이눌린

이눌린(inulin)은 많은 식물에서 생산되는 과당중합체(fructan) 계통의 천연 다당류로서, 산업적으로는 주로 치커리(chicory)로부터 추출한다. 이눌린을 생산하는 식물들은 이눌린을 에너지원으로 이용하고, 뿌리 또는 지하경(rhizomes) 등에 저장한다. 이눌린은 미국 식품의약국(FDA)에 의해 가공식품의 식이섬유 성분으로서 승인된 바 있으며, 소화되지 않는 수용성 식이섬유로서 다양한 가공식품들에서 감미료, 식감 변화 등의 용도로 이용되고 있다. 또한, 이눌린 청소율(inulin clearance rate)은 신장의 기능을 측정하는 가장 정확한 사구체여과율(glomerular filtration rate; GFR) 검사법으로서, 다른 검사법들의 표준으로 이용된다.

돼지감자(뚱딴지; 예루살렘 아티초크; Jerusalem artichoke)의 지하경(땅속줄기) (출처: GettyImagesKorea)

목차

이눌린은 36,000종 이상의 식물에서 발견되는 천연 저장 탄수화물이다. 이눌린을 특히 많이 가지고 있는 식물로는 돼지감자(뚱딴지; 예루살렘 아티초크; Jerusalem artichoke), 치커리 뿌리, 마늘, 아스파라거스 뿌리, 서양 우엉, 민들레 뿌리 등이 있으며, 이눌린을 함유하고 있는 가장 흔하게 섭취하는 채소 또는 열매들로는 양파, 마늘, 바나나, 밀, 귀리, 보리, 리크(leek) 등이 있다. 이들 식물에서 이눌린은 에너지 저장원으로 이용된다. 돼지감자, 치커리, 민들레 등의 국화과와 마늘, 아스파라거스, 양파 등의 백합과 등의 식물들은 녹말보다는 이눌린 형태로 에너지를 뿌리와 지하경에 저장한다. 이눌린은 또한 식물들의 추위에 대한 저항성 조절에도 이용된다. 이눌린은 물에 녹기 때문에 삼투 활성을 가지고 있다. 어떤 식물들은 가수분해를 통해 이눌린 분자의 중합 정도를 변화시킴으로써 세포의 삼투퍼텐셜을 변화시킬 수 있다. 이들 식물은 이러한 방식으로 탄수화물 총량을 변화시키지 않고서도 삼투퍼텐셜을 변화시킴으로써 동절기의 추위와 가뭄을 견뎌낼 수 있다.¹⁾²⁾

이눌린은 1804년 발렌틴 로즈(Valentin Rose)에 의해 처음으로 발견되었다. 그는 끓는 물 추출법을 이용하여 목향(Inula helenium)의 뿌리로부터 "독특한 물질(a peculiar substance)"을 추출했고, 이 물질을 목향의 학명을 따서 이눌린으로 명명하였다. 20세기초 이눌린과 같은 소화되지 않는 다당류들에 대한 과학적인 관심이 고조되었고, 어빈(Irvine)은 이눌린의 분자 구조를 연구하기 위해 메틸화와 같은 화학적 방법들을 이용했고, 추출법 또한 고안했다. 1930년대에 세뇨관에 대한 연구과정에서, 과학자들은 세뇨관에 들어간 이후 재흡수되지 않거나 그냥 배출되는 생체표지자로 쓸 수 있는 물질을 찾기 시작했고, 이눌린이 이러한 특성에 가장 부합하는 물질로 제시되기 시작하였다. 오늘날 이눌린은 각종 가공식품과 기능성 식품의 주요 활성 성분으로 이용되는 한편, 신장의 사구체여과율을 측정하는데 있어서 가장 정확한 표준으로 이용되고 있다.¹⁾³⁾

이눌린 화학구조 (출처: )

이눌린은 사슬 끝에 존재하는 하나의 포도당 잔기와, β-(2,1) 결합으로 연결된 반복적인 과당 잔기들로 구성되어 있다(화학식: C_6nH_10n+2O_5n+1). 표준적인 이눌린의 중합 정도(degree of polymerization; DP), 즉, 이눌린 사슬에 포함되어 있는 과당 단위체의 수는 2에서 60이다. 과당 단위체가 10개 이하인 경우, 즉 DP값이 10 이하인 이눌린은 올리고과당(oligofructose; 짧은 사슬 과당-올리고당류; short-chained fructo-oligosaccharides)으로 따로 구분하기도 한다. 음식에서 올리고과당은 주로 설탕 등의 당분 대체용으로 많이 쓰이고, 더 긴 사슬의 이눌린은 주로 지방 대체용으로 그리고 식감 변화를 위해 이용된다. 이눌린과 올리고과당 모두 기능성 식품에서 식이섬유와 프리바이오틱스로 이용된다. 이눌린은 긴 사슬로 인해 올리고과당보다 약물적인 효용성이 더 높다.¹⁾³⁾

이눌린은 β-(2,1) 결합으로 인해 사람의 소화효소에 의해 분해되지 않기 때문에, 저칼로리 식이섬유 및 프리바이오틱스로서의 특성을 가지게 된다. 이눌린은 무색 무취의 탄수화물로서 식품의 감각적 특성에 영향을 주지 않는 첨가물로 이용될 수 있다. 올리고과당은 설탕을 기준으로 약 1/3 정도의 단맛을 내는데, 단맛의 특성 자체는 설탕과 유사하다. 표준 이눌린은 약간의 단맛을 내고, 분자량이 매우 높은 이눌린은 단맛을 내지 않는다. 이눌린은 일반적인 섬유 성분에 비해 물에 잘 녹는다. 액체와 완전히 섞이면 이눌린은 겔(gel)을 형성하고 지방과 비슷하게 흰색의 크리미한 구조를 형성한다. 불용성의 초미세 이눌린 결정 입자들로 구성되는 3차원 겔 네트워크는 많은 양의 물을 고정하고, 물리적인 안정성을 부여한다. 이러한 이눌린 구조는 또한 거품과 에멀전의 안정성을 증대시킬 수도 있다.¹⁾

이눌린의 상업적인 생산과정에서 가장 많이 이용되는 재료는 치커리 뿌리이다. 이눌린 추출 과정은 사탕무(sugar beet)로부터 설탕을 추출하는 방식과 유사하다. 치커리 뿌리를 수확한 후에 절단하고 세척한 후 용제에 담궈두면 이눌린이 추출되는데, 이것을 정제하고 분무 건조시켜 순도 높은 이눌린을 생산한다. 이눌린은 설탕으로부터 합성될 수도 있다.¹⁾³⁾

이눌린은 식품 산업에서 다양한 용도로 이용된다. 이눌린은 저칼로리 감미료로서 이용되고, 겔(gel)을 형성하는데, 그리고 점성을 증가시키는 목적으로도 이용되며, 식감을 변화시키는 소화되지 않는 식이섬유로서도 이용된다. 이눌린은 주로 낙농 제품의 설탕과 지방의 대체제, 그리고 프리바이오틱스로서 이용된다. 이러한 낙농 제품들의 예로는 치즈, 우유, 요거트, 아이스크림 등이 있고, 낙농 제품이 아닌 식품에 이눌린이 이용되는 예로는 빵, 비스킷, 시리얼, 육가공품 등을 들 수 있다.¹⁾

이눌린은 약물의 부형제(excipient: 약에 사용되는 직접적인 약효가 없는 물질)로서, 단백질성 약물의 안정화, 용해율 증대, 특정 목표로의 운반 증대 등 다양한 목적으로 이용된다. 이눌린은 또한 신장의 기능, 즉, 사구체여과율(glomerular filtration rate)을 측정하는 표준 진단 도구로서 이용된다. 이눌린이 정맥으로 투입되면 이후 신장을 통해 배설된다. 이눌린이 인체에 자연적으로 존재하는 물질이 아니고 순환계에서 대사되지 않기 때문에, 소변으로 배출되는 이눌린의 양을 측정하는 것은 신장 기능에 대한 정확한 정보를 제공해줄 수 있다.¹⁾

이눌린을 에탄올로 전환시켜 바이오연료로 이용하거나 이눌린을 생물공정 원료로 이용하는 방안 등 다양한 산업적 활용도가 모색되고 있다.

1. Mensink MA, Frijlink HW, van der Voort Maarschalk K 등 (2015) Inulin, a flexible oligosaccharide. II: Review of its pharmaceutical applications. Carbohydr Polym 134: 418-428
2. Vijn I, Smeekens S (1999) Fructan: more than a reserve carbohydrate? Plant Physiol., 120: 351-360
3. Boeckner LS, Schnepf MI, Tungland BC (2001) Inulin: a review of nutritional and health implications. Adv Food Nutr Res 43: 1–63