적양배추가 산-염기 지시약이 되는 이유

By Handorio/flickr

식물들은 다양한 색소를 포함하고 있다. 흔히 초록색으로 보이는 잎들은 엽록소(chlorophyl)라는 성분 때문이다.

엽록소는 식물이 에너지를 얻는 주요 수단인 광합성에서 핵심 역할을 하기도 한다. 엽록소는 다른 파장의 색은 모두 흡수하고, 녹색에 해당하는 파장의 빛만 반사하기 때문에 이것이 많이 포함된 잎과 줄기가 녹색으로 보인다.

이와 비슷하게 식물의 색을 결정하는 여러 다른 색소들이 있다. 그 중에서도 꽃과 열매의 색깔을 좌우하는 안토시아닌(anthocyanin)이 오늘의 주인공이다.

안토시아닌은 보통 보라색을 띄고 있다. 그래서 보라색을 띄는 꽃이나 열매를 보면 안토시아닌이 많이 들어 있다고 보면 된다. 대표적으로 블랙커런트, 블루베리, 아로니아, 체리, 흑미, 포도, 적양배추 등이 있다.

이 중에서 적양배추가 안토시아닌을 추출하기에 적당하다. 단순히 물에 끓여 달이거나, 믹서기에 갈아 즙을 내는 방법으로 보라색 안토시아닌 용액을 만들 수 있다.  그런데 안토시아닌이 보라색이라는 것은 절대적인 사실이 아니다.

안토시아닌은 산성에서는 붉은색으로 변하고, 염기성에서는 푸른색이나 녹색으로 변하는 성질을 가지고 있다. 이런 성질 때문에 안토시아닌을 가진 꽃이라 할지라도 장미같이 붉은색도 있고, 제비꽃같이 푸른색도 있다. 식물이 가진 산도에 따라 색깔이 다양하게 발현되는 것이다.  이런 성질 때문에 적양배추를 산-염기를 구분하는 지시약으로 활용할 수 있다.

By NutritionFacts.org

보통 산과 염기성은 pH라고 하는 '수소이온농도'로 표기된다. pH를 기준으로 7이면 중성을, 이보다 작으면 산성(acid), 크면 염기성(base)이라고 한다. 화학적으로 보았을 때 산성은 수소이온(H⁺)이 지배적인 경우를 의미하며, 염기성은 수산화이온(OH^-)이 지배적인 경우다.

안토시아닌의 화학적 구조는 다음과 같다. 여기의 R 자리에 다양한 원소들이 붙을 수 있어 여러가지 변종이 자연에 존재한다. 하지만 기본적인 화학적 성질은 모두 비슷하다.

By Wikipedia - Anthocyanin

그 중에서 적양배추 등의 식물에 포함된 보라색의 안토시아닌은 시아니딘(cyanidin)이라고 하며 아래 그림의 가운데 화학구조를 가지고 있다.  화학식의 상단부를 보면 수소이온과 결합하느냐 뺏기느냐에 따라 구조가 약간 달라지며, 이에 따라 색깔이 변하는 특징을 보인다.

By Melody Voith, C&EN

여담으로 안토시아닌은 유명한 항산화물질(antioxidant)이기도 하다. 즉 활성산소를 억제하는 역할을 한다. 활성산소는 세포의 구성물질을 산화시켜 여러가지 문제를 일으킬 수 있다. 요즘 화장품 중에 피부 노화를 막기 위해 항산화성분이 포함되었다고 광고하는 것도 볼 수 있다.

그렇게 오버할 것 까지는 없고, 신선한 야채와 과일을 즐겨 먹으면 식물의 다양한 항산화물질들을 더불어 섭취할 수 있다.

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이 글은 아이와 함께 즐기는 과학 실험을 소개하는 <아이와 함께 하는 부엌 실험실>의 보충 자료입니다.