광합성으로 알아보는 설탕과 꿀의 특성 분류, 탄소동위원소

 설탕과 꿀의 공통점을 생각해보면 달콤하다는 생각이 가장 먼저 떠오르게 된다.

한 가지 더 생각해보면, 모두 식물을 통해 얻어진다는 것이다. 꿀은 대부분 알고 있듯이 꽃에서 얻어진다. 하지만 아무 꽃에서나 쉽게 얻을 수 있는 것은 아니고 벌들이 꽃을 통해 그중에서도 꿀을 가진 밀월에서 꿀을 얻게 된다.

 그런데 설탕은 공장에서 얻어지는 게 아닌가? 흔히 접할 수 있어 그렇게 떠올릴 수 있지만 사탕수수라는 식물을 통해 원료를 얻게 된다.

[그림1] 사탕수수 이미지

 설탕과 꿀이 공통적으로 식물을 통해 얻었지만 꽃과 사탕수수라는 차이점이 있다. 같은 식물이지만 눈으로 확인해도 다른 차이가 있는 만큼 분류할 수 있는 특징들이 있다.

 그중에서도 식물의 광합성과 관련된 특징을 소개하려고 한다.

 

광합성이란?

 광합성이란, 빛 에너지 흔히는 햇빛을 화학 에너지로 전환하는 과정이다.

식물의 경우 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하는 방법은 3가지로 분류된다. 3가지 종류는 C3, C4, CAM이 있다. 분류기준은 이산화탄소를 낮에 흡수하는지, 밤에 흡수하는지 차이 광호흡의 여부가 있지만 이산화탄소를 통해 생성되는 화합물이 다르다는 특징에 대해 알아보려고 한다.

 

 탄소는 일반적으로 서로, 다른 원자와 결합하기 용이하다. 그래서 가지 모양, 사슬 모양 등 여러 가지 결합 형태를 통해 다양한 화합물을 형성한다.

 C3와 C4를 나누는 기준도 생성물이 탄소가 3개로 이루어진 것과 4개로 이루어진 것을 나누어진다는 특징으로 분류되었다.

 이렇듯 식물의 광합성 방식은 여러 가지 차이를 가지고 있다.

 

광합성 종류 소개

	C3 식물	C4 식물	CAM 식물
이산화탄소 흡수	낮	낮	밤
이산화탄소 저장	-	이산화탄소 저장 세포와 분리	이산화탄소 저장 세포와 함께
광호흡 여부	O	X	O
최초 이산화탄소 고정 산물	PGA	말산, 아스파트산	말산
식물 예	콩, 아카시아	옥수수, 사탕수수	선인장

 

설탕 / 꿀 분류

 

설탕과 꿀이 얻어지는 대표 식물을 광합성의 종류에 따라 분류해보려고 한다.

[그림2] 설탕 이미지

설탕은 일반적으로 사탕수수라는 식물을 통해 얻어진다.

즉, C4 방식의 광합성을 하는 식물이 된다.

 

[그림3] 꿀 이미지

 꿀은 꽃에서 얻어지지만 꿀벌이 꽃에서 꿀을 얻어오기 때문에 하나의 꽃을 특정하기 어렵다고 생각된다.

꿀을 얻을 수 있는 꽃인 밀월은 여러 종류가 있지만, 한국에서는 보통 아카시아에서 꿀을 얻는다. 다른 꽃과 비교해서 꽃에 꿀의 양이 많고 비교적 많이 분포되어있기 때문이다.

 그래서 아카시아에서 얻어지는 꿀을 기준으로 하였을 때, 아카시아는 사탕수수와 다른 C3 방식의 광합성을 하는 식물이다.

 

 달콤한 설탕과 꿀 모두 식물에서 얻어진다는 공통점이 있지만 원료 식물의 광합성 방식의 차이를 확인할 수 있었다. 이러한 특징은 꿀의 품질검사 기준 중 하나로 자리 잡고 있다. 

 

꿀의 품질검사 :: 탄소동위원소 비율 검사

 

2021년 벌집꿀의 검사항목에 대해 식품공전규격, 양봉협회 벌꿀 품질규격에 모두 탄소동위원소비율이라는 항목을 확인할 수 있다.

 

 탄소동위원소비율이라고하면 고고학이나 실험실에서 흔히 이용되는 단어일 것 같은데 꿀에 검사항목으로 있다는 점이 특이하다고 생각되었다.

 

 식품공전규격과 양봉협회의 탄소동위원소비율은 “-22.5‰이하 벌꿀 / -22.5‰초과 사양꿀”로 동일한 기준이 적용되었다.

 -22.5% 라는 값은 왜 규정되었고, 어떻게 벌꿀과 사양꿀을 나누는 기준이 되는지 알아보았다.

 

벌꿀과 사양꿀

 우선, 사양꿀이라는 용어는 우리나라 양봉 환경에서 겨울철, 장마철 등 꿀벌이 활동하기 어려운 시기에 벌의 생존을 위해 일부 설탕물을 공급해 생산된 꿀을 말한다.

 

 바로 벌꿀과 사양꿀의 차이가 아카시아와 사탕수수의 차이로 이어지게 된다.

아카시아와 사탕수수는 광합성 방식의 차이가 있고 그 결과에 따라 비율을 선정하게 된다.

 

탄소동위원소비의 기준

 

일반적으로 탄소동위원소비는 IR-MS 장비를 활용해 측정한다. IR-MS는 동위원소 비율 질량분석기로 탄소의 동위원소 비율을 계산해서 결과를 보여준다.

 

[그림4] 탄소동위원소비 자료, 출처 : ohnson, W. C., K. L. Wiley, G. L. Macpherson, 2007, Carbon isotope variation in modern soils of the tallgrass prairie: Analogues for the interpretation of isotopic records derived from paleosols, Quaternary International , 162-163, 3-20.

다음은 C3 식물과 C4 식물의 탄소동위원소비를 나타낸 데이터를 확인하면 서로 완전히 나누어지는 값은 아니지만 주로 나타나는 특징 값의 차이는 확인이 가능하다.

결과적으로 사탕수수와 아카시아를 정확하게 특정한 숫자 데이터로 정의하기는 어렵지만 유추할 수 있는 결과 값은 얻을 수 있게 된다.

[그림5] 아카시아 탄소동위원소비, 출처 : KAPE연구

다음은 지역별 아카시아의 탄소동위원소비 데이터이다.

그래프에서 알 수 있듯이 같은 아카시아라고 하더라도 어느 정도 범위의 차이가 있다. 다음 값을 기준으로 생각해 볼 때 가장 높은 -24 수준의 값을 기준으로 -22.5라는 최종 품질검사 수준이 결정되었다고 예상된다.

 

결과

 식물의 광합성에 차이를 이해하고, 이를 활용해 벌꿀과 사양꿀을 나누는 품질검사 기준에 적용된 원리를 이해할 수 있었다.

하지만 설탕이 아닌 다른 물질이 추가되었을 때의 방법은 어떻게 분류되고 있는지 추가적으로 생각해 볼 수 있게 되었다.