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미네랄(무기질)
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식품에서 미네랄은 탄수화물, 지방, 단백질, 비타민 등과 함께 5대 영양소로 분류되는 중요한 성분이다. 인체의 구성성분 중에서 미네랄이 차지하는 비율은 체중의 약 4% 정도밖에 되지 않으나, 인체에서 스스로 합성하지 못하여 반드시 외부에서 섭취하여야 하는 필수영양소이다. 미네랄의 중요성은 오래 전부터 알려졌으나 크게 주목을 받지 못하다가 1950년대 이후 다시 연구가 활발해지고 있다. 20세기의 전반을 비타민 연구의 황금기라 한다면 오늘날은 미네랄 연구의 전성기라 할 것이다. 미네랄에 대한 연구가 활발해 진 것은 과학기술의 발전으로 미량 성분까지 분석이 가능해졌기 때문이다.
미네랄(mineral)은 원래 광물(鑛物)을 의미하는 단어이며, 광물이란 자연에서 산출되며 화학조성이 일정하고 균질한 결정 형태의 고체를 말한다. 광물은 단일 원소로 이루어진 것도 있지만 석영(SiO2)과 같이 두 가지 이상의 원소로 된 것도 있다. 그러나, 식품 영양학이나 의학에서 사용하는 미네랄이란 용어는 원소(element)와 비슷한 개념으로 사용된다. ‘무기질(無機質)’ 또는 ‘무기염류(無機鹽類)’라고 번역되는 미네랄은 원래 학술 용어가 아니고 편의적으로 사용하던 단어였기 때문에 아직도 정확한 정의가 내려져 있지 않다. 최근에는 인체의 대부분을 차지하며 탄수화물, 지방, 단백질 등 3대 영양소의 구성성분이 되는 산소(O), 수소(H), 탄소(C), 질소(N) 등 4가지 원소를 제외한 나머지 원소를 미네랄이라고 부르기도 한다.
현재까지 117종(천연 92종, 인공 25종)의 원소가 알려져 있으며, 위에서 말한 4개의 원소를 제외하면 113종의 미네랄이 있는 셈이다. 그 중 인체에서 부족하면 결핍증상이 나타나는 것을 ‘필수미네랄’이라 하고, 나머지를 ‘비필수미네랄’이라고 분류하며, 일반적으로 미네랄이라고 할 때에는 필수미네랄을 의미한다. 현재까지 22종의 미네랄이 사람에게 꼭 필요한 것으로 밝혀졌고, 분석 기술이 발전하고 연구가 진척됨에 따라 그 수가 점점 늘어나고 있다.
필수미네랄은 필요량에 따라 하루 필요량이 100mg 이상인 다량미네랄과 100mg 미만인 미량미네랄로 나누기도 한다. 다량미네랄에는 칼슘(Ca), 인(P), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 칼륨(K), 황(S), 염소(Cl) 등 7종이 있고, 미량미네랄에는 철(Fe), 아연(Zn), 요오드(I), 구리(Cu), 망간(Mn), 불소(F), 셀레늄(Se), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 붕소(B), 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 규소(Si), 코발트(Co), 바나듐(V) 등 15종이 있다. 이 외에도 아직 사람에게서 결핍증상을 발견하지는 못하였으나, 포유류나 조류와 같은 고등동물에서 결핍증상이 발견되어 사람에게도 필요할 것으로 추정되는 미네랄로서 루비듐(Rb), 브롬(Br), 비소(As), 납(Pb), 카드륨(Cd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 스트론튬(Sr), 리튬(Li), 텅스텐(W) 등이 있다.
미네랄 중에는 인체에 유해한 유해미네랄도 많으며 비소(As), 납(Pb), 카드륨(Cd), 수은(Hg), 우라늄(U), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 베릴륨(Be), 비스무스(Bi), 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 스트론튬(Sr) 등 주로 중금속류가 이에 해당한다. 그러나, 셀레늄이 과거에는 유해미네랄로 여겨졌으나 오늘날에는 필수미네랄로 분류되는 것처럼 미네랄에 대한 연구가 더욱 진척되면 현재 유해미네랄로 분류된 것 중에서도 필수미네랄로 변경되는 것이 나올 수도 있다. 또한 필수미네랄로 분류된 것도 적정량 이상을 섭취할 경우에는 독성을 나타내는 것이 대부분이다.
필요량은 소량이지만 인체에 없어서는 안 되는 중요한 성분이라는 점에서는 비타민과 유사하나, 비타민이 유기화합물(有機化合物)인데 비하여 미네랄은 생명과 관련 없는 광물에서 얻어지는 무기물(無機物)이라는 점에서 구분된다. 원래 유기화합물은 생물체의 구성성분이며 생물에 의해서 만들어지는 화합물을 의미하였으나, 인공적으로 무기화합물(無機化合物)에서 유기화합물을 합성하는 것이 가능하게 되어 지금은 유기화합물이란 용어 대신에 ‘탄소화합물(炭素化合物)’이라는 용어를 사용한다. 탄소를 함유하는 화합물 중에서도 원소상태의 탄소, 이산화탄소, 금속의 탄산염 등 비교적 간단한 구조의 것은 무기화합물로 분류된다.
미네랄은 유기화합물과 결합된 형태의 유기미네랄과 광물 그 자체의 무기미네랄로 구분하기도 한다. 과거에는 무기미네랄은 영양소가 될 수 없으며 유기미네랄만이 인체에 이용될 수 있다고 하였으나, 오늘날에는 흡수율의 차이가 있을 뿐이라고 보고 있다. 필요한 미네랄이 유기미네랄의 형태로 얻기 어렵다면 무기미네랄로 섭취할 수밖에 없으며, 현대 의약품에 함유된 미네랄은 무기미네랄이 많다.
미네랄은 소량이지만 적정량을 섭취하여야 하며, 부족하거나 과잉이 될 경우 부작용이 나타나게 된다. 또한 미네랄은 체내에서 다른 미네랄과 상호 작용을 하므로 양(量)보다 미네랄의 상대적인 비율이 더 중요하다. 따라서, 미네랄 보충제를 복용할 경우에는 반드시 미네랄 검사와 의사의 처방을 받은 뒤 자신에게 부족한 미네랄을 적정량 복용하여야 하며, 판매회사의 선전이나 입소문에 의지하여 복용하는 것은 미네랄의 불균형을 초래하여 오히려 부작용을 나타낼 수도 있으므로 주의하여야 한다.
미네랄이 체내에서 하는 역할은 크게 세 가지가 있다. 우선 몸 안에서 일어나는 여러 가지 생화학 반응을 촉진하며, 세포 활동에 관여하는 효소나 호르몬의 구성요소가 된다. 이와 같이 신체 기능을 조절하는 것은 비타민과 유사하나, 미네랄은 비타민이 하지 못하는 뼈나 치아 등 신체의 구성요소로서의 역할이 있다. 또한 미네랄은 체액의 산ㆍ알칼리 균형을 유지하는 역할을 한다. 사람의 혈액은 pH 7.4로서 약알칼리성이며, pH 7.35~7.45 범위는 정상으로 본다. 어떤 이유에서든 pH가 이 범위를 벗어나면 몸 안의 생화학 반응의 속도가 느려져 질병을 유발하게 된다. 따라서 인체는 항상 pH 7.4를 유지하려는 항상성 기능이 있으며, 적정한 pH 균형을 유지하는데 미네랄이 중요한 역할을 한다.
주요 미네랄에는 다음과 같은 것들이 있다.
⊙ 칼슘(Ca) --- 인체 내에 가장 많이 들어있는 미네랄로서 대부분은 인산칼슘의 형태로 뼈와 이(齒)의 성분을 이룬다. 혈장에 있는 칼슘은 신경자극 전달, 혈액응고, 근육 수축 등의 신체 활동을 조절한다. 칼슘이 부족하면 골다공증, 충치, 근육경련, 신경과민, 발육부진 등의 증상이 나타난다. 칼슘은 우리나라 식생활에서 가장 결핍되기 쉬운 영양소 중의 하나이다. 우유, 치즈, 멸치, 굴, 콩, 녹황색 채소, 견과류 등에 많이 함유되어 있다. 일일 권장섭취량은 성인 700㎎, 청소년 900~1,000㎎이다.
⊙ 인(P) --- 인은 체내에 칼슘 다음으로 많으며 칼슘과 함께 뼈와 이(齒)의 성분이 되고 인지질, 핵산의 형태로 모든 세포조직에 들어있다. 또한 체액의 산ㆍ알칼리 균형을 유지하고 인체 내의 물질대사에도 중요한 역할을 한다. 우리나라 식생활에서 인의 섭취량은 충분하고 오히려 과잉섭취가 우려된다. 우유 및 유제품, 곡류, 육류, 생선, 견과류 등에 많다. 성인의 일일 권장섭취량은 700mg이다.
⊙ 나트륨(Na) --- 주로 세포 밖의 체액에 존재하며 삼투압(渗透壓)을 바르게 유지한다. 우리나라의 경우 과잉섭취가 문제이며, 식품의약품안전청에서는 성인의 1일 섭취 기준치를 2,000mg(소금으로 5g)으로 정하고 있다. 그럼에도 불구하고 김치나 젖갈, 장류 등 짜고 매운 음식을 좋아하는 우리나라의 식습관으로 인해 성인의 하루 나트륨 섭취량은 5,000mg을 초과하고 있다. 나트륨을 과잉으로 섭취하면 고혈압, 동맥경화, 위궤양 및 위암, 골다공증 등 각종 성인병에 걸리기 쉽다.
⊙ 마그네슘(Mg) --- 뼈의 구성요소인 마그네슘은 인체 내 효소반응에 관여하는 등 꼭 필요한 영양소이다. 칼슘이 신경세포의 흥분작용을 촉진시키는데 반하여 마그네슘은 그것을 억제하는 작용을 한다. 따라서 칼슘에 비해 마그네슘이 상대적으로 부족하면 심근의 이상 흥분으로 심장발작을 일으킬 수 있다. 또한 마그네슘이 부족하면 피로를 쉽게 느끼고, 손발이 자주 저리며, 집중력이 떨어진다. 마그네슘은 해조류, 곡류, 콩류, 과일류, 채소류, 어패류 등 여러 음식에 들어있어 심각한 결핍이 발생하는 일은 드물지만 스트레스를 많이 받거나 과도한 운동 또는 알코올 섭취가 많으면 마그네슘이 소변으로 배설되는 양이 증가하여 부족해질 수 있다. 일일 권장섭취량은 성인 280~350mg, 청소년 340~400mg이다.
⊙ 칼륨(K) --- 주로 세포 내의 체액에 존재하며 삼투압(渗透壓)을 바르게 유지하며, pH 균형 유지 역할을 하고, 신체 내 생리작용에 관여한다. 거의 모든 식품에 들어있어 결핍이 발생하기는 어려우나, 나트륨의 섭취가 많은 우리나라의 경우 나트륨과의 적정비율을 유지하기 위하여 충분히 섭취하는 것이 좋다. 일일 충분섭취량은 4.7g이다.
⊙ 염소(Cl) --- 염소는 체액의 산ㆍ알칼리 균형 및 삼투압(渗透壓)을 바르게 유지한다. 위에서 분비되는 염산의 구성성분으로서 음식물의 소화 및 살균작용에 중요한 역할을 한다. 주로 소금의 형태로 나트륨과 함께 섭취되므로 부족되는 일은 없다. 성인의 일일 충분섭취량은 2.0~2.3g이다.
⊙ 철(Fe) --- 철은 적혈구 내에 있는 헤모글로빈의 구성성분으로 산소 운반에 관여하며, 부족할 경우 빈혈을 유발하며 면역력이 저하된다. 철의 요구량이 많은 영유아, 청소년 및 임신부가 결핍되기 쉬우며, 월경에 의해 철의 손실이 발생하는 가임기 여성도 부족하기 쉽다. 간, 육류, 계란노른자, 굴, 조개, 해조류, 녹색채소, 콩 등에 많으며, 비타민C는 철분의 흡수를 촉진한다. 일일 권장섭취량은 성인 남자의 경우 10㎎, 가임기 여성 14㎎, 청소년 12~16mg 등이다.
⊙ 아연(Zn) --- 아연은 모든 체세포 내에 있으며 단백질 합성과 성장을 위해 필수적인 영양소이다. 성호르몬을 비롯한 여러 호르몬 및 효소의 활동에 관여하며, 인슐린 분비와 미각작용에도 관여한다. 부족할 경우 성장 부진, 미각 감퇴, 불임증 등이 나타난다. 아연은 여러 식품에 널리 분포하기 때문에 결핍되기 어려우나 요구량이 많은 성장기의 청소년의 경우 부족하기 쉽다. 굴에 특히 많으며, 육류, 유제품, 콩류, 곡류 등에 많다. 일일 권장섭취량은 성인의 경우 8~9㎎, 청소년은 9~10mg 등이다.
⊙ 요오드(I) --- 요오드는 체내 대사율을 조절하는 갑상선호르몬의 구성성분이 되는 중요한 미네랄이다. 우리나라의 경우 어패류나 해조류의 섭취가 많아서 요오드 결핍의 위험은 적은 편이다. 일일 권장섭취량은 150㎍이다.
⊙ 구리(Cu) --- 구리는 체내에서 효소를 비롯한 여러 단백질의 구성요소이며, 부족할 경우에는 빈혈, 백혈구 감소 등이 나타난다. 간, 육류, 조개류, 견과류, 녹색채소 등에 많으며 보통 사람에게 구리 결핍증은 매우 드물다. 일일 권장섭취량은 성인 800㎍, 청소년 870㎍이다.
⊙ 망간(Mn) --- 망간은 많은 종류의 효소에 필요한 성분으로서 연골의 합성, 성호르몬 및 갑상선호르몬의 생성에 관여하는 등 정상적인 성장에 필수적인 물질이다. 부족할 경우에는 발육부진, 생식기능 저하 등이 나타나며, 과잉의 망간 섭취는 망간중독(manganism) 증세를 유발한다. 블루베리, 소맥배아, 콩, 견과류 등에 많으며, 보통 사람에게 망간 결핍증은 매우 드물다. 일일 충분섭취량은 3.0~3.5 mg이다.
⊙ 불소(F) --- 불소는 충치예방과 관련된 미량무기질로서 규소(Si)와 결합하여 치아의 법랑질(tooth enamel)을 형성하고, 골격을 강화하는 역할을 한다. 여러 식품에 널리 분포하고 특히 해조류에 많이 들어있다. 일일 충분섭취량은 2.5~3.5 mg이다.
⊙ 셀레늄(Se) --- 1950년대 이전만 하여도 셀레늄은 독성원소로 분류되었으나, 그 후의 연구 결과 1978년 세계보건기구(WHO)와 유엔식량농업기구(FAO)에 의해 필수영양소로 인정되었다. 체내에서 항산화작용을 하는 효소의 구성성분으로서 항산화작용이 매우 강하여 항암효과가 기대되나 아직 암 예방 물질로 인정받지는 못하고 있다. 셀레늄의 항산화작용은 비타민E보다 2,000배나 강한 효과를 내는 것으로 알려져 있다. 육류, 어패류, 도정되지 않은 곡류, 해조류 등에 많으며 일일 권장섭취량은 50㎍이다.
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