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과연 설탕만 단맛이 나는 걸까?

달콤한 탕후루나 초콜릿 케이크를 보면 입안에 군침이 돌지만, 동시에 늘어날 체중 걱정에 망설여지곤 합니다. 설탕의 단맛을 포기하지 않으면서도 건강을 지킬 방법은 없을까요? 우리 혀에는 미뢰가 있어 음식의 다양한 맛을 감지합니다. 짠맛과 신맛은 특정 이온이 세포로 들어오며 느껴지지만, 단맛과 쓴맛, 감칠맛은 분자 구조를 인식하는 수용체를 통해 전달됩니다. 이러한 미각의 원리를 이해하면 설탕 없이도 단맛을 즐기는 비밀을 풀 수 있습니다. 미각의 신비가 과학적으로 밝혀진 것은 그리 오래되지 않았습니다. 2000년대 초반부터 쓴맛, 단맛, 감칠맛을 느끼는 수용체들이 차례로 발견되었고, 이후 짠맛과 신맛에 관여하는 이온 채널의 정체도 규명되었습니다. 이로써 인간이 느끼는 다섯 가지 기본 맛의 지도가 완성되었습니다. 우리가 흔히 섭취하는 설탕의 주성분인 포도당은 우리 몸의 핵심 에너지원이자 수용체에 즉각적인 반응을 일으키는 고유한 구조를 가지고 있어 우리에게 달콤한 즐거움을 선사합니다. 최근 인기를 끄는 제로 음료에는 설탕 대신 대체 감미료가 들어갑니다. 아스파탐이나 사카린 같은 물질은 설탕보다 훨씬 강렬한 자극을 주면서도 신체에 흡수되는 에너지는 거의 없습니다. 이는 대체 감미료 분자가 혀의 특정 부위와 매우 강력하게 결합하여 뇌에 신호를 보내기 때문입니다. 덕분에 칼로리 걱정 없이도 혀끝에서는 설탕 이상의 달콤함을 만끽할 수 있어 다이어트 식품이나 대체 감미료로 널리 활용되고 있습니다. 서로 다른 구조를 가진 분자들이 어떻게 똑같이 단맛을 낼 수 있는지 의문이 생길 수 있습니다. 이는 우리 몸의 수용체가 특정 형태에만 국한되지 않고 여러 화합물에 반응할 수 있는 포용성을 지녔기 때문입니다. 대체 감미료는 설탕과는 다른 화학적 구성을 가졌음에도 수용체의 활성 부위에 성공적으로 안착하여 신호를 만들어냅니다. 다만 이러한 성분은 매우 강력한 효과를 지니므로, 건강한 식생활을 위해서는 섭취량 조절에 유의해야 합니다. 우리가 느끼는 맛은 분자와 수용체 사이의 정교한 상호작용이 만들어낸 결과물입니다. 최근에는 인공지능 기술인 알파폴드의 등장으로 단백질 구조 예측이 비약적으로 발전하며 미각 연구의 새로운 장이 열렸습니다. 이 기술을 활용하면 수용체의 구조를 정밀하게 분석하여 어떤 물질이 맛을 내는지 시뮬레이션할 수 있습니다. 과학의 발전은 이제 자연의 설탕을 넘어, 더 건강하고 혁신적인 달콤함을 창조하여 우리의 식탁을 더욱 풍성하게 만들어줄 것입니다.

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화학
생명과학
융합

우리가 맛을 느끼는 데 오감은 얼마나 중요할까? 눈코👀👃를 막고 사과와 무, 구분 가능?? l 심심할 땐 과학

우리가 음식을 맛볼 때 혀의 감각에만 의존한다고 생각하기 쉽지만, 사실 맛의 비밀은 뇌에 있습니다. 시각, 후각, 미각 등 오감이 조화를 이룰 때 비로소 우리는 '맛있다'는 감정을 느낍니다. 특히 시각은 우리가 받아들이는 정보의 80% 이상을 차지할 정도로 강력하여, 눈으로 보는 즐거움이 맛의 기대를 결정하기도 합니다. 실험을 통해 코를 막고 눈을 가리면 사과와 무조차 구분하기 힘들다는 사실은, 후각과 시각이 미각을 완성하는 데 얼마나 결정적인 역할을 하는지 잘 보여줍니다. 감각 기관들이 뇌와 긴밀하게 연결되어 있기에 우리는 결국 뇌로 음식을 먹는 셈입니다. 인류의 진화 과정에서 요리는 뇌의 성장을 폭발시킨 핵심적인 계기였습니다. 약 78만 년 전부터 음식을 익혀 먹기 시작하면서 영양 흡수 효율이 높아졌고, 이는 곧 지능의 발달로 이어졌습니다. 이 과정에서 생존에 유리한 영양소를 찾기 위해 미각도 정교해졌는데, 그중 '제5의 맛(감칠맛)'은 단백질 섭취를 알리는 중요한 신호로 자리 잡았습니다. 아미노산의 일종인 글루탐산에서 비롯되는 이 맛은 우리 몸이 에너지를 얻고 세포를 구성하는 데 필요한 성분을 본능적으로 찾게 만듭니다. 요리의 시작은 인간을 인간답게 만든 진화의 출발점이었습니다. 흔히 인공 조미료로 알려진 글루탐산나트륨(MSG)에 대해 부정적인 인식이 많지만, 과학적 관점에서 보면 이는 자연 재료에서 추출한 성분과 화학적으로 동일한 구조를 가집니다. 다시마나 토마토에 풍부한 글루탐산 성분을 효율적으로 농축한 것이 바로 글루탐산나트륨(MSG)이며, 이는 많은 가축의 희생을 줄이면서도 대중에게 풍부한 맛을 선사하는 경제적인 발명품입니다. 우리가 먹는 과일이나 채소 역시 수많은 화합물로 이루어져 있다는 점을 고려할 때, 특정 성분에 대한 막연한 혐오보다는 성분의 본질과 적절한 섭취량에 집중하는 태도가 필요합니다. 화학은 결코 자연과 대척점에 있는 것이 아니라 자연의 맛을 더 효율적으로 전달하는 도구입니다. 요리의 즐거움은 서로 다른 재료가 만나 맛을 증폭시키는 '상승 효과'에서 극대화됩니다. 글루탐산이 풍부한 채소와 핵산 성분이 많은 육류나 해산물을 함께 조리하면 감칠맛은 단독으로 쓰일 때보다 수 배 이상 강력해집니다. 불고기에 채소를 곁들이거나 스테이크를 구울 때 가니시를 함께 내는 것은 경험적으로 이러한 과학적 원리를 활용해온 사례입니다. 심지어 국물 요리에 김가루를 뿌리는 사소한 습관조차도 김에 들어있는 풍부한 감칠맛 성분을 이용해 맛의 깊이를 더하려는 본능적인 선택이라 할 수 있습니다. 이러한 맛의 조화는 요리를 하나의 예술이자 과학으로 만듭니다. 제5의 맛(감칠맛)은 단순한 미각적 즐거움을 넘어 생명 유지의 신호탄과 같습니다. 갓 태어난 아기가 먹는 모유에도 감칠맛 성분이 풍부하다는 사실은 인간이 태어날 때부터 이 맛을 갈구하도록 설계되었음을 시사합니다. 반면 육식을 멈추고 대나무만 먹게 된 판다처럼 환경에 따라 특정 미각이 퇴화하기도 합니다. 결국 우리가 맛을 탐구하는 과정은 인류가 어떻게 생존해 왔으며, 자연과 과학이 어떻게 조화를 이루어 우리의 삶을 풍요롭게 만드는지를 이해하는 과정과도 같습니다. 뇌가 기억하는 맛의 즐거움은 우리가 건강하게 살아가는 데 필요한 가장 강력한 동기부여 중 하나입니다.

국립과천과학관과학예능😆

화학
생명과학
뇌인지과학

[강연] 화학적 감각: 냄새, 맛의 정체는 무엇인가? _ by박태현｜2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 10강 | 10강 ①

수소는 우주에서 가장 흔한 원소이자 미래의 청정 에너지원으로 주목받고 있습니다. 흔히 수소를 폭발 위험이 큰 물질로 생각하지만, 실제로 수소가 폭발하기 위해서는 산소와 적절한 비율로 혼합되어야 하는 조건이 필요합니다. 연소 후 오직 물만을 남기는 수소는 공해 없는 에너지 시스템의 핵심이며, 앞으로 수소전기자동차와 같은 기술을 통해 우리 실생활에 더욱 깊숙이 자리 잡을 것입니다. 수소 자체는 위험한 폭발물이 아니라, 우리가 어떻게 제어하고 활용하느냐에 따라 인류의 지속 가능한 발전을 이끌 소중한 자원이 됩니다. 인간의 오감 중 시각, 청각, 촉각은 물리적 성질을 인지하는 감각인 반면, 미각과 후각은 화학 분자를 인지하는 화학적 감각입니다. 우리는 이미 카메라나 오디오 레코더를 통해 시각과 청각 정보를 디지털화하여 스마트폰에 담아냈지만, 화학적 감각을 대신할 장치는 아직 일상화되지 않았습니다. 냄새와 맛을 감지하는 유일한 장비가 여전히 우리의 코와 혀라는 사실은 이 분야가 과학적으로 매우 도전적인 영역임을 시사합니다. 이러한 화학적 감각의 디지털화는 현대 과학이 풀어야 할 거대한 미스터리 중 하나로 남아 있습니다. 후각의 원리는 오랫동안 베일에 싸여 있었으나, 2000년대에 들어서야 분자 차원에서 그 메커니즘이 밝혀졌습니다. 인간의 코에는 약 400종류의 후각 수용체가 존재하며, 특정 냄새 분자가 이 수용체들과 결합하여 만들어내는 독특한 조합의 패턴이 뇌에 전달되어 냄새로 인식됩니다. 이는 마치 QR코드가 정보를 담고 있는 것과 유사하며, 동일한 성분이라도 농도에 따라 결합하는 수용체의 패턴이 달라지면 전혀 다른 향기로 느껴지기도 합니다. 이러한 발견은 후각이 단순한 화학 반응을 넘어선 복잡한 정보 처리 과정임을 보여줍니다. 바이오 전자코는 인간의 후각 수용체를 인공적으로 구현하여 냄새를 디지털 신호로 변환하는 혁신적인 기술입니다. 인간의 유전 정보를 활용해 대장균과 같은 미생물에서 수용체를 대량 생산하고, 이를 나노튜브나 그래핀과 같은 나노소자와 결합하여 미세한 전류 변화를 측정합니다. 이 기술이 완성되면 질병의 조기 진단이나 식품의 신선도 측정, 재난 현장에서의 실종자 수색 등 다양한 분야에서 인간의 능력을 뛰어넘는 감지 능력을 발휘할 것입니다. 이는 생명공학과 전자공학이 결합하여 만들어낸 융합 기술의 정수라고 할 수 있습니다. 미각 역시 혀 위의 수용체가 화학 물질과 결합하며 느끼는 감각으로, 단맛, 쓴맛, 짠맛, 신맛, 감칠맛의 다섯 가지 기본 맛으로 구성됩니다. 특히 단맛의 경우 설탕, 아스파탐, 사카린처럼 구조가 전혀 다른 물질들이 동일한 수용체에 결합하여 같은 맛을 내기도 합니다. 이러한 원리를 이용한 바이오 전자혀는 인간의 미각을 정밀하게 재현하여 식품 개발이나 독성 물질 탐지 등에 활용될 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 화학 구조만으로는 예측하기 힘든 맛의 영역을 생체 수용체를 통해 객관적인 수치로 변환하는 것이 이 기술의 핵심입니다. 자연의 생명체로부터 영감을 얻는 생물 모방 기술은 의료 분야에서도 큰 혁신을 일으키고 있습니다. 거친 파도 속에서도 바위에 단단히 붙어 있는 홍합의 홍합 접착 단백질은 인체에 무해하면서도 강력한 접착력을 지녀, 실로 꿰매는 기존의 봉합 방식을 대체할 차세대 의료용 접착제로 주목받고 있습니다. 유전공학을 통해 대량 생산된 이 단백질은 흉터를 최소화하고 수술 후 회복 속도를 높이는 등 환자의 삶의 질을 획기적으로 개선하고 있습니다. 자연이 수억 년에 걸쳐 최적화해 온 생존 전략을 인간의 기술로 재해석하여 실생활에 적용하는 사례입니다. 4차 산업혁명 시대는 디지털, 바이오, 물리 기술이 유기적으로 융합되어 새로운 가치를 창출하는 시대입니다. 냄새를 코드화하여 시각적으로 보여주거나 멀리 떨어진 곳으로 전송하는 기술은 더 이상 영화 속 상상이 아닙니다. 화학적 감각이 스마트폰 속으로 들어오는 '오감 스마트폰'의 시대가 머지않았으며, 자연의 원리를 깊이 이해하고 이를 첨단 기술과 결합하려는 노력은 인류의 삶을 더욱 풍요롭고 안전하게 만들어 줄 것입니다. 과학적 호기심에서 시작된 탐구는 이제 인간의 감각을 확장하고 세상을 인지하는 새로운 방식을 제시하고 있습니다.

박태현, 차형준

카오스재단카오스강연

화학

[과학관에 불이 켜지면] 커피와화학자

어릴 적 과학자를 꿈꾸던 소년은 전기와 전자공학을 전공하며 세상의 이치를 탐구했습니다. 하지만 전공 공부의 어려움 속에서 우연히 마주한 바리스타의 친절과 커피 한 잔의 기쁨은 인생의 방향을 바꾸어 놓았습니다. 타인에게 행복을 전하는 사람이 되고 싶다는 열망은 그를 커피의 세계로 이끌었고, 이제는 동료들을 '파트너'라 부르며 함께 성장하는 바리스타의 길을 걷고 있습니다. 커피는 단순한 음료를 넘어 사람과 사람을 잇는 따뜻한 매개체가 됩니다. 커피를 제대로 즐기기 위해서는 오감을 활용하는 섬세한 과정이 필요합니다. 인간의 코는 2,000가지 이상의 향을 구분할 수 있는데, 커피를 마시기 전 향을 먼저 맡는 습관은 미각의 즐거움을 극대화합니다. 또한 와인을 시음하듯 공기와 함께 커피를 강하게 들이마시면 액체가 입안에 스프레이처럼 퍼지며 혀 전체의 미뢰를 자극합니다. 이를 통해 쓴맛, 단맛, 신맛, 짠맛이 어우러진 커피 본연의 풍미를 온전하게 느낄 수 있으며, 이는 커피를 즐기는 가장 과학적인 방법이기도 합니다. 우리가 마시는 커피는 사실 커피나무에서 열리는 빨간 열매인 '커피 체리'의 씨앗에서 시작됩니다. 손톱만 한 크기의 체리 껍질을 벗겨내면 녹색을 띠는 생두가 나타나는데, 이를 볶는 과정에서 '마이야르 반응'이라는 화학적 변화가 일어납니다. 열에 의해 세포 조직 내부에 이산화탄소가 발생하고 색이 갈색으로 변하며 우리가 아는 원두가 완성됩니다. 원두에 뜨거운 물이 닿을 때 생기는 거품은 바로 이 갇혀 있던 가스가 방출되는 흥미로운 과학 현상입니다. 커피의 역사 속에는 혁신적인 발명가들의 노력이 숨어 있습니다. 20세기 초 화학자 사토리 가토가 발명한 인스턴트 커피는 물을 증발시켜 건조한 가루를 다시 녹여 마시는 획기적인 방식으로 커피의 대중화를 이끌었습니다. 또한 에스프레소 머신은 직원들이 커피 마시는 시간을 단축해 업무 효율을 높이려던 한 기업가의 아이디어에서 탄생했습니다. 이처럼 커피 추출 기술의 발전은 더 편리하고 빠르게 맛있는 커피를 즐기려는 인간의 욕구가 기술적 진보와 맞물려 탄생한 결과물입니다. 사이폰을 이용한 커피 추출은 마치 정교한 과학 실험을 연상시킵니다. 열을 가해 물의 부피가 팽창하고 기체의 압력이 높아지면 물이 관을 타고 위로 올라가 커피 가루와 만납니다. 이후 가열을 멈추면 내부 압력이 낮아지면서 진공 상태가 형성되고, 대기압의 원리에 의해 추출된 커피액이 필터를 거쳐 아래로 내려오게 됩니다. 내열 유리를 통해 펼쳐지는 이 역동적인 과정은 일상 속의 현상을 탐구하는 태도가 얼마나 중요한지를 보여주는 아름다운 과학의 한 장면입니다.

국립과천과학관문화행사🎆

화학
생명과학
융합

[석학인터뷰] 박태현_ 냄새와 맛, 그것이 미스터리하다! | 2018 가을 카오스강연 '화학의 미스터리, CheMystery'

서울대학교 교수직을 비롯하여 한국과학창의재단과 국가과학기술연구회 등 다양한 분야에서 중책을 맡아온 학자의 삶은 끊임없는 도전의 연속입니다. 수많은 역할을 동시에 수행하면서도 지치지 않고 나아갈 수 있는 원동력은 다름 아닌 자신이 맡은 일에서 진정한 가치를 발견하는 태도에 있습니다. 주어진 기회에 감사하며 그 과정에서 보람을 느끼는 마음가짐은 단순한 업무를 넘어 삶을 풍요롭게 만드는 에너지가 됩니다. 이러한 긍정적인 에너지는 개인의 성취를 넘어 사회 전반에 기여할 수 있는 활동으로 이어지며, 결과적으로 더 나은 미래를 설계하는 밑거름이 됩니다. 일상 속에서 작은 가치를 찾아내고 이를 감사함으로 승화시키는 태도는 현대인들에게도 중요한 시사점을 던져줍니다. 오늘날 4차 산업혁명의 중요성이 강조되고 있지만, 정작 우리 일상의 문화 콘텐츠 속에서는 과학적 면모를 찾아보기 어렵다는 아쉬움이 남습니다. 과거에는 만화 영화 속 과학자 캐릭터를 보며 꿈을 키우던 아이들이 많았으나, 최근의 대중 매체는 자극적인 갈등 구조나 관계 중심의 서사에만 치중하는 경향이 있습니다. 자라나는 세대에게 과학적 호기심과 동기를 부여하기 위해서는 드라마나 영화 제작자들이 과학 기술이 자연스럽게 녹아든 프로그램을 개발하는 데 더 많은 관심을 기울여야 합니다. 대중적인 프로그램 속에 과학적 요소가 스며들 때, 비로소 학생들은 새로운 미래를 꿈꾸고 창의적인 사고를 확장할 수 있는 기회를 얻게 될 것입니다. 화학의 영역에서 여전히 풀리지 않은 거대한 미스터리 중 하나는 바로 인간의 후각과 미각입니다. 시각이나 청각, 촉각을 디지털 정보로 변환하는 기술은 이미 고도로 발달하여 카메라나 녹음기 같은 장치로 구현되었지만, 후각과 미각을 완벽하게 포착하는 장비는 아직 세상에 존재하지 않습니다. 이는 후각과 미각을 유발하는 화학 분자의 구조와 크기가 매우 다양하여 이를 하나의 명확한 화학적 정의로 규정하기 어렵기 때문입니다. 예를 들어 서로 다른 구조를 가진 물질들이 동일한 단맛을 내는 현상은 화학적으로 설명하기 힘든 신비로운 영역입니다. 이러한 감각의 원리를 깊이 이해하려는 노력은 향후 후각과 미각 기능을 구현하는 스마트폰과 같은 혁신적인 기술 개발의 핵심이 될 것입니다.

박태현

카오스재단카오스강연

화학