌 색소에 영향을 미치는 요인들

- pH

안토시아닌은 산성에서는 양이온, 알칼리성에서는 음이온으로 존재하는 양성물질(amphoteric substance)이며 pH에 따라 산성에서는 적색이 되고, 중성에서는 자색이 되며, 알칼리성에서는 청색이 된다. 블루멜로우 티에 레몬즙이 섞이면 보라색~분홍색으로 변하는 것과 관련 있다. 블루멜로우와 비슷한 버터플라이 피는 자궁 수축 같은 부작용도 있고, 식약처 등록도 되어 있지 않은 불법이니까 색 변화를 즐기고 싶다면 블루멜로우를 사용해 보자.

 

- 금속

안토시아닌 색소는 철과 반응하면 고운 청색이 되는데, 가지를 염장할 때 그 속에 쇳조각을 넣어두면 가지가 고운 청색이 된다.

 

- 산소

산소가 없는 상태에서 안토시아닌이나 안토시아니딘의 안정성은 증가하나 산화되면 갈변한다. 가지절임의 갈변은 과피의 자색색소인 나수닌이 폴리페놀옥시다아제에 의해 산화되어 생성된 O－퀴논이 서로 중합하여 갈색색소를 만들기 때문이다.

 

- 효소

안토시나아제는 안토시아닌을 분해하여 케톤형의 카비놀을 만드므로, 안토시아닌의 함량을 감소시켜 퇴색된다.

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탄닌

탄닌은 수렴성이 있고 떫은맛을 가진 비교적 고분자 성분을 말하지만 보통 떫은맛이 없는 저분자의 것도 포함하여 무색의 폴리페놀 성분을 총칭한다. 카테킨류, 류코안토시안류, 클로로젠산 등이 있으며 기본 구조는 플라보노이드와 같다. 탄닌은 원래 무색이나 공기, 금속이온 또는 산화효소 작용으로 짙은 갈색, 흑색 또는 홍색으로 변화하는 불안정한 물질로 식품의 색깔에 중요한 역할을 한다. 밤을 깎아서 방치하면 공기 중의 산소와 만나 산화되어 갈색으로 변하는 것이 탄닌 때문이다.

 

• 카테킨류

;카테킨류에는 카테킨과 갈로카테킨이 있지만 과일, 채소에는 카테킨이 대부분이다. 찻잎에는 카테킨갈레이트와 갈로카테킨 갈레이트가 존재하며, 에피갈로 카테킨갈레이트(EGCG)의 함량이 높다. 카테킨이나 갈로카테킨 모두 떫은맛은 없고 쓴맛을 띠지만 이들의 갈레이트는 떫은맛이 있다. 카테킨류는 무색이지만 폴리페놀옥시다아제에 의해 쉽게 산화하여 갈변한다. 홍차는 발효과정에서 카테킨과 갈로카테킨이 폴리페놀옥시다아제의 작용으로 결합해 테아플라빈 색소가 생성된 것이다. 녹차 <우롱차 <홍차 순으로 갈변이 많이 된 것.

 

• 류코안토시안류

플라반 －3,4－디올의 구조를 가지는 류코안토시아니딘을 함유하는 과일의 통조림 등에서 적변현상이 나타나는데, 이것은 류코시아니딘을 낮은 pH에서 장시간 가열하면 시아니딘이 생성되기 때문이다.

 

• 클로로젠산 및 폴리페놀류

클로로젠산과 네오클로로젠산은 커피콩, 감자, 사과, 포도 등 채소, 과일에 존재하여 효소적 갈변의 기질이 된다.

 

• 탄닌의 성질

- 산화 : 탄닌은 수렴작용이 있어 떫은맛을 주고 쓴맛도 있다. 공기 중에 쉽게 산화, 중화되어 흑갈색의 중합체를 형성하는데, 과일이 익으면 산화되어 안토시아닌 또는 안토잔틴으로 전환, 중합되어 불용성물질로 변하면서 떫은맛과 수렴성이 소실된다.

 

- 단백질과 반응 : 탄닌은 단백질과 결합하면 침전된다. 예를 들어 맥주의 원료인 호프나 보리 속의 루코안토시아닌이 보리의 글로불린 단백질과 결합하여 금속이온을 흡착, 불용성의 침전을 만들어 맥주 혼탁의 원인이 된다. 과즙이나 과실주에서도 일어나는 현상이다.

 

- 금속과 반응 : 탄닌은 금속과 복합염을 형성하여 회색, 갈색, 적색, 청록색을 나타낸다. 떫은 감을 철제 칼로 깎으면 암갈색으로 변하는데, 이것은 탄닌이 철과 반응하기 때문이며, 차를 끓일 때 경수를 쓰면 경수 중의 칼슘 이온과 마그네슘 이온이 탄닌과 결합해 적갈색의 침전을 형성한다.