'클로로필'과 '카로티노이드'의 모든 것 - 색소 구조, 화학적 변화, 조리 중 변화, 카로틴과 잔토필

클로로필은 식물성 색소 성분의 대표주자입니다. 클로로필이 금속 이온에 의해 어떤 변화를 보이는지, 그리고 조리 및 가공 중에는 어떤 양상을 보이는지 총 정리해보도록 합니다.
(클로로필의 구조와 산, 알칼리, 클로로필 레이스에 의한 화학적 변화는 이전 포스팅에서 확인하실 수 있습니다!)

[금속이온에 의한 변화]
클로로필은 구리, 철 등의 금속이온과 함께 가열하면 클로로필 속의 마그네슘 이온은 구리, 철 등 금속이온과 치환되어 Cu-클로로필, Fe-클로로필 등이 생성된다. Cu-클로로필은 선명한 청록색을 띠고, Fe-클로로필은 선명한 갈색을 띠며 색은 매우 안전합니다. 채소류의 조리 중 산에 의하여 갈색의 페오피틴으로 변화한 경우에도 구리염을 첨가하면 페오피틴의 수소는 구리와 치환되어 Cu-클로로필의 밝고 짙은 청록색을 유지할 수 있습니다. 예를 들면 완두 등의 통조림에서는 조리과정에서의 퇴색을 억제하기 위해 CuSO4를 첨가하여 녹색을 유지합니다. 또한 클로로필의 마그네슘 이온을 구리 이온이나 철 이온으로 치환한 것을 강한 알칼리(NaOH)로 가수 분해하여 생성된 나트륨염인 sodium copper chlorophyllin 및 sodium iron chlorophyllin은 식품첨가물의 착색료로 사용됩니다.

클로로필이 함유된 식물성 식품을 삶거나 숙성하는 등의 조리, 가공 처리를 하게 되었을 때도 다양한 변화 양상을 보이게 됩니다.

[삶을 때의 변화]
녹색 채소를 삶으면 단백질이나 지단백과 약하게 결합하고 있는 클로로필이 유리되어 진한 녹색이 됩니다. 그러나 오랜 시간 동안 삶게 되면, 채소 조직의 부분적인 파괴로 인해 유리된 클로로필은 세포 내 존재하던 휘발성 또는 비휘발성 유기산에 의해 페오피틴으로 변화합니다. 그러므로 채소를 삶을 때 뚜껑을 열어 유기산에 의해 페오피틴으로 변화합니다. 그러므로 채소를 삶을 때 뚜껑을 열어 유기산을 휘발시키면 페오피틴의 형성을 억제할 수 있습니다. 또한 클로로필의 페오피틴으로의 변화는 60~80℃에서 가장 촉진되고 채소류를 급격히 고온으로 가열하는 경우가 동일 온도로 서서히 가열하는 경우보다 클로로필의 분해가 적습니다. 따라서 채소를 100℃에서 짧은 시간 가열하는 것이 클로로필의 색소를 유지하는 데 효과적입니다.

[김치류에서의 변화]
김치류의 녹엽이나 오이김치의 색이 퇴색하는 것은 발효에 의해서 생긴 초산, 유산 등이 클로로필에 작용하여 페오피틴이나 피 오포 바이 들어가 형성되기 때문입니다. 오이지를 담글 때 놋그릇을 닦은 수세미를 넣으면 오이가 녹색을 유지하는 것은 구리에 의해 클로로필이 안정화되기 때문입니다.

[과일류의 성숙, 저장 중의 변화]
대부분의 과일류는 성숙함에 따라 녹색이 감퇴하여 과일 특유의 색을 나타내며 저온에서 저장할 경우 클로로필의 소실이 억제됩니다. 또한 CO2를 처리하면 농도에 따라 다르지만 대체로 녹색을 유지할 수 있습니다. 과일류의 저장 중 생성되는 에틸렌(ethylene)은 클로로필을 분해하거나 감소시키지만 색소를 그대로 남기는 성질이 있습니다.

2. 카로티노이드(carotenoids)
카로티노이드란 황색, 오렌지색, 황적색의 색깔을 가지며 물에 녹지 않지만 또는 유기용매에 잘 녹고 구조가 비슷한 지용성 색소 군을 총칭하며, 당근(carrot)에서 얻어진 색소라고 하여 carotene 또는 carotenoids라고 명명하게 되었습니다. 

- 카로티노이드의 구조
카로티노이드는 식물체에서 녹엽의 엽록체(chloroplast) 속의 클로로필과 함께 존재하기도 하며 색소체(plastid) 속에 존재하기도 합니다. 또한 동물 조직의 원형질 속에 결정으로 존재하는 경우도 있습니다. 카로티노이드의 분자구조는 isoprene(CH2=C(CH3)-CH=CH2) 골격으로 이루어져 있으며 분자 내에 많은 공액 이중결합(conjugated double bonds)을 가지고 있어 polyene 색소라고도 합니다. 카로티노이드와 같은 불포화 탄화수소는 매우 많은 CIS-trans의 기하 이성질체가 존재하지만 존재하는 카로티노이드는 대부분 trans 형입니다.

- 카로티노이드의 분류
카로티노이드는 산소를 함유하지 않는 카로틴(carotene)류와 산소를 함유하는 잔토필(xanthophyll)류로 구분됩니다. 카로틴류는 알파-, 베타-, 감마-카로틴 및 리코펜(lycopene)이 있으며 잔토 필류는 루테인(lutein), 지아잔틴(zeaxanthin), 크립토잔틴(cryptoxanthin), 캡산틴(capsanthin), 아스타잔틴(Astaxanthin), 후코잔틴(fucoxanthin) 등이 있습니다. 카로틴과 잔토필의 특징은 다음과 같습니다.

[카로틴(carotene)]
카로틴류는 물에 녹지 않고 석유 에테르에는 녹으나 에탄올에는 소량 녹습니다. 카로틴류는 분자의 구조에 따라 알파, 베타, 감마 카로틴 및 리코펜 등으로 분류됩니다. 알파, 베타, 감마-카로틴의 구조는 8개의 isoprene 단위로 구성된 테트라 테 펜(tetraterpene)이며 양단의 9개의 탄소 원자가 베타-이오 논(ionone) 환을 이루고 있습니다. 이들 알파, 베타, 감마 카로틴은 체내에서 산화 분해되어 비타민 A로 전환될 수 있기 때문에 프로비타민 A입니다. 특히 베타카로틴은 1 분자에서 2 분자의 비타민 A를 만들어 낼 수 있는 효율이 좋은 프로비타민 A입니다. 그러나 리코펜은 두 개의 수도 이오 논 핵만을 가지고 있기 때문에 비타민 A의 효력이 없습니다.

[잔토필(xanthophylls)]
잔토필은 알코올에 녹고 석유 에테르엔 녹지 않으며, C, H 이외에 O를 가진 것이 특징입니다. 잔토 필류 색소의 대표적인 것은 옥수수, 오렌지 껍질의 크립토잔틴, 난황의 루테인, 송이버섯의 칸타 잔틴, 고추의 캡산틴, 갈조류의 후코잔틴 등이 있습니다. 크립토잔틴은 분자 내에 베타-이오 논 환을 가지고 있기 때문에 체내에서 산화 분해되어 비타민 A로 전환될 수 있으나 나머지 잔토필은 비타민 A로 전환될 수 없습니다.