'칼로리(Calorie)'에 대하여

0. 목차

1. '칼로리'란?
2. 식품의 칼로리 측정하기
3. 저칼로리 식품
4. 하루 소비 에너지 합계 계산하기
5. 어떻게 음식에서 에너지원인 ATP가 나오는가?
6. 지방이 잘붙지 않는 기름
7. 칼로리의 과섭취

1. '칼로리'란?

 요즘은 과거에 비해 음식을 많이 섭취하는 환경이 되었다. 하지만 살이 찌는 것이 부담스럽거나, '칼로리'가 마음에 걸려 마음껏 먹지 못한다고 말하는 사람들도 있을 것이다. 또 각종 음식이나 각종 재료에도 칼로리가 기재되고 있다. 다이어트를 원하는 사람들에게 '저칼로리'나 '제로칼로리' 식품이 인기를 끌기도 한다. 이제 '칼로리'는 누구나 아는 일상적이 용어가 되었다. 그런데 별생각 없이 쓰고 있는 '칼로리(calorie)'란 말은 정확히 무엇을 의미하는 걸까?

 본래 '칼로리'란 에너지의 양을 나타내기 위해 쓰는 말이다. 우리는 생활 속의 다양한 곳에서 '에너지(energy)'를 이용하고 있다. 예컨대 물을 끓일 때 불이 가진 에너지를 이용하고, 자동차를 움직이기 위해 휘발유를 이용한다. 마찬가지로 우리의 몸을 움직이는 데도 에너지가 필요하다. 그리고 우리는 그 에너지를 음식물에서 얻고 있다. 음식물이 가지고 있는 에너지의 양을 나타내는 단위 중 하나가 바로 '칼로리'이다. 그런데 '칼로리'는 음식물의 에너지를 양을 나타내는 단위이기 이전에, 원래 '칼로리'는 물리학에서 에너지의 양을 나타내기 위해 쓰는 단위이다. 1cal는 1g의 물의 온도를 1℃ 상승시키는데 필요한 에너지로 정의된다.

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2. 식품의 칼로리 측정하기

 그러면 식품이 가지고 있는 에너지는 어떻게 측정할 수 있을까? 식품이 가지고 에너지는 그 식품을 태워봄으로써 알 수 있다. 먼저 식품을 특수한 용기에 넣고, 그 용기를 일정량의 물속에 넣어둔다. 그리고 용기 안을 산소로 채우고 식품을 순식간에 태운다. 그러면 그 열로 용기 밖의 물이 데워진다. 이때 물의 온도가 어느 정도 상승했는가를 측정하면, 그 식품이 가지고 있는 에너지의 양인 '칼로리'를 구할 수 있다.

 식품이 가지고 있는 에너지의 원천은 당질, 지질(, 단백질이 있는데, 이들을 '3대 영양소'라고 부른다. 이들을 태우면 1g당 당질은 4.1kcal, 지질은 9.3kcal, 단백질은 5.6kcal라는 수치가 얻어진다. 하지만 '식품 성분표'에는 4.0, 9.0, 4.0 등, 태워서 얻어지는 값보다 낮은 값이 실려 있다. 그 이유는 사람이 음식물을 먹어도 모두 소화 흡수할 수는 없기 때문이다. 그래서 이런 부분을 고려하여, 실제 식품이 가지고 있는 칼로리보다 조금 낮게 적혀있는 것이다.

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3. 저칼로리 식품

 최근에는 저칼로리 식품이 인기를 끌고 있다. '저칼로리(low calorie)'를 넘어 '제로 칼로리(zero calorie)'라는 말까지 나왔다. 사실 '제로 칼로리'라고 해도, 완전히 제로가 아닌 경우도 많다. 한국의 식품위생법에서는 100mL 당 4kcal 미만일 때, '제로 칼로리'라고 표시할 수 있다. 또 식품 100g 당 40kcal 미만 또는 100mL당 20kcal 미만일 때, '저칼로리'라고 표시할 수 있다.

 제로칼로리 식품 중에는 '코카콜라 - 제로슈가(Coca Cola - Zero Sugar)'같은 제로 칼로리 음료수가 있다. 원래 콜라 같은 단 음료수에는 보통 당분이 많이 들어있다. 그런데 '코카콜라 - 제로슈가'는 어떻게 제로 칼로리가 될 수 있었을까? 바로 '제로 칼로리'의 콜라는 보통의 설탕이 아니라 인공 감미료를 사용하고 있기 때문이다. 인공 감미료는 몸에 흡수되어도 에너지로 이용되지 않고 몸밖으로 배출되거나 극미량이라 해도 충분히 단맛을 가지고 있다. 그래서 칼로리를 아주 낮게 만들 수 있다. 예컨대 인공 감미료의 하나인 '아스파르템(Aspartem)'은 1g당 칼로리는 설탕과 같지만 설탕의 200배의 단맛을 가지고 있다.

코카콜라 - 제로슈가

3. 대사량

3-1. 활동 대사량

 운동을 하면 많은 에너지가 소비된다. 운동에 의해 소비되는'에너지의 양' 즉, '활동 대사량(Activity Metabolism)'는 '체중(kg)'×'운동 강도(METs 수)'×'운동 시간'으로 구할 수 있다. '메츠 수(METs 수)'는 산책할 때 약 3 정도, 가벼운 조깅을 할 때는 7 정도, 수영을 할 때 10 이상의 수치가 된다. 예컨대, 체중 70kg인 사람이 2시간 동안 수영을 했다면, 70×10×2= 1400kcal 가량의 에너지를 소비한다.

 아래는 '운동의 강도'와 '소비 칼로리'를 정리한 것이다.

1. 1.0메츠: 조용히 앉아 있는 상태
2. 1.3메츠: 앉아서 책이나 신문을 읽을 때
3. 1.5메츠: 앉아서 대화, 사무실 업무
4. 1.8메츠: 서있는 상태에서 대화
5. 2.0메츠: 요리, 세탁물 접기 등의 가벼운 가사
6. 2.3메츠: 설거지, 다림질, 서서하는 일
7. 2.5메츠: 스트레칭, 캐치볼, 천천히 걷기
8. 3.0메츠: 보통 빠르기로 걷기, 실내 청소, 볼링, 배구
9. 3.5메츠: 걸레질, 가벼운 짐 운반, 체초, 카트를 사용한 골프
10. 4.0메츠: 빨리 걷기, 자전거, 눈치우기, 수중 운동
11. 5.0메츠: 야구, 피구
12. 7.0메츠: 조깅, 축구, 테니스
13. 8.0메츠: 자전거 타기(시속 20km), 수영(자유형 천천히)

3-2. 기초 대사량

 그런데 사람은 생명을 유지하는 일 그 자체에도 에너지를 쓰고 있다. 즉, 사람은 몸을 움직이지 않아도 에너지를 쓰고 있다. 생각을 할 때도, 혈액을 만들 때도, 머리카락을 키울 때도, 손톱을 키울 때도, 뼈나 피부를 다시 만들 때도 심장 박동을 할 때도, 호흡을 할 때도, 체온 유지를 할 때도 에너지가 쓰인다. 이처럼 몸을 움직이지 않고, 안정되어 있을 때 최저로 필요한 에너지를 '기초 대사량(Basal Metabolism)'이라고 한다. '기초 대사량'은 평균적으로 하루에 사람이 필요로 하는 에너지의 약 60% 정도라고 한다.

 한국 20~29세 남성의 체중 (71.8±10.6kg)의 기초 대사량은 (1725±368.2kcal)로 알려져 있다. 또 한국 20~29세 여성의 체중 (52.1±6.12kg)의 기초 대사량은 (1311±233.0kcal)로 알려져 있다. 즉, 기초 대사량은 기본적으로 체중과 비례하고, 같은 체중이라도 기초 대사량에는 개인마다 차이가 있다.

3-2-1. 기초 대사량은 어떻게 결정되는가?

 '골격근'(근육)은 1kg당 하루에 약 13kcal를 소비한다. 남성은 체중의 40% 정도, 여성은 체중의 35% 정도가 표준적인 근육의 비율이다. 예컨대 체중이 65kg이고 표준적인 체격의 남성이라면 근육은 26kg이 된다. 따라서 이 남성의 골격근에 대한 기초 대사는 하루에 약 338kcal(13×26)가 된다.

 한편 '지방 조직'은 1kg당 하루에 약 4.5kcal밖에 소비하지 않는다. 즉 같은 무게로 비교할 경우, 근육의 기초 대사량이 더 크다. 예컨대 체중이 65kg이고 표준적인 체경의 남성이라면, 지방 조직은 약 14kg이 된다. 따라서 이 남성의 지방 조직에 대한 기초 대사는 하루에 약 63kcal(4.5×14)가 된다.

 그밖에 뇌, 심장, 간 등에서 소비하는 칼로리도 있어서, 이들을 모두 합치면 기초 대사량이 된다. 기초 대사량은 그 사람의 몸의 조성에 따라 달라진다. 기초 대사량에는 개인차가 있겠지만, '대량 근육(골격근)'의 비율은 22%, 지방 조직은 4%, 간 21%, 뇌 20%, 심장 9%, 신장 8%, 기타 16% 정도다. 기초 대사 중에서 인위적으로 늘릴 수 있는 것은 근육에 의한 소비이다. 즉, 근력 트레이닝을 통해 근육량을 늘리면 기초 대사량이 늘어나게 된다.

3-2-2. 나이와 기초대사량

 어릴 때는 표준 체형이었지만, 나이가 들으면서 체중이 늘어나는 사람도 많을 것이다. 이것은 나이를 먹으면서 '기초 대사량'이 낮아지는 것이 원인일 수 있다. 나이를 먹으면서 '기초 대사량'이 내려가는 것은 나이를 먹으면서 근육량이 감소하기 때문이다.

 체중 65kg의 표준 체격의 20대 남성은 기초대사량이 1560kcal이다. 이 남성이 50대가 되었을 때, 체중에 변함이 없었다고 하더라도 일반적으로 근육은 감소하고 지방이 늘어나 기초 대사량은 1400kcal까지 내려갈 것으로 예상된다. 이 차이는 무려 160kcal이다. 즉, 하루에 160kcal이 남는 셈이고, 이것을 지방 조직으로 환산하면 23g이 된다. 이 상태가 1년 지속되면, 단순 계산으로 체중이 약 8.4kg 늘어난다. (물론 체중이 증가하면서 기초 대사나 운동에 필요한 에너지가 늘어나기 때문에 실제로는 이렇게까지 늘어나지는 않을 것임)

3-3. 소화 대사량

 기초 대사량 이외에 음식을 소화, 흡수, 운반할 때 열이 되어 소비되는 에너지도 있다. 이를 '소화 대사량' 또는 '식사 유발성 열생산'이라고 한다. 이것은 식사를 하면 몸이 따뜻해지는 원인이기도 하다. '식사 유발성 열생산'에 의한 소비 칼로리는 전체 섭취한 에너지의 10% 정도이다.

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4. 하루 소비 에너지 합계 계산하기

 하루에 소비하는 에너지는 '기초 대사량', '활동 대사량', '식사 유발성 열생산'을 합친 값이다. '하루 소비 에너지 합계'는 기초 대사의 값에 그 사람의 생활 활동 정도의 따른 수치를 곱하면 추정할 수 있다.

 예컨대 하루종일 책상에 앉아서 하는 일을 하는 사람은 기초 대사의 값에 1.5를 곱하면 된다. 체중이 65kg이고 표준 체격인 20대 남성의 기초 대사량이 1560kcal인 경우, 이 남성의 '하루 소비 에너지 합계'는 2340kcal(1560×1.5)가 된다. 서서 일을 하거나 이동이 많은 일, 격한 운동을 하는 사람은 2.0을 곱하면 된다. 체중이 65kg이고 표준 체격인 20대 남성의 기초 대사량이 1560kcal인 경우, 이 남성의 '하루 소비 에너지 합계'는 3120kcal(1560×2.0)가 된다.

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5. 어떻게 음식에서 에너지원인 ATP가 나오는가?

5-1. 당질이 ATP가 되는 경로

 그러면 식품에서 어떻게 우리 몸에 쓰이는 에너지원이 나올까? 당연히 몸속에서 식품을 태우는 것은 아니다. 밥을 먹었을 때를 생각하면서, 몸속에서 어떻게 에너지를 얻는지 알아보자. 쌀의 주성분은 '탄수화물(당질)'이다. (당질은 빵이나 감자 등에도 많이 들어 있음) 당질은 소화액에 의해 '포도당'이라는 단순한 분자가 되어 소장에서 흡수된다. 그리고 흡수된 포도당은 일단 간으로 보내지고, 거기에서 혈관을 통해 온몸으로 보내진다.

 세포에 들어간 포도당은 세포 내부에서 다시 분해가 진행되고, 분해된 물질은 '미토콘드리아(Mitochondria)'라는 세포 소기관 안으로 들어간다. 미토콘드리아는 세포 안에 들어 있는 에너지 생산 공장이라고 할 수 있는데, 미토콘드리아에서는 'ATP(아데노신3인산)'이라는 분자가 만들어진다. 이론적으로는 포도당 1분자에서 38개의 ATP가 만들어진다. ATP는 사람뿐만 아니라 생물 전체에서 쓰이는 '에너지의 통화'같은 것으로, 몸속에서 쓰이는 에너지는 ATP의 형태로 저장된다. ATP가 가지고 있는 에너지는 'ADP(아데노신2인산)'이라는 분자로 바뀌는 과정에서 방출된다. 이렇게 방출된 에너지가 생명 유지나 운동을 할 때 쓰이는 것이다.

5-2. 지질이 ATP가 되는 경로

 ATP가 만들어지는 경로는 물질마다 다르다. 지질의 경우, 다음과 같은 경로를 거쳐 ATP가 만들어진다. 소화액에 의해 분해되고 소장에서 흡수된 지질은 몸속에서 지방이 되어 피하 지방 등의 조직에 우선 저장된다. 그리고 필요에 따라 다시 분해되어, 혈액을 통해 온몸의 세포로 운반된다. 이후 필요에 따라 다시 분해되어, 혈액을 통해 온몸의 세포로 운반된다.

 지질에서 에너지원이 되는 주역은 '지방산(Fatty Acid)'이다. 지방산은 탄소가 길게 늘어선 모양을 하고 있다. 예컨대, '팔미트산(palmitic acid)'이라는 지방산은 탄소가 16개나 연결되어 있다. 세포에 들어간 '지방산'은 세포 소기관인 미토콘드리아 속으로 들어가 탄소 사슬이 차례차례 끊어진다. 그리고 점점 더 작게 분해되어 최종적으로 ATP가 만들어진다. '팔미트산'의 경우, 1분자가 분해되면 129개의 ATP가 생긴다.

팔미트산(palmitic acid)

5-3. ATP 분자에 에너지가 저장되는 이유

 그러면 ATP 분자에 에너지는 어떻게 저장될까? ATP의 분자에는 '인산(Phosphoric acid)'이라고 불리는 물질이 셋씩 이어진 부분이 있다. 에너지가 많이 저장되어 있는 부분은 '인산'의 결합 부분이다. 인산은 음전기를 띠고 있다. 그런데 같은 전기를 띤 것끼리는 서로 반발하므로, ATP의 인산 부분은 원래 서로 반발하는 것끼리 무리하게 붙어있는 것과 같다. 즉, 이런 결합을 만들려면 에너지가 필요하다. 그래서 이 부분의 결합에는 에너지가 저장되어 있고, 결합이 끊어지면 그 에너지가 해방되는 것이다.

ATP와 ADP

6. 지방이 잘붙지 않는 기름

 기름을 지나치게 섭취하다 보면, 그것만으로 몸에 지방이 쉽게 붙는다. 하지만 최근에는 '몸에 지방이 잘 붙지 않는 기름'도 볼 수 있다. 그러면 이러한 기름은 일반적인 기름과 어떻게 다를까? 이러한 유형의 기름에는 두 종류가 있다.

6-1. 중간사슬 지방산

 하나는 '중간사슬 지방산(Medium Chain Fatty Acid)'이라는 것이다. 일반적인 기름은 '긴사슬 지방산'으로 사슬이 16~18개인 것이 많지만, '중간사슬 지방산'은 사슬의 길이가 8~10개로 비교적 짧은 것을 말한다. 사슬이 짧으면 만들어지는 ATP의 양이 적어지므로 '중간사슬 지방산'의 칼로리는 적다고 할 수 있다.

 또 '중간 사슬 지방산'은 사슬이 긴 지방산과는 달리 소장에서 흡수된 다음, 당질과 마찬가지로 곧 간으로 운반된다. 그리고 체지방으로 저장되기에 앞서 온몸으로 전해져 에너지로 소비된다. 체지방이 잘 붙지 않는 것은 이 때문이다.

6-2. 디아실글리세롤

 다른 하나는 '디아실글리세롤(diacylglycerol)'이라고 불리는 것이다. 일반적인 기름은 지방산 셋이 결합한 '트리아실글리세롤(triacylglycerol)' 형태를 하고 있고, 체지방도 이와 갔다. 하지만 디아실글리세롤은 지방산 둘이 결합한 모양을 하고 있다. 그래서 몸속에 흡수된 다음 체지방이 되기 어려운 성질을 가지고 있는 것으로 생각된다.

트리아실글리세롤(triacylglycerol)

디아실글리세롤(diacylglycerol)

7. 칼로리의 과섭취

 사람의 몸은 언제나 필요량을 웃도는 에너지를 저장시키려는 성질이 있다. 여분의 에너지를 지방의 형태로 저장함으로써, 음식물이 먹지 못할 때를 대비한다. 지방은 1g당 다른 영양소에 비해 더 많은 에너지를 가지고 있을 수 있으므로, 지방을 이용하면 간결하게 에너지를 저장할 수 있다.

 생물이 마지막에 에너지로 이용하는 것은 ATP이다. 그러면 에너지를 그냥 ATP로 저장하는 것이 좋지 않을까? 하지만 ATP는 1g당 약 0.014kcal의 에너지밖에 내지 못한다. 따라서 ATP로 지방과 같은 양의 에너지를 내기 위해서는 지방의 650배 이상의 무게가 돼야 한다. 이렇게 비교해 보면, 지방이 얼마나 효율적으로 에너지를 저장하고 있는지 잘 알 수 있다.