지질(lipids)은 탄수화물, 단백질 등과 같이 식품의 가장 중요한 성분 중 하나로 생체 내 세포막의 구성성분이다. 1g당 0kcal를 내는 에너지 저장체이며, 각종 식품에 풍미를 부여해 준다. 지질은 주로 탄소, 수소, 산소로 이루어져 있고, 그 외에 인, 질소, 황 등을 포함한다. 글리세롤과 지방산의 에스테르인 글리세리드가 주성분이며, 스테롤, 지용성 비타민, 색소, 정유 등도 지질에 포함되지만 글리세리드와는 다른 화학구조를 가진다. 지질은 물에 녹지 않지만 에텔, 클로로포름, 아세톤, 벤젠 등과 같은 유기용매에는 잘 녹는 소수성 물질이다.
상온에서 액체인 것은 유(油, oil), 고체인 것을 지(脂, fat)라고 부르는데, 불포화지방산을 많이 함유하고 있는 것(대부분의 식물성 기름)은 액체 형태고, 포화지방산을 많이 함유하고 있는 것(돼지기름, 쇠기름, 야자유 등)은 대부분 고체 형태다.
지질은 일반적으로 구조와 조성에 따라 크게는 단순지질, 복합지질, 유도지질로 분류한다. 극성에 따라 극성지질, 비극성지질 및 중성지질로 나누거나 비누화 특성에 따라 검화지질, 불검화지질로 나누기도 한다. 이 글에서 다룰 단순지질은 지방산과 알코올이 에스테르 결합을 이루는 중성지질로, 트리글리세리드(트리글리세라이드)가 대표적인 단순지질이고, 지방산과 글리세롤의 에스테르 결합으로 이루어진 글리세리드, 지방산과 고급 1가 알코올의 에스테르 결합으로 이루어진 왁스, 스테롤과 지방산의 에스테르 결합으로 이루어진 스테롤 에스테르가 있으며, 동물 체내 조직의 에너지 저장체로 존재한다.
단순지질은 지방산과 각종 알코올로 이루어진 에스테르의 총칭으로 중성지질, 왁스로 나눌 수 있다. 식품이나 체내 지질의 95%는 중성지질의 형태(= 트리글리세라이드)로 존재하며 자연식품에 가장 풍부하게 함유되어 있고, 유지식품에 많이 쓰인다.
중성지질 triglyceride
중성지질은 1분자의 글리세롤의 수산기(-OH)에 3 분자의 각종 지방산 분자의 카르복실기(-COOH)가 에스테르 결합하면서 3 분자의 물이 빠져나온 것이다. 지방산이 1 분자 결합한 모노글리세리드(monoglyceride), 2 분자가 결합한 디글리세리드(diglyceride), 3 분자가 결합한 트리글리세리드(triglyceride)로 나뉜다. 대부분의 지질은 트리글리세리드의 형태로 존재하며, 3 분자의 지방산 각각의 종류가 다른 혼합 트리글리세리드인 경우가 많다.
- 지방산
식품 중 함유된 지질을 구성하는 지방산은 1개의 카르복실기를 가진 산으로 가지가 없는 직쇄상 구조를 가지며, 자연계에는 탄소수가 대부분 짝수 개라서 약식으론 RCOOH로 표시한다.
- 분류
분자 내 이중결합의 유무에 따라 이중결합이 있으면 불포화지방산(unsaturated fatty acid), 이중결합이 없으면 포화지방산(saturated fatty acid)으로 나눈다. 탄소수가 4~6개면 저급지방산, 8~12개면 중쇄지방산, 14개 이상이면 고급지방산 등으로 나눈다. 영양학적으로는 필수지방산과 비필수지방산으로 나눈다.
①불포화지방산
불포화지방산은 분자 내 한 개 이상의 이중결합을 갖는 지방산으로 대부분의 지방산은 이중결합수가 1~3개이며, 이중결합 수가 4개 이상의 지방산을 고도불포화지방산(poly unsaturated acid, PUFA, 다중불포화지방산)이라고 한다. 콩기름, 미강유, 옥수수유, 채종유 등 식물성 기름에 많이 함유되어 있고, 같은 탄소수의 포화지방산과 비교했을 때 융점이 낮아 상온에서 액상으로 존재한다. 올레산(탄소수 : 이중결합수 = C18:1), 리놀레산(C18:2), 리놀렌산(C18:3)이 동식물에 널리 분포되어 있다. 어유와 고래기름에는 에이코사펜타에노산(EPA, C20:5)과 도코사헥사에노산(DHA, C22:6) 등의 다가 불포화지방산도 많이 함유되어 있다. 불포화지방산의 이중결합 위치는 카르복실기의 탄소를 1번으로 해서 나타내지만 카르복실기의 반대 끝에 있는 메틸기의 탄소를 1번으로 할 때는 ω(오메가)로 이중결합의 위치를 나타낸다. 리놀레산은 ω6(오메가식스)계 지방산이며, 리놀렌산, EPA, DHA 등은 ω3(오메가쓰리)계 지방산이라고 부른다. 불포화지방산은 이중결합이 많을수록 산화되기 쉽고 불안정하며, 어유(ω3)는 매우 산화되기 쉽다. 이중결합의 기하이성질체로 시스(cis)와 트랜스(trans) 지방산이 있으며 천연의 불포화지방산은 대부분 불안정한 시스형이라 잔정한 트랜스형으로 이성화되기 쉽다. 트랜스 지방산(마가린)은 액체유지에 수소를 첨가해 고체지방으로 만드는 경화 과정에서 생성될 수 있고, 대표적으로는 C18 짜리 엘라이드산이다. 필수지방산이 트랜스화되면 필수지방산으로서의 기능을 상실, 다량 섭취하는 경우 유해성이 있어 문제가 되고 있다.
*필수지방산
리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산은 동물의 정신적인 성장과 건강 유지를 위해 꼭 필요하지만 체내에서 합성되지 않거나 합성되는 양이 적어서 식사를 통해 섭취해야 하므로 필수지방산(Essential Fatty Acid, EFA)이라고 불린다. 생체막의 주요 구성성분이되며, 혈중 콜레스테롤 함량을 낮추는 작용도 한다.
② 포화지방산
자연계에 많이 존재하는 포화지방산은 탄소수가 4~30개인 지방산들이지만 식품 중에 가장 많이 함유된 것은 팔미트산(C16), 스테아르산(C18)이다. 주로 버터, 쇠기름, 돼지기름 등 동물성 식품의 유지에 비교적 많이 들어있으며, 야자유와 버터에는 저급지방산이 많고, 탄소수 26개 이상의 지방산은 주로 왁스에 많다. 탄소수가 증가할수록 물에 놓기 어렵고 녹는점도 높아진다.
식품 중 유지의 지방산 조성
동물성 지방은 주로 포화지방산으로 구성되며 팔미트산과 스테아르산의 함량이 높지만, 식물성 유지에는 불포화지방산이 많이 함유되어 있고, 리놀레산과 리놀렌산 함량이 높다. 야자유는 식물성 유지이나 12 또는 14개의 탄소를 지닌 포화지방산이며, 팔미트산과 스테아르산 같은 고급 포화지방산도 많이 함유하고 있다. 융점은 23~26℃로 상온에서 반고체 형태지만 열대지방에서는 액체상태로 존재한다. 우리나라에선 날이 더운 여름날엔 액체로 변해있다가 가을~겨울되면 불투명하게 굳어있다. 야자유에 수소를 첨가해서 경화유로 이용된다. 올리브유는 올레산이 65% 정도 함유되어 있고, 리놀레산은 15% 정도 함유되어 있다. 독특한 풍미가 있어 샐러드 등에 널리 애용된다. 참기름에는 불포화지방산이 많고, 그 풍미 성분인 세사몰(sesamol)은 항산화성이 있어 산패를 방지한다. 어유에는 DHA와 같은 두뇌세포 형성에 중요한 고도 불포화지방산의 함량이 높다. 대부분의 동물성 유지는 비타민A, D와 색소를 함유하고, 식물성 유지는 비타민E, 카로틴을 함유하지만 식용유 정제과정에서 대부분 소실된다.
왁스류 wax
왁스는 고급 지방산과 고급 1가 알코올이 에스테르 결합한 것으로 인체 내에서는 소화되지 않아 영양적 가치는 없다. 주로 광택제나 공업용으로 사용된다. 식물성 왁스는 식물의 잎이나 과일 표피에 존재하며, 식물체의 외피를 보호하고, 미생물 침입을 막고 수분의 증발을 막아준다. 동물성 왁스로는 벌집의 밀랍과 고래기름의 경랍, 양모 중 라놀린 등이 있다.
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