'클로로필' 색소의 구조와 화학적 특징, 산과 알칼리에 따른 클로로필 변화

식품의 색은 풍미나 물성 등과 함께 식품의 2차 기능에 해당하며 식품의 품질을 결정하는 중요한 요소가 됩니다. 색은 사람의 망막(retina)을 통해 인식되는 시각의 일부 감각이며 식물, 동물, 미생물의 각종 천연색소는 각각 특정 색소 물질에 의해 색을 나타내게 되며 색소 원(chromogen)의 발색 단(chromophore)에 의해 여러 가지 색을 보이게 됩니다. 색은 발색 단(chromophore)과 조색단(auxochrome)으로 구성되어 있으며 발색 단은 발색의 기본이 되는 원자단으로 azo기(-N=N-), carbonyl 기(=C=O), ethylene 기(=C=C=), nitro 기(-NO2), nitroso 기(-NO), thiocarbonyl 기(=C=S) 등이 있으며, 조색단(auxochrome)으로는 수산기(-OH), 아미노기(-NH2) 등의 원자단이 있습니다.

 식품 색소의 분류
식품 속의 색소는 출처에 따라 식물성 색소와 동물성 색소로 나누어지며 용해도에 따라 지용성 색소와 수용성 색소로 나눌 수 있습니다. 지용성 색소는 주로 식물체의 원형질(protoplasts), 색소체(plastids)에 존재하며 클로로필과 카로티노이드가 있고, 수용성 색소는 주로 세포액(vacuole)에 녹아 있으며 플라보노이드, 안토 사이 아닌, 베타 레인, 타닌 등이 있습니다. 또한 동물성 색소는 동물의 혈액에 존재하는 헤모글로빈과 근육 조직에 존재하는 미오글로빈 그리고 동물의 조직이나 우유, 달걀 등에 카로티노이드 색소가 있습니다. 이번 포스팅에서는 식물성 색소 중, 클로로필에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

1. 클로로필
클로로필은 지용성 색소로서 식물의 광합성 작용에 중요한 역할을 하며, 식물의 잎이나 줄기의 세포 속에 있는 엽록체(chloroplast)에 단백질 또는 리 포 단백질(lipoprotein) 등이 결합하는 구조를 가집니다. 

- 클로로필의 구조
클로로필은 포피인(porphyrin) 계 색소이며 포피임은 피롤(pyrrole) 환 4개가 멘틴 가교에 의해 결합하여 있는 퍼핀(porphin)의 유도체를 말합니다. 포피인 환은 금속이온과의 리간드를 형성할 수 있으며 식품의 포피인 색소 중 식물성 색소인 클로로필은 Mg-포피린으로, 동물성 색소인 미오글로빈(myoglobin) 및 헤모글로빈(hemoglobin)은 Fe-포피린으로 존재합니다. 클로로필은 고등식물과 해조류 등에 a, b, c, d의 4가지 형태로 존재하는데, 고등식물에는 클로로필 a와 b가 약 3:1의 비율로 존재하며 클로로필 a는 청록색, b는 황록색을 나타냅니다.

*엽록소가 녹색으로 보이는 이유?
가시광선의 파장은 400~700nm입니다. 엽록소가 흡수하는 빛도 이 가시광선의 파장과 거의 같은데, 그중에서도 일부 파장의 빛은 특히 잘 흡수합니다. 엽록소는 청색으로부터는 청자색의 빛과 적색으로부터는 황적색의 빛을 잘 흡수하며, 한편 대부분의 녹색 빛은 잘 흡수하지 않습니다. 엽록소가 녹색으로 보이는 것은 바로 이와 같은 이유 때문입니다.

- 클로로필의 화학적 성질
클로로필 색소는 불안정하여 산, 알칼리, 금속 등 여러 가지 조건에 의하여 변화할 수 있기 때문에 채소 등의 녹색 식품을 가공하거나 조리할 때 클로로필 색소의 변화를 알기 위해서는 화학적 성질을 이해할 필요가 있습니다. 

[산에 의한 변화]
클로로필은 산과 반응하면 클로로필의 포피인 환에 결합하여 있는 마그네슘(Mg2+)이 수소이온(H+)과 치환되어 갈색의 페오피틴(pheophytin)이 생성됩니다. 클로로필 a는 b보다 페오피틴으로 변하는 속도가 빠르며 마그네슘이 결합하면 클로로필로 되돌아가지만 중에서는 되돌아가지 않습니다. 산의 작용이 지속되면 클로로필에 존재하는 피틸 에스터(phytyl ester group)의 가수분해로 인해 갈색의 피 오포 바이 들어(pheophorbide)가 형성됩니다. 강산으로 처리하면 마그네슘과 피톨(phytol)이 동시에 떨어져 나와서 피 오포 바이 드을 형성 합니다. 

[알칼리에 의한 변화]
클로로필 분자 중의 마그네슘은 알칼리에 의해서 해리가 억제되어 매우 안전하지만 알칼리 용액에서 가열하면 피틸 에스터가 가수 분해되어 짙은 초록색의 클로로필 라이드(chlorophyllide)가 형성되고 그 후 메틸 에스터(methyl ester group)가 가수 분해되어 짙은 초록색의 수용성인 클로로 필린(chlorophyllin)이 형성됩니다. 이때 녹엽 속의 카로티노이드(carotenoid)는 분해 및 퇴색이 일어납니다. 알칼리에 의해 형성된 짙은 초록색의 클로로필 라이드는 산성 조건에서 마그네슘이 떨어져 나가고 갈색의 피 오포 바이 들어가 형성되며, 알칼리의 농도가 높으면 클로로 필린은 염을 형성하는데 짙은 청록색의 수용성의 성질로 인해 가용성 클로로필(soluble chlorophyll)이라고 합니다. 

[클로로필 레이스(chlorophyllase)에 의한 변화]
클로로필 레이스는 녹엽 속에 존재하며, 조직이 손상되면 유리되어 활성화됩니다. 클로로필 레이스는 클로로필에 작용하여 피톨을 분리하여 짙은 초록색의 클로로필 라이드를 생성합니다. 이때 알칼리 용액에서는 클로로필 라이드는 다시 짙은 초록색의 수용성인 클로로 필린을 형성합니다. 클로로필 레이스는 지용성인 클로로필을 수용성인 클로로필 라이드로 전환해 채소 등의 조직 내에 있는 클로로필 함량 감소를 일으킵니다. 

금속 이온에 의한 클로로필의 변화 양상과 클로로필 식품의 조리 및 가공 중의 변화는 다음 포스팅에서 자세히 소개하겠습니다.