쉽게 이해하는 화학용어 ② 가수분해 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (219)

가수분해는 일상생활에서 우리가 쉽게 마주치는 화학용어 중 하나입니다. 강아지를 키우는 이라면 알레르기 사료나 간식에서 쉽게 ‘가수분해 단백질’이라는 문구를 봤을 거예요. 그리고 최근 ‘저분자 가수분해 단백질’ 기술을 이용해 단백질 흡수력을 높인 가공식품도 많이 나오고 있습니다.  

가수분해는 생명과학뿐 아니라 화학에서도 중요한 과정입니다. 우리 생활에서는 어떻게 활용되고 있는지 알아보겠습니다.   

◆물로 잘게 쪼개다  

가수분해 예시. 출처=: chemistrylearner.com)

가수분해(hydrolysis)란 화합물에 물을 끼워 넣어 두개 이상으로 쪼개는 화학반응입니다. 위의 예시는 AB라는 화합물이 물과 반응하여 각각 수소 및 수산화 이온과 결합하면서 분해되는 과정을 보여주고 있습니다. 이렇게 물은 다른 반응물의 화학결합을 파괴하는 데 사용됩니다. 

하이드로(hydro)는 물이라는 의미를 지니고 있는데, 그리스어에서 유래됐습니다. 

금속염이 물과 반응해 산성 또는 알칼리성 물질이 되거나 사람의 소화기 내에서 음식이 아밀라아제와 만나 소화되는 과정도 가수분해입니다.  

◆가수분해 원리 

가수분해가 되기 위해서는 물 외에 결합을 끊어주기 위한 힘을 필요로 하는데, 화학적 가수분해에서는 산과 열이, 생물학적 가수분해에서는 가수분해 효소 등이 각각 필요합니다. 

원자나 분자간 결합이 끊어지는 힘에 의해 분해되면, 그 분위를 안정화시키기 위해 물의 수산화 이온(OH-)과 수소 이온(H+)이 결합하는 것이 기본 원리입니다. 

-염의 가수분해 

베이킹 소다. 출처= belleza.facilisimo.com

염이 물에 녹아 산과 염기로 나뉘는 반응으로, 수용액 중 이온이 물과 반응하면 수소 이온이나 수산화 이온을 내 산성이나 염기성을 나타냅니다.  

강산과 강염기에서 생기는 염(예: 탄산수소나트륨·NaHCO₃) 또는 강산과 약염기에서 생기는 염(예: 염화암모늄·NHCI)을 물에 녹이면 각각 가수분해가 일어납니다. 예를 들어 베이킹 소다로 보통 알고 있는 탄산수소나트륨은 약산성이지만 물에 녹으면 알칼리성을 띠는데, 단백질이나 때를 녹여 제거할 수 있어 친환경 세제로 쓰이고 있습니다.  

-유기 화합물의 가수분해 

유기 화합물의 가수분해는 에스테르, 산무수물(무수 아세트산, 무수 프탈산 등), 산염화물, 산아마이드, 단백질, 펩타이드, 녹말, 당, 셀룰로스 등이 물과 반응하여 분해되거나 분자형식이 변하는 것을 의미합니다. 에스테르에 물을 반응시키면 카르복시산과 알코올이 각각 얻어지게 되는데, 가수분해를 통해 새로운 물질이 만들어집니다.  

생명체 내에서는 결합 대부분이 가수분해로 깨질 수 있는데, 탄수화물과 단백질은 클리코시드 및 펩타이드 결합을 깨진 결과 이당류와 단당류, 그리고 아미노산으로 쪼개어져 장에서 쉽게 흡수될 수 있도록 돕습니다.  

대부분이 가수분해로 깨질 수 있는데, 탄수화물과 단백질의 경우 클리코시드결합과 펩타이드 결합을 깨 이당류와 단당류, 그리고 아미노산으로 쪼개어 장에서 쉽게 흡수될 수 있도록 돕습니다.  

◆비누부터 유제품까지! 열가수분해 제품들 

가수분해를 응용한 대표적인 제품가 바로 비누(사진)입니다.

비누화 반응은 트리글리세리드(지방)가 물과 염기(보통 수산화나트륨·NaOH 또는 수산화칼륨·KOH)로 가수분해 될 때 발생합니다. 이 반응으로 글리세롤이 생성되고, 지방산은 염기와 반응하여 비누로 사용됩니다.

또한 단백질을 더 작은 폴리펩타이드나 아미노산으로 미세하게 분해된 ‘가수분해 단백질’은 몸 안에 들어갔을 때 흡수와 소화를 돕습니다. 우리 몸이 단백질을 인지할 수 없을 정도로 작게 쪼개지기 때문에 알러지 반응을 일으키지 않는다는 장점이 있습니다.  

소화 흡수를 돕는 유제품과 강아지용 알러지 사료와 간식 등이 가수분해 단백질을 활용한 사례인데요, 이 외에도 다양한 화학제품 및 식품 등에 가수분해 기술이 활용되고 있습니다.  

◆쓰레기 줄이는 친환경 열가수분해 기술 

열가수분해는 주로 유기성 폐기물을 에너지화하거나 감량화하는데 쓰이는데요. 그동안 매립하거나 바다에 버려지던 음식물 폐기물나 하수 찌꺼기 등을 대상으로 고온·고압의 스팀으로 그 유기물질을 분해하여 바이오 가스를 생산하거나, 탈수 건조 과정을 거쳐 감량하는 기술입니다.  

국내에서 열가수분해 하수 및 음식물 쓰레기 처리 기술이 개발되면서 친환경적인 폐기물 처리는 물론이고 재생 에너지까지 생산까지 할 수 있게 됐습니다. 덕분에 미래 친환경 기술로도 주목받고 있습니다.  

가수분해 기술은 이렇듯 우리가 먹는 식품부터, 비누, 세제 등 생활용품 뿐만 아니라 쓰레기를 친환경적으로 처리하고 에너지를 생산하는 데에도 기여하고 있습니다.

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