피토케미칼

왜 배우는가: 피토케미컬은 기능성 식품과 건강기능식품 원료를 설명할 때 출발점이 되는 개념이다. 식품 가공에서 성분이 어떻게 변하는지를 묻는 문제와 함께 반복해서 출제되어 왔다.

출제 이력: 제123회 1교시 2번, 제120회 1교시 7번, 제116회 1교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

피토케미컬은 식물이 대사 과정에서 만드는 생리활성 화학물질의 총칭이다.

피토케미컬은 식물을 뜻하는 '피토(phyto)'와 화학을 뜻하는 '케미컬(chemical)'의 합성어이다. 식물의 뿌리, 줄기, 잎, 과일에서 만들어지는 모든 화학물질을 통틀어 가리키는 개념이므로 식물 속 화학물질 전체를 아우른다는 뜻에서 복수형으로 쓰기도 한다. 답안을 쓸 때는 이 정의 문장을 첫 줄에 두고, 식물 자체의 역할과 사람에게 주는 효과를 이어서 쓰는 것이 좋다.

답안에 반드시 나와야 하는 핵심 키워드는 아래 일곱 가지이다.

• 2차 대사산물: 식물의 생장에 꼭 필요하지는 않으나 환경과 상호작용하는 데 쓰이는 대사 산물이다.
• 생리활성: 미량으로도 생체의 기능과 대사 반응에 영향을 주는 성질이다.
• 항산화 작용: 활성산소를 해가 없는 물질로 바꾸어 세포 손상을 줄이는 작용이다.
• 폴리페놀: 페놀 그룹을 가지는 방향족 화합물의 큰 무리이다.
• 플라보노이드: 과일과 채소에 많이 들어 있는 폴리페놀의 한 부류이다.
• 카로티노이드: 녹황색 채소와 과일의 노란색, 주황색, 붉은색 색소를 이루는 화합물군이다.
• 식물 방어: 병원체, 해충, 경쟁 식물로부터 식물 자신을 보호하는 기능이다.

2. 개념 풀이

피토케미컬은 식물이 1차 대사와 2차 대사를 통해 만드는 화학물질 가운데 생리 활성을 가지는 물질의 총칭이다.

정식 정의에서 먼저 짚을 점은 피토케미컬이 특정 물질 하나가 아니라 물질의 집합을 가리키는 말이라는 것이다. 따라서 카테킨, 레스베라트롤, 알리신처럼 개별 물질 이름과 피토케미컬이라는 상위 개념을 구분해서 써야 한다. 정의에 1차 대사와 2차 대사가 함께 들어가는 이유는 1차 대사산물도 피토케미컬의 범위에 들 수 있기 때문이다. 다만 시험에서는 식물 방어와 색, 맛 형성에 관여하는 2차 대사산물을 중심으로 설명하는 경우가 많다.

원리는 식물이 처한 환경에 있다. 식물은 한 자리에 고정되어 살기 때문에 자외선, 병원체, 해충, 경쟁 식물과 같은 외부 자극을 피할 수 없다. 식물은 이에 대응하여 화학물질을 만들고, 이 물질은 식물 자체에서 생장을 조절하거나 방어 역할을 한다. 피토케미컬은 식물의 색과 맛을 결정하는 성분이기도 하므로, 식물에게는 방어 수단이고 사람에게는 생리활성 성분이라는 이중의 의미가 있다.

생리활성은 물질이 생체 안에서 특정한 기능이나 대사 반응을 일으키는 성질이다. 피토케미컬은 미량으로도 식물의 발아, 생장, 개화, 결실, 휴면 같은 생리작용에 뚜렷한 영향을 준다. 이 점 때문에 피토케미컬을 단순한 영양소가 아니라 생리활성물질로 분류하는 것이 일반적이다.

항산화 작용은 활성산소를 해가 없는 물질로 바꾸어 세포를 보호하는 작용이다. 활성산소에 노출되면 DNA와 세포 구성 단백질, 효소가 손상되므로, 항산화 작용은 노화를 늦추고 질병 위험을 낮추는 기전으로 설명된다. 이 작용은 폴리페놀이 대표적으로 보고되는 기능이다.

폴리페놀은 분자 하나에 페놀 그룹이 한 개 이상 있고 여러 개의 수산기를 가지는 방향족 화합물이다. 타닌과 페닐프로파노이드 같은 무리로 나뉘며, 플라보노이드와 안토시아닌도 여기에 속한다. 녹차의 카테킨, 포도 껍질의 레스베라트롤, 사과와 양파의 퀘르세틴이 대표적인 예이다.

3. 등장 배경과 필요성

사람은 식물의 화학물질을 기전을 알지 못한 채 수천 년 동안 약으로 써 왔다. 히포크라테스가 버드나무 잎을 해열제로 처방했다는 기록이 전해지는 대표적인 예이다. 버드나무 껍질에서 처음 추출된 살리신은 이후 인공적으로 생산되어 아스피린의 주성분이 되었고, 말라리아 치료제 퀴닌도 식물에서 얻은 성분이다. 이처럼 경험에 기댄 사용이 먼저 있었기 때문에, 식물 성분을 체계적으로 연구할 필요가 생겼다.

현대 과학은 이런 경험적 사용을 성분 단위의 연구로 바꾸어 놓았다. 페놀과 타닌은 발암물질 생성을 억제하는 것으로 알려졌고, 과일의 플라보노이드, 녹황색 채소의 카로티노이드, 마늘과 양파의 황 화합물인 알리신이 각각 연구되었다. 이 연구들이 쌓이면서 식물 성분과 건강 효과를 연결하는 자료가 늘어났다. 특히 미국, 캐나다, 일본 등 선진국을 중심으로 활발한 연구가 이루어졌다.