제로칼로리 탄산음료 시장 확장
이 포스팅을 읽고 있는 대부분의 분들은 광고에서 제로칼로리 탄산음료를 접해보거나 마트에서 구매해 마셔본 경험이 있을 겁니다. 과거에는 사람들이 다이어트를 목적으로 일반 탄산음료 대신 제로칼로리 탄산음료를 선택했다면 현재는 건강을 위해 제로칼로리 탄산음료를 선택하는 경우가 늘고 있습니다. 즉, 제로칼로리 탄산음료를 소비하는 소비자 층이 다양해진 겁니다.
제로칼로리 탄산음료는 일반 탄산음료와는 다르게 설탕과 과당 같은 단순당이 첨가되어있지 않아 대사질환과 심장질환의 유발 위험성이 낮다고 알려져 있습니다. 그래서 다이어트 중인 경우가 아니더라도 건강 관리를 위해 제로칼로리 탄산음료를 선택하는 경우가 많아지고 있는 것입니다. 이를 입증하듯 매년 제로칼로리 탄산음료 시장이 폭풍 성장하고 있습니다. 실제로 국내 제로칼로리 탄산음료 시장은 2019년 452억 원에서 2021년 2189억 원으로 불과 2년 만에 384%의 성장률을 보였습니다.
그런데 이 시점에서 생각해봐야 하는 것이 있습니다. 우리가 기존에 탄산음료를 대신해 제로칼로리 탄산음료를 마시면 실제로 건강에 이로운 영향이 있을까요? 다이어트하는 사람들에게 도움이 될까요? 아니면 제로칼로리 탄산음료도 일반 탄산음료와 마찬가지로 우리 몸에 해로울까요? 이번 포스팅에서는 제로칼로리 탄산음료의 진실과 오해에 관해 이야기하려고 합니다.
감미료 정의 및 분류
제로칼로리 탄산음료의 핵심은 식품첨가물인 감미료에 있습니다. 그래서 제로칼로리 탄산음료에 대해 이야기하기 전에 감미료가 무엇이고 종류는 어떤 것들이 있는지 먼저 알아야 합니다. 식품의약품안전처에서 정리한 식품첨가물용어집에는 감미료를 [식품에 감미를 부여할 목적으로 첨가하는 식품 및 식품첨가물]로 정의하고 있습니다. 간단히 이야기하면 음식에 단맛을 나게 하는 물질이 감미료인 것입니다. 감미료는 흔히 가정에서 음식을 조리할 때 사용하는 설탕, 물엿, 올리고당, 꿀 등이 있고 음료, 과자, 아이스크림 같은 가공식품에 첨가하는 액상과당, 결정과당 등이 있습니다. 그리고 이밖에도 여러 종류의 감미료가 식품을 제조하는 데 사용되고 있고 우리는 알게 모르게 일상에서 이를 섭취하고 있습니다.
단맛을 내는 물질은 약 200개 이상 존재하지만 모두 감미료로 쓰이지는 않습니다. 왜냐하면 섭취했을 때 뒷맛이 쓰거나, 제조와 생산에 지나치게 많은 비용이 들거나, 섭취 시 안전성을 보장할 수 없는 등의 문제가 있을 수 있기 때문입니다. 그래서 감미료로 사용되기 위해서는 최소한 아래 조건을 충족해야 하며 국내의 경우 식품의약품안전처의 허가를 승인받아야지만 유통 및 판매할 수 있습니다.
<감미료로 사용되기 위한 조건>
1) 깨끗한 맛을 지니고 있고 뒷맛이 없어야 한다.
2) 당도에 따른 가격 면에서 설탕과 비교될 수 있어야 한다.
4) 용해도가 높고 안정성이 커야 한다.
5) 장기적으로 안전기준에 도달해야 한다.
감미료를 분류하는 기준은 크게 두 가지가 있습니다. 제조방식에 따라 천연감미료와 인공감미료로 분류하고 생산원료에 따라 당질감미료와 비당질감미료로 분류합니다. 한편, 당질감미료와 비당질감미료를 칼로리와 영양 함유를 기준으로 분류할 때에는 비영양감미료(Non-Nutritive Sweetener, NNS)와 영양감미료로 용어를 달리해서 구분하기도 합니다.
천연감미료면서 당질감미료인 설탕은 사탕수수나 사탕무에서 수크로즈(scrurose)를 추출하고 정제한 것으로 세계적으로 가장 많이 소비됩니다. 설탕은 현재까지 존재하는 감미료 가운데 맛과 경제성이 완벽에 가까운 물질로 다른 감미료를 평가하는 기준이 됩니다. 합성감미료는 단맛을 가진 합성 화학물질로 인공감미료라고도 합니다(그림 1).
합성감미료는 일반적으로 설탕보다 수백 배 강한 단맛을 내지만 칼로리가 없거나 낮아 설탕 대용으로 많은 가공식품에 사용되고 있습니다. 최초의 합성감미료인 사카린은 1879년 존스홉킨스 대학의 아이라 렘센(Ira Remsen) 교수의 연구실에서 러시아 화학자인 콘스탄틴 필버그(Constantin Fahlber)에 의해 개발되었습니다. 원래는 콜타르(coal tar) 추출물인 벤조익 설파마이드(benzoic sulfimide)를 연구하던 중이었는데 손에 묻은 하얀 가루에서 강한 단맛이 나는 것을 발견하고 계속 연구를 이어나간 끝에 사카린을 개발했습니다.
합성감미료는 설탕과 대비해서 감미도가 높고 가격이 저렴한 이유로 식품산업계에서 설탕을 대체해 사용하고 있고 칼로리가 낮거나 없어 소비자의 많은 관심을 받고 있습니다. 국내에서 사용이 허가된 합성감미료는 솔비톨, 아스파탐, 수크랄로스 등이 있습니다. 현재 식품의약품안전처에서 사용이 허가된 합성감미료는 22종으로 실제로 식품의약품안전처에서 사용이 승인된 합성감미료는 많지 않습니다(표 1). 한편, 나라마다 감미료를 평가하는 기준이 달라서 우리나라에서 사용이 승인되지 않은 감미료라 하더라도 다른 나라에서 사용이 승인된 경우도 있습니다.
표 1. 식품의약품안전처에서 사용 승인한 22종의 합성감미료
| 감초추출물 | 만니톨 | 수크랄로스 | 이소말트 | 효소처리스테비아 |
| 글리실리진산이나트륨 | D-만티톨 | 스테비올배당체 | D-자일로오스 | |
| 네오탐 | 사카린나트륨 | 아세설팜칼륨 | 자일리톨 | |
| 락티톨 | D-솔비톨 | 아스파탐 | 토마틴 | |
| D-리보오스 | D-소비톨액 | 에리스톨 | 폴리글리시톨시럽 |
제로칼로리 탄산음료에 첨가하는 비영양감미료
제로칼로리 탄산음료에 첨가되는 감미료는 합성감미료 중에서도 비영양감미료인 사카린나트륨, 아세설팜칼륨, 수크랄로스, 스테비아 등이 있습니다. 이러한 감미료의 특징은 높은 감미도를 가지고 있음에도 무열량이거나 설탕보다 300~600배 높은 감미도를 가지고 있어 적은 양으로도 단맛을 낼 수 있어 칼로리가 매우 낮습니다. 또한, 일반적으로 체내에 흡수되지 않고 대사 되지 않기 때문에 대부분 배설되어 혈당과 인슐린에 영향을 주지 않는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 감미료 맛이 저마다 조금씩 다르고 특징이 있기 때문에 설탕과 과당을 첨가했을 때의 맛과 유사하도록 2~4가지 종류의 비영양감미료를 적절히 혼합하여 제로칼로리 탄산음료를 제조하고 있습니다.
그런데 비영양감미료를 첨가해서 제조하는 제로칼로리 탄산음료는 0kcal로 열량이 없을까요? 엄밀하게 말하면 0kcal는 아닙니다. 우리나라 식품의약품안전처 [식품 등의 표시 기준]에 따르면 열량이 100ml 당 5kcal 미만이 이라면 극소량이라고 판단하기 때문에 0kcal로 표기할 수 있습니다. 코카콜라사에 제로콜라를 예로 들면, 제로콜라 250ml 1 캔에 열량이 0kcal로 표기되어 있으나 실제로 3kcal 정도의 열량을 가지고 있습니다. 일반 콜라 250ml에 1 캔에 108kcal 열량을 가진 것과 비교해서 1/36 차이입니다.
비영양감미료의 사용으로 제로칼로리 탄산음료의 열량을 눈에 띄게 낮춘 것보다 더 중요한 의미를 갖는 것이 있습니다. 바로 단순당을 첨가하지 않았다는 것입니다. 기존의 탄산음료에 첨가하는 단순당의 일종인 과당은 일반 탄산음료에 첨가되는 대표적인 감미료로 순간적으로 혈당을 급격하게 증가시키고 뇌의 식욕 중추를 자극해 포만감을 느끼지 못하게 합니다. 결과적으로 비만, 고혈압, 고지혈증, 당뇨병을 유발하고 2차적으로 심혈관계 질환을 포함하여 여러 질환에 노출시킵니다.
국내의 한 매체에서는 실제로 일반 콜라와 제로콜라를 섭취하게 한 뒤 혈당 변화를 관찰하는 실험을 진행했었는데요. 결과에 따르면 일반 콜라를 섭취하면 혈당이 급증했고 30분이 지나자 처음 혈당보다 60mg/dl이 증가하면서 최고치를 기록했습니다. 그러다가 혈당이 소폭 감소하기 시작하는데 그럼에도 불구하고 1시간이 지났을 때 혈당은 처음 혈당보다 높았습니다. 반면에 제로콜라를 섭취했을 때는 시간을 두고 혈당이 천천히 증가했으며 최대 증가폭이 30mg/dl로 일반 콜라에 비해 1/2 가량 낮았습니다. 또한, 섭취 후 1시간이 지나서는 처음 혈당과 유사한 수준으로 돌아오는 것을 확인했습니다. 실제로 비영양감미료는 음식 섭취 후 혈당이 상승하는 속도를 0부터 100까지의 수치로 나타내는 혈당지수(Glysemic index, GI)가 0이거나 매우 낮습니다.
한편, 식품의약품안전처에서는 감미료의 일일섭취허용량(ADI, Acceptable Daily Intake)을 정하고 있습니다. 각각의 감미료의 허용량 범위 내로 섭취할 경우 안전하다고 보는 것입니다. 비영양감미료도 마찬가지로 일일섭취허용량이 정해져 있는데 아래와 같습니다. 예를 들어, 체중 60kg의 성인이 아스파탐 43mg이 함유된 제로콜라 250mL를 섭취해서 아스파탐 일일섭취허용량을 넘기려면 하루에 56캔을 섭취해야 합니다. 수크랄로스는 제로탄산음료 1kg당 140mg이 들어 있는데 355ml 캔을 하루에 18캔 이상을 마셔야 일일섭취허용량을 넘길 수 있습니다. 하지만 우리는 일상에서 한 가지 가공식품을 섭취하는 것이 아니기 때문에 지나친 비영양감미료 섭취는 주의하고 지양해야 합니다.
- 사카린나트륨: ADI 5mg/kg bw/day
- 수크랄로스: ADI 15mg/kg bw/day
- 아셀설팜칼륨: ADI 15mg/kg bw/day
- 아스파탐: AD0 40mg/kg bw/day
1일 섭취 허용량(ADI): 사람이 어떤 물질을 일생동안 매일 계속 먹어도 신체에 영향이 없다고 판단되는 하루 섭취량 (단위 mg/kg제품/1일)
제로칼로리 탄산음료에 제기되는 문제
최근 비영양감미료와 비만, 당뇨병, 심장질환 등의 관련성을 보고하는 연구들이 속속들이 발표되고 있습니다. 하지만 그 내용이 우리가 알고 있던 내용과는 전혀 상반되는 것이라 다소 충격입니다. 비영양감미료는 설탕과 액상과당 등을 대체해서 섭취하면 건강에 나은 영향을 주는 것으로 많이 알려져 있으나 오히려 설탕과 액상만큼 우리 몸에 해로운 영향을 준다는 인체적용시험 결과를 담은 연구들이기 때문입니다. 확인한 바에 따르면 설탕과 과당을 과량 섭취했을 때 우리 몸에 나타날 수 있는 증상들 당뇨병, 식욕증가, 비만과 고혈압, 심혈관질환 같은 질병 발생의 위험성이 비영양감미료 섭취로도 발생할 수 있다는 내용의 연구들이 주를 이루고 있습니다. 관련 연구 내용을 아래와 같습니다.
1. 당뇨병을 유발하고 식욕을 높여 비만을 야기
합성감미료의 대부분은 체내에서 대사 되지 않고 배출되지만 장내 미생물 조성을 변화시켜 정상인과 당뇨환자의 중간단계로, 당뇨가 본격적으로 시작되기 전 상태인 당불내성(glucose intolerence)을 유발한다는 주장이 있습니다. 또한, 칼로리 없는 단맛의 음식을 섭취하면 뇌에서 칼로리를 보충하기 위해 오히려 식욕을 늘릴 수 있다는 연구들도 보도되고 있습니다.
이스라엘 Weizmann 과학연구소 소속의 한 연구팀은 비당질감미료 섭취가 신체에 미치는 영향을 연구했습니다. 120명의 건강한 성인을 대상으로 사카린, 아스파탐, 스테비아, 수크랄로스를 2주 동안 하루 최대 섭취량보다 적게 섭취하도록 하고 같은 기간 동안 비영양감미료를 섭취하지 않은 대조군과 혈당 변화와 당불내성 발생 유무를 비교했습니다. 연구 결과, 사카린과 수크랄로스를 2주 동안 섭취한 그룹은 대조군에 비해 혈당 반응이 컸고 당불내성이 나타났습니다. 반면, 아스파탐과 스테비아를 섭취한 집단은 포도당 불내성이 나타나지 않았습니다.
한편, 비영양감미료 연구를 진행하고 있는 미국 서던캘리포니아대(USC) 의대 Kathleen Page 박사 연구팀은 74명을 두 그룹으로 나눠 각각 설탕과 수크랄로스가 함유된 음료를 마시게 한 뒤 햄버거와 도넛 같은 음식 사진을 보여주고 식욕과 관련된 뇌 영역 변화를 자기공명영상(MRI)로 확인했습니다. 그 결과 수크랄로스가 함유된 음료를 마신 여성과 비만인 사람에서 식욕과 관련된 뇌 영역 활동이 증가하고 포만감을 느끼게 하는 렙틴(leptin) 호르몬 수치가 감소하는 것을 확인했습니다. 다시 말해 여성과 비만한 사람은 비영양감미료에 더 민감하게 반응해서 배고픔 신호를 보내고 더 많은 음식을 먹게 할 수 있다는 것입니다(그림 2). Kathleen Page 박사는 결론에 대해 사람의 뇌는 똑똑하기 때문에 우리가 칼로리가 없지만 단맛이 나는 음식이나 음료를 섭취할 때 칼로리가 존재하는 단 음식을 찾기 때문이라고 해석했습니다. 하지만, 이 같은 결과에 대해 일관성이 없고 이론과 해석을 뒷받침할 수 있는 사람을 대상의 연구가 부족하기 때문에 더 많은 연구와 논의가 필요하다고 지적하는 연구자들도 있습니다.
2. 심혈관 질환 발생을 유도
설탕은 체내에서 대사과정을 거치면서 중성지방의 양을 증가시키고 대사성증후군(metabolic syndrome) 발생에 핵심적인 요소로 작용합니다. 그러나 합성감미료는 다릅니다. 합성감미료는 우리 몸에서 흡수되지 않고 몸 밖으로 배출되어 생체대사에 영향을 끼치지 않는다고 알려져 있습니다. 그러나 위스콘신 의과대학 생체의학공학과 브라이언 호프먼 연구팀은 합성감미료가 당뇨와 비만을 초래할 수 있는 유전자 수준의 신진대사 변화를 일으키는 경로를 밝혔다고 보고했습니다. 연구진은 비영양감미료 아스파탐과 아세설팜칼륨에 각각 3주 동안 노출되면 마우스와 인간세포에서 지질 신진대사에 관여하는 특정 유전자 발현에 변화가 생기는 것을 발견했습니다. 호프먼 조교수는 아스파탐은 혈류 내 지질을 증가시키고, 혈류 내 지질을 청소하는 생체분자를 감소시켰다고 언급했습니다. 혈관 벽 세포를 파괴하거나 인슐린 저항성으로 심혈관 질환을 유발하는 설탕의 작용 방식과는 다르게 혈관에 지방이 쌓이게하여 고지혈증은 유발하고 심혈관 질환 등 다양한 합병증을 야기하는 것입니다.
사람을 대상으로 수행한 연구에서 위의 이론을 뒷받침할 수 있는 다른 연구가 있습니다. 프랑스 국립보건연구소(INSERM) Eloi Chazelas 교수 연구팀이 2009년부터 2019년까지 10년 동안 평균 나이 42세 성인 남녀 10만 4천 명을 대상으로 음료 섭취 성향을 기반으로 뇌중풍, 일과성 허혈성 발작(TIA), 심근경색증, 급성관상동맥증후군, 혈관성형술과 같은 심장질환과의 연관성을 추적 조사했습니다. 조사 대상자들의 37%는 아스파탐, 아세설팜칼륨, 수크랄로스 등 다양한 종류의 인공감미료를 섭취하고 있었는데 하루 평균 인공감미료 섭취량은 42.5mg(제로콜라 100ml) 정도 수준이었습니다.
결과에 따르면 비영양성감미료를 많이 마시는 사람(인공감미료 하루 평균 섭취량 78mg로 제로콜라를 매일 한 캔 180ml를 마시는 정도)은 설탕이 든 일반 음료를 마신 사람과 똑같이 심혈관 질환에 걸릴 위험이 높았습니다. 비영양감미료 음료나 설탕 음료를 많이 마신 사람은 물이나, 차, 커피를 마신 사람보다 심혈관 질환에 걸릴 확률이 20% p 높게 나타났습니다. 연구 결과, 비영양감미료가 들어간 다이어트 음료와 설탕 음료는 심혈관 질환 관련한 유해성에서는 큰 차이가 없다는 것입니다. 게다가 연구진은 제로칼로리 음료에 들어간 합성감미료가 우리 몸의 신진대사를 변화시켜 설탕이 흡수되는 속도를 증가시킬 수 있다고 지적했습니다.
연구 저자 Eloi Chazelas 교수는 설탕 음료와 비당질감미료 음료를 많이 마시는 것은 심혈관 질환의 위험을 높일 수 있으며, 이는 비당질감미료가 건강한 대체제가 아닐 수 있음을 시사한다고 언급했습니다. 한편, 인디애나 대학 보건의 심부전 이식 심장 의학자인 Roopa Rao는 비당질감미료가 심혈관 건강에 영향을 미치는 정확한 이유와 메커니즘은 정확하지 않지만, 인공감미료가 장내 미생물 환경에 변화를 일으키고 포도당 과민증을 증가시키는 연관성이 있다고 말했습니다.
앞서 합성감미료에 대해 설명하면서 잠깐 언급한 사카린은 2000년에 이르기까지 우여곡절이 많았습니다. 사카린이 개발되고 10년이 지났을 무렵 1977년 캐나다 국립보건연구소에서 고농도의 사카린을 섭취하게 한 마우스의 방광에서 종양을 발견했다는 연구발표를 했기 때문입니다. 미국과 캐나다를 비롯한 여러 나라에서 사카린의 안전성을 문제 삼았고 20년 동안 발암물질 또는 유해물질이라는 누누명을 써야 했습니다. 그러나 많은 후속 연구에서 캐나다의 마우스 실험은 비정상적으로 설계되었고, 사카린은 인간에게 암을 유발하지 않는다는 연구가 발표되며 발암물질이라는 누명을 벗게 되었습니다.
과학자들이 사카린 섭취가 사람에게 어떤 영향을 주는지 규명하기 위해 진행한 많은 후속 연구로 사카린에 관한 기존의 연구 결과가 반전되었습니다. 이렇듯 과학에서는 하나의 사실이 진실이 되기 위해서는 많은 과학자들의 통찰과 연구가 필요합니다. 비영양감미료는 설탕의 대체제로써 소비자에게 건강과 경제적인 측면에서 많은 이로운 점을 주고 있습니다. 그러나 비영양감미료가 개발되고 사용되어 온 지 오랜 시간이 지났지만 대부분의 연구들은 물질에 유해성이 있는지 규명하는 데만 많은 시간을 들였습니다. 비영양감미료가 우리 몸에서 어떻게 대사되고 어떤 영향을 주는지 밝히는 연구는 최근에서야 진행되고 있습니다.
그렇기 때문에 비영양감미료가 실제로 비만을 야기하고 심혈관 질환을 유발하는지 명확하게 하기 위해 추가 연구가 더 많이 진행될 필요가 있으며 비영양감미료가 함유된 식품을 소비하는 우리들은 항상 관심을 가지고 있어야 합니다. 사카린의 경우처럼 우리가 기존에 생각했던 이론과는 다른 이론이 도출될 수 있고 그 영향은 고스란히 소비자가 받을 수 있기 때문입니다.
레퍼런스
- 박영호, 당류 섭취와 저감화 기술의 최근 동향-설탕 대체재 연구 동향, 식품과학과 산업 9월호 (2016)
- Charolette Debras, Artificial sweeteners and risk of cardiovascular diseases: results from the prospective NutriNet-Santé cohort, BMJ (2022)
- Eloi Chazelas, Sugary Drinks, Artificially-Sweetened Beverages, and Cardiovascular Disease in the NutriNet-Santé Cohort, J Am Coll Cardiol. (2020)
- Gardner C., Non-nutritive sweeteners: evidence for benefit vs. risk. Curr Opin Lipidol. (2014)
- Marie Aitani et al., The rol of leptin in the control of insulin-glucose axis, Frontirers (2013)
- Jotham Suez et al., Personalized microbiome-driven effects of non-nutritive sweeteners on human glucose tolerance, Cell (2022)
- Rogers PJ et al., Does low-energy sweetener consumption affect energy intake and body weight? a systematic review, including meta-analyses, of the evidence from human and animal studies. Int J Obes (Lond) (2016)
- Stephanie Kullmann, Nonnutritive Sweeteners and Neural Reward Response in Women and Individuals With Obesity, JAMA Netowrk Open (2021)
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