인공 감미료

국내 식약청의 식품첨가물 용어집에 의하면 감미료(sweetener)는 식품에 감미를 부여할 목적으로 첨가하는 식품 및 식품 첨가물이라고 설명되어 있다. 천연 감미료로는 설탕, 포도당, 꿀 등이 대표적이다. 설탕이 가장 많이 사용되는 천연 감미료인데, 너무 많이 섭취할 경우 치아 손상, 비만, 당뇨 등 다양한 건강 문제를 야기하는 원인이 되고 있어 천연 감미료보다 적은 양으로 단맛을 낼 수 있는 대체품으로 인공 감미료를 개발하게 되었다. 인공 감미료는 단맛의 고효율과 저열량이면서 독성이 없어 장기적인 섭취에 안전한 물질이어야 한다. 천연 감미료와 현재까지 다양한 인공 감미료가 얻어졌고 사용되고 있다.

설탕과 설탕대체품(감미료)는 맛봉우리의 미각 세포의 세포막에 존재하는 TAS1R2+TAS1R3 이종이량체 (heterodimer)와 결합하여 특정 단맛을 전달한다. TAS1R3 동종이량체도 단맛의 수용체로 작용하지만 감미료는 이것에 관한 감도가 떨어진다. 천연의 설탕은 TAS1R3 수용체로 감미료보다 비교적 쉽게 감지된다. 이러한 이유로 설탕과 감미료의 다른 맛 차이를 설명한다. TAS1R3의 유전적 다형질은 인종 간의 단맛 느낌의 차이를 일부 설명한다고 한다. 일부 감미료는 뒷맛(after taste)을 준다. 예를 들면 사카린은 금속 맛의 뒷맛을 준다.

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인공 감미료 (출처: 대한화학회)

사파(sapa)는 최초의 인공 감미료라고 할 수 있다. 로마인들은 설탕 사용 이전부터 단것을 좋아해 다양한 요리에 사파를 넣어 먹었다고 한다. 당시 즐겨먹던 포도즙, 남은 포도주, 또는 식초를 납 솥에 넣고 물과 알코올을 모두 증류시켰는데, 이때 얻어진 시럽 속에 포함된 아세트산(초산, CH₃COOH)과 솥의 납 성분이 반응하여 얻어지는 아세트산 납(Pb(CH₃COO)₂)이 사파(sapa)의 주성분이다. 당시 로마인들은 사파(sapa)에 대한 지식이 없었지만 여성들이 낙태를 목적으로 먹은 의약품이었고 창백한 얼굴의 미인이 되고자 할 때에 먹는 화장품이었다. 낙태 및 창백한 얼굴 피부는 모두 중금속 납 화합물의 독성에 기인한 것이며 로마인들이 나중에 집단으로 납중독에 걸리는 요인이 되기도 했다.

라틴어로 설탕이라는 뜻을 지니고 있는 사카린은 지금까지 가장 오랫동안 사용된 인공 감미료로 설탕의 500배나 되는 단맛을 낸다. 1879년 미국 존스홉킨스 대학 팔베르크(Konstantin Fahlberg)와 지도 교수 렘센(Ira Remsen)에 의해 개발됐다. 이들은 1884년 공업적 합성방법을 개발해 특허를 받았고, 사카린이라는 상품명으로 공업적 제조를 시작했다. 국내의 경우 사카린이 식품첨가제로서 흔히 사용되다가 1992년 유해성 논란이 발발, 현재는 일부 식품에 한해서만 사용되고 있다.

아스파테임(aspartame)의 화합물 명칭은 아스파틸-페닐알라닌-1-메틸에스터(aspartyl-phenylalanine-1-methyl ester)이다. 대표적인 아미노산계 합성 감미료이자 설탕의 대용품으로 음식과 음료에서 사용 폭이 매우 넓다. 고감미 감미료 중 설탕과 가장 비슷한 맛이 나고 설탕의 200분의 1 정도만 사용하면 되기 때문에, 다이어트 콜라와 같은 저가당 식품에 많이 쓰인다.

아스파테임은 세계 여러 나라에서 안전하다고 인정하며 또한 FDA도 가장 철저히 시험받고 연구된 것으로 안전성을 인정하였으나 여러 가지 논란, 사기 및 건강에 대한 공포의 주제가 되어왔다. 하지만 몇몇 유럽 연합 국가들은 1980년대에 아스파테임을 승인했고, 1994년에는 EU의 전반적인 승인을 받았다. 1983년에 FDA는 탄산음료, 1993년에 다른 음료 및 과자에 대한 사용의 추가 승인 후 1996년에 아스파테임의 제한을 모두 제거하여 모든 식품에 사용할 수 있도록 하였다.

수크랄로스(sucralose)는 설탕(sucrose)과 동일한 분자 골격은 같지만 세 개의 하이드록시(-OH)기가 염소(Cl)로 치환된 구조를 가진다. 영국에서 개발되었으며 설탕과 매우 유사한 단맛을 지니며 설탕보다 300~1,000배의 단맛을 나타낸다. 염소 원자가 같은 위치의 하이드록시기보다 미각 수용체와 좀 더 잘 결합을 하여 설탕보다 강한 단맛을 나타낸다고 추측되며, 인체에서 당류로 인식하지 않아 분해되지 않으므로 무칼로리 인공 감미료이다. 열과 산에 강한 편이어서 고온 처리 식품, 장기 보존 식품, 산성 식품에서도 본래의 단맛을 그대로 유지한다는 장점이 있다.

네오테임(neotame)은 누트라스위트(Nutra Sweet)사가 개발한 아스파테임과 구조가 비슷한 인공 감미료이다. 설탕에 비해 7,000~13,000 배 더 달다. 열량이 매우 작다는 아스파테임의 장점을 모두 가지고 있으면서 아스파테임보다 더 달기 때문에 아주 조금 사용해도 되고 더 안정하다.

아스파테임 기본 구조에 존재하는 일차 아민에 3,3-다이메틸뷰테인(3,3-dimethyl-1-butane, (CH₃)₃CCH₂CH₂)이 결합된 2차 아민 구조이다. 네오테임은 미각 작용제로써 혀의 TAS1R2 수용체와 결합하기 때문에 단맛을 낸다. 이것은 아스파테임의 수용체와 동일한 혀의 TAS1R2 수용체와 결합한다. 네오테임은 아스파테임의 구성 성분인 페닐알라닌을 대사하지 못하는 페닐케톤뇨증 환자에게도 안전하다.

럭더네임은 지금까지 알려진 가장 강한 단맛을 내는 인공 감미료이다. 감미도는 설탕의 220,000배에서 300,000배에 달한다고 한다.¹⁾ 1996년 프랑스 리옹대학에서 개발되었고 세트산 작용기가 부착된 구아니딘(guanidine) 골격을 갖는 화합물이다.

1. Hürter, T. (2004). 'Wie wir schmecken'. Technology Review. Heise. de. 2004(4).