베타 카로틴

β-카로틴식품의 개요 β-카로틴은 자연계에 존재하는 것으로 알려진 400가지 이상의 카로티노이드(carotenoid)중의 하나로 식물에 널리 분포하는 황색, 적색소이며, β-카로틴은 가장 풍부하고 잘 알려진 카로티노이드이다. 카로틴류는 고등식물에서는 클로로필(chlorophyll)과 더불어 푸른잎 속에 존재한다. 그 밖에 당근, 호박, 고구마 등과 복숭아, 토마토, 귤 종류, 바나나 껍질에도 존재한다. 식물과 미생물은 카로틴류(carotenoide)를 합성하는데 반하여 동물에는 합성능력이 없으며 동물조직에 존재하는 것은 먹이에 연유된다. 초식동물은 필요한 비타민A를 식물의 카로틴에서 얻으며 육식동물은 다른 동물의 간장, 근육으로부터 섭취하고 있다. 우리 조상들은 주로 누런호박과 같은 식물성식품으로부터 카로틴을 섭취하여 체내에서 비타민A를 생성케하는 슬기를 가졌다. β-카로틴의 체내흡수율은 15% 정도이며 이중 3%는 β-카로틴 그 자체로 남아있고 나머지는 비타민A등으로 분해된다. β-카로틴의 분포는 약 85%가 지방조직에, 10%는 간에 나머지는 여러 다른 조직중(특히 난소,정소,부신)에 존재한다. 카로틴은 Wackenroder이 1831년에 당근으로부터 발견하였다. 따라서 당근(carrot)에 연유하여 carotene이라는 명칭이 유래되었으며 그 화학구조는 100년 후 karrer(1930년)에 의해 밝혀졌다. 당근에서 분리된 카로틴은 실지로 α,β,γ의 혼합물임을 확인(1933년)하고 그 화학적구조는 polyen(공역이중결합)의 긴 사슬로 이루어졌다. 또 isoprene의 골격으로 카로틴은 isoprene의 불포화성이 존재한다. 카로티노이드의 화학구조는 isoprene 긴사슬의 앞뒤에 제각기 ionone ring을 가지고 있고 β-카로틴은 앞 뒤 양쪽에 ionone ring을 가지고 있으며 α,γ-carotene과 cryptoxanthin은 각각 앞쪽에만 ionone ring을 지니고 있다. 한편 α,γ-carotene과 cryptoxanthin은 가각 비타민A를 1분자씩만 생성하게 된다. 생리활성을 비교하면 비타민A(tran-retinol)를 100으로 하였을 때 다음과 같다. <카로틴의 생리활성> Carotenoide 생리활성 β-carotene α-carotene γ-carotene cryptoxanthin (trans-retinol) 50 25 14 29 100 β-카로틴식품의 기능성 β-카로틴은 cis 이성체와 trans 이성체로 존재한다. 자연상태에서 β-카로틴의 cis/trans비는 고정되어 있지 않으나 생물학적인 급원에 따라 다르다. 해조류의 β-카로틴(Dunaliella Salina)은 대략 50%의 trans와 50%의 cis로 되어 있다. 반면에 당근의 β-카로틴은 80%의 trans와 20%의 cis로 되어 있다. 화학적으로 β-카로틴 분자의 이성화는 열, 산, 빛, 용매 등으로 노출시킴으로서 일어날 수 있다. 다른 이성체들은 이와는 다른 물리화학적 성질, 때로는 생물학적 성질을 나타내는 것으로 알려졌다. β-카로틴의 경우 transdltjdcp가 cis이성체보다 비타민A로 전환이 잘 되는 것으로 보고 되고 있다. 식품을 통해 섭취된 β-카로틴은 소장내의 점막세포에서 흡수되는 데 담즙산염이 필요하다. 음식물 중 다른 인자들 예를 들어 지방과 단백질은 β-카로틴의 흡수에 영향을 미친다. 섭취한 총 β-카로틴의 약 10~50%는 위장관에서 흡수되며 카로티노이드의 흡수비율은 음식물의 섭취가 증가함에 따라 감소된다. 장관벽 내의 점막에서 β-카로틴은 dioxygenase라는 효소에 의해 비타민A(retinol)로 전환된다. 이 기전은 개인의 비타민Ark 포화일 경우 β-카로틴의 비타민A로 전환율은 감소되므로 β-카로틴은 비타민A의 가장 안전한 급원이고 과량섭취해도 비타민A 과다증을 초래하지 않는다. 과량의 β-카로틴은 주로 체내의 지방조직에 저장된다. 지방조직에서의 저장은 성인의 경우 축적된 카로틴에 의해 다소 황색인 반면 어린이는 백색을 띤다. β-카로틴을 과량섭취하게 되면 피부가 황색을 띠나 β-카로틴의 섭취를 중단하는 즉시 본래의 피부색으로 돌아온다. 최근 β-카로틴이 비타민A의 전구물질 이외에도 유해산소(활성산소)로 인한 성인병을 예방할 수 있다는 세계적인 연구결과로 주목을 받고 있다. 식물의 경우 β-카로틴은 광합성과 광보호면에서 필수적이다. 사람의 경우 β-카로틴의 항산화성은 암, 동맥경화증, 관절염, 백내장 등과 같은 질병을 유발시킬 수 있는 산화로 인한 스트레스(oxidative stress)즉 유해산소를 방어하는데 중요하다. β-카로틴은 생체내에 일정량을 유지해야 유해산소로 인한 성인병을 예방할 수 있다. 생체내 β-카로틴의 농도를 낮추는 인자는 채소와 과일의 불충분한 섭취, 음주, 자외선 등이 있다. 흡연자들은 β-카로틴의 혈장농도가 상당히 낮은 것으로 밝혀졌다. 이것은 담배연기속의 유리기 농도로 인해 β-카로틴의 혈장농도가 낮아졌기 때문이다. 만성적인 음주자들도 β-카로틴의 혈장농도가 낮은 것으로 나타났는데 이것은 영양소의 흡수불양 일뿐만 아니라 불충분한 식사로 인한 음주자들의 만성적 영양불량의 결과이다. 사람의 경우 자외선을 반복 조사한 후 총 카로티노이드의 혈장수준이 상당히 감소된 것으로 나타났다. 자외선의 조사로 인해 혈액이나 피부에서 생성되는 유리기와 같은 높은 물질과 카로티노이드의 상화작용의 결과로 감소된 것이다. 우리 몸은 유해산소의 공격에 대해 내부에서 스스로 방어할 수 있는 능력이 있다. 우리 몸속에는 유해산소를 제거하거나 중화시킬 수 있는 세가지 자연방어물질이 있는데 그것은 효소, 식세포, 항산화제이다. 효소는 유해산소(유리기)를 무해한 분자로 변화시키거나 유해산소를 파괴시키는 반응이 촉매작용을 한다. 예를 들면 효소과산화물인 Dismutase는 과산화물, 즉 산소 유리기를 불활성화 시킨다. 식세포는 유해산소를 잡아먹거나 중성화 시킨다. Glutathiome과 요산은 식세포이다. 또한 항산화제인 비타민C, 비타민E와 β-카로틴은 유해산소와 대항해서 우리 몸의 세포를 보호하는 데 중요한 역할을 한다. 비타민은 우리 몸 속에서 유해산소(유리기)와 대항해서 싸우는 중요한 항산화제로써 유해산소를 소멸시킬 수 있는 가장 효과적인 물질이다. β-카로틴의 암예방 효과는 비타민A 전구체의 활성과 완전히 무관한 것으로 결과가 나왔다. β-카로틴의 특이한 메카니즘의 하나는 β-카로틴이 일중항산소와 유리기같이 반응성있는 화학물질을 불활성화시키는 것이다. 오늘날 유리기는 주요 사망질병인 암과 동맥경화증의 시작에 원인이 된다고 생각된다. 우리의 몸이 유리기의 공격에 끊임없이 노출되었을 때 항산화성 비타민과 β-카로틴은 체내의 유리기 방어체계를 이룬다. 유리기는 체세포에 심각한 손상을 일으킬 수 있는 반응서이 높은 분자들이다. β-카로틴같은 항산화제가 과산화 반응과정을 막지 않는다면 유리기는 세포의 여러 구성성분들이 산화되고 파괴되는 동안 연쇄반응을 일으켜 심각한 손상을 입게 한다. 유리기는 암과 같은 여러 질병의 원인이 되거나 악화시킨다는 많은 과학적 증거도 있다. 그리고 종양의 생성으로 세포의 분화를 조절하지 못한다. 또한 유리기는 세포의 구조와 조직을 결정하는 유전자를 손상시켜 암을 발생시키기도 한다. 우리의 몸은 예를 들어 단순히 오염된 공기를 들어 마시거나 유리기의 전구체를 함유하는 식품을 섭취함으로써 항상 유리기의 공격에 노출되어져 있다. 또한 우리의 몸은 면역방어나 에너지 생성에 관계된 생화학 반응에 의한 체내에서의 유리기의 생성을 피할 수 없다. 우리의 호흡에 필수불가결한 산소일지라도 반응성이 큰 일중항산소를 형성할 수 있으며 일중항산소는 유리기의 연속적 반응의 생성에 관계되어 있어 우리는 유리기의 공격을 피할 수 없다. 따라서 우리의 몸은 피할수 없는 유리기에 의한 손상을 막기 위해 여러 가지의 면역체계를 동원해야 하며 그중 하나로서 음식물 등으로 섭취된 β-카로틴은 유리기를 방어하는데 도움이 된다.