포도당 당량(Dextrose equivalent, DE) 개념 완벽 정리

포도당이 중합되어 생성된 다양한 다당류는 결합 형태에 따라 여러 가지 성질을 갖게 되는데, 이때 중요한 요소 중 하나가 포도당 당량(Dextrose equivalent)이라는 개념입니다. 이에 대해 온라인상에 제대로 정리된 한국어 페이지가 많지 않으므로 DE값을 완벽히 이해할 수 있도록 자세히 정리해 보겠습니다.

포도당 당량(Dextrose equivalent, DE)의 개념

당의 환원성은 각종 생화학적 실험, 미생물 배양, 식품의 풍미나 색감 등 여러 가지 분야에서 영향을 발휘하고 이를 이용하게 됩니다.
DE값이 무엇인지 제대로 알면 식품/화장품/의약품 분야에서 사용하는 다양한 다당체 물질의 성질을 입체적으로 따져볼 수 있습니다.
단순히 어떻게 계산하는 것인지만 주입식으로 암기하기보단 이 개념이 무엇인지 이해해보는 것이 중요합니다.

정의 및 개념 이해

포도당 당량(Dextrose equivalent, DE)이란 포도당 중합체의 가수분해 정도(Degree of hydrolysis)입니다.
(참고: Dextrose = D-Glucose)
이 개념을 이해하기 위해 ‘가수분해 정도’라는 게 무엇인지 고민해 볼 필요가 있습니다.
가수분해(Hydrolysis)는 말 그대로 물이 추가되며 결합이 끊어지는 분해를 얘기합니다.
이 가수분해의 반대 반응은 물 분자가 하나 추가되면서 결합되는 탈수화(Dyhydration) 반응입니다.

위 그림과 같이 포도당끼리 중합(결합)될 때는 물 분자가 하나씩 빠져나오는 탈수화 반응이고, 반대로 포도당끼리 결합된 물질이 각각의 포도당으로 분해될 때는 가수분해 반응입니다.
DE (가수분해 정도)라는 것은 포도당이 중합되지 않고 얼마나 끊어져 있는지를 수치로 나타낸 것입니다.

DE는 수치라고 했는데, 그러면 포도당이 끊어져 있는 것을 어떻게 수치로 나타낼까요?
그것은 바로 포도당이 갖고 있는 환원성이 어느 정도인지를 통해 가능합니다.
제가 이전에 포스팅한 <환원당과 비환원당 개념 이해하기>에서 언급했듯이 포도당이 중합될 때 환원성을 갖는 부위(헤미아세탈)인 1번 탄소가 결합에 관여하면 환원성을 잃는다고 했습니다.

하지만 트레할로스(오른쪽)는 1번 탄소끼리 결합했으므로 환원 부위를 두개 다 잃었기 때문에 비환원당이 되었습니다.
즉 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.
1) 포도당이 하나씩 중합될 때 1번 탄소의 환원 부위가 하나씩 줄어들며, 환원성도 감소한다.
2) 포도당이 하나씩 가수분해되어 떨어져 나올 때 1번 탄소의 환원 부위가 하나씩 추가되며, 환원성도 증가한다.
포도당이 중합된 다당류의 가수분해의 정도는 환원성의 정도로 표현할 수 있으며, 이는 포도당의 1번 탄소의 헤미아세탈이 몇 개 존재하는지 계산하여 알 수 있습니다.
따라서 DE (%) = 가수분해 정도 = 환원당 개수의 비율이라 할 수 있습니다.

DE 값의 기본 계산식

DE 값은 포도당의 환원당 개수 대비 실제 환원당 개수로 나타냅니다.
좀 더 자세히 풀어서 설명하면, 시료가 전부 단당류의 포도당이라고 가정했을 때의 환원당 개수를 100%로 놓은 상태에서 실제 시료 내에 존재하는 환원당 개수의 비율을 말하는 겁니다.
이에 대한 계산식은 다음과 같습니다.

모두 환원성을 가진 분자만 존재하는 포도당이 기준이라고 했기 때문에 당연하게도 환원당으로만 구성된 순도 100%짜리 포도당 분말의 DE 값은 100일 것입니다.
그러면 위와 같은 식을 토대로 말토스의 DE 값을 한번 계산해 보겠습니다.
말토스는 포도당 두 분자가 탈수화 반응으로 결합하였기 때문에 한 분자의 분자량은 [포도당 두 개의 분자량(180 × 2) – 물 한 개의 분자량(18) = 342]이 됩니다.
그러면 이 물질이 모두 포도당이었다면 환원당 개수는 [말토스 한 개의 분자량(342) ÷ 포도당 한 개의 분자량(180)]으로 계산됩니다.
말토스 한 분자 내의 환원당 개수는 앞서 확인했듯이 1개입니다.
따라서 DE 값은 [{1 ÷ (342 ÷ 180)} × 100 ≒ 52.6]입니다.
이와 같은 방식으로 대입하기 편한 계산식으로 다시 정리해 보면 다음과 같습니다.

이번에는 glucose 16개가 α-1,4 글리코시드 결합(Glycosidic bond)로 중합된 Maltodextrin의 DE 값을 계산해 보겠습니다.
구조는 아래와 같이 생겼을 겁니다.

N개의 포도당이 일직선 연결된 모든 다당류는 총 N-1개의 결합을 갖고 있기 때문에 중합 시 빠져나가는 물 분자 역시 N-1개입니다.
그러므로 포도당이 α-1,4 결합으로 생성된 일직선 구조의 다당류는 모두 위 식이 적용됩니다.

실제 시료의 DE 값 측정

앞서 설명한 계산식은 분자의 구조를 명확하게 알아야만 계산이 가능합니다.
따라서 구조가 복잡하고 불규칙하거나 미지의 시료인 경우에는 사용할 수 없는 식입니다.
그렇다면 실제 시료의 DE 값 측정은 어떤 방식으로 하는지 알아보겠습니다.

복잡한 포도당 중합체의 분석

이제는 분자의 중합도나 분자량을 알 수 없기 때문에 실제 무게를 통해 환원당의 비율을 알아내야 합니다.
따라서 다당류 시료 내 환원당의 양을 분석하면 됩니다.

사실 전체 시료 내 환원당의 비율을 나타내는 식이므로 분석 결과가 %로 도출되면 그대로 사용하면 됩니다.
하지만 이는 시료의 순도(Purity)가 100%이고 수분 함량(Water content)이 0%라는 전제하에 해당하는 얘기입니다.
만약 그렇지 않다면 전체 시료에서 수분 함량을 제외하고 순도(%)를 곱한 무게를 기준으로 환원당의 양을 환산해야 합니다.

미지 시료의 분석

DE 값은 기본적으로 당(sugar)이어야 정의되는 개념인데, 미지 시료 내에는 모든 물질이 당류라는 보장이 없습니다.
마치 바로 위에서 얘기한 순도가 100%가 아닌 경우와 동일하게 적용되는 부분입니다.
따라서 당류 외의 모든 물질을 불순물이라고 가정하면 DE 값을 산정할 전체 시료는 시료 내 당류의 양이 될 것입니다.
계산식은 다음과 같습니다.

이처럼 시료 내 총 당의 양을 분석하면 해당 당류의 DE 값을 계산할 수 있습니다.

관련 문서

참고 자료