식품에서의 항산화제 작용 원리, 차이점: HAT (Hydrogen Atom Transfer) vs ET (Electron Transfer)

 

식품에서의 항산화제는 제품의 색상, 맛, 영양소를 보호하고 신선도를 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 모든 항산화제가 동일하게 작용하는 것은 아닙니다. 

이번 글에서는 항산화제의 주요 메커니즘을 1차 항산화제와 2차 항산화제로 구분하고, 자유 라디칼 억제 방식인 HAT (Hydrogen Atom Transfer)와 ET (Electron Transfer)에 대해  알아보겠습니다.

 

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1. 항산화제 작용 원리

항산화제는 주요 항산화제 (1차)와 보조 항산화제 (2차)로 구분 할 수 있습니다

 

1) 주요 항산화제 (1차)

✓ 자유 라디칼을 직접 중화하거나, 전자/수소 원자 전달을 통해 산화 반응을 직접 억제
✓ 즉각적으로 작용하여 산화 반응을 중단시킴

(1) 자유 라디칼 억제
수소 원자 (HAT) 또는 전자 (ET) 전달로 라디칼 중화

(2) 공명 안정화
라디칼 중화 후 공명 구조로 안정화 상태 유지

(3) 전자 전달 (환원제 역할)
전자 기부로 산화성 분자 중화 (환원 능력)

2) 보조 항산화제 (2차)

✓ 산화 촉매 (금속 이온)를 제거하거나, 산화 반응이 일어나기 어려운 환경을 만듦
✓ 직접적으로 자유 라디칼을 억제하지는 않지만, 산화 조건을 차단함

(1) 금속 이온 킬레이션
철, 구리 등 금속 이온을 킬레이트하여 산화 촉매 제거

 

 

 

 

 

2. 자유 라디칼 억제

앞서 항산화제는 수소 원자 (HAT) 또는 전자 (ET) 전달로 라디칼 중화 반응을 통해 산화 반응을 억제 할 수 있다고 설명했습니다. 이 두 메커니즘은 항산화제가 자유 라디칼을 중화하는 방식에서 차이가 있습니다.

1) HAT (Hydrogen Atom Transfer)

원리 : 항산화제(A)가 수소 원자(H)를 자유 라디칼에 전달하여 이를 중화

ROO• + AH → ROOH + A•

항산화제 AH에서 수소 원자를 제공하면 자유 라디칼이 수소와 결합하여 안정화되게 됩니다. 

이때 수소를 제공하면서 생성된 A• (라디칼)은 항산화제 자체의 공명 구조로 안정화될 수 있습니다. 또한 입체 장애(Steric hindrance)가 있는 경우, 라디칼의 반응성도 줄어들게 됩니다.

단, 공명 안정화가 부족하거나 입체 장애가 없는 경우, 불안정한 라디칼로 변하여 Pro-oxidant (산화 촉진)의 위험이 있습니다.

HAT는 매우 빠르게 작용하며, 라디칼 생성을 즉각적이고 직접적으로 억제합니다.

HAT 작용을 하는 대표적인 항산화제로는 비타민 E (α-토코페롤)이 있습니다. α-토코페롤은 지질 내 자유 라디칼 ROO·와 반응하여 수소를 전달 → ROOH 형성합니다. 이때 비타민 E는 안정적인 라디칼 형태로 변환되어 추가 반응을 억제합니다.

 

 

 

 

2) ET (Electron Transfer)

원리 : 항산화제가 전자(e-) 단독을 자유 라디칼 또는 산화성 분자에 전달하여 이를 중화

AH → A+ + e− (항산화제에서 전자 전달)
ROO• + e⁻ → ROO⁻ (자유 라디칼이 전자를 받아 안정화)

항산화제는 양이온 (A⁺) 또는 라디칼 (A•)로 변환될 수 있습니다.

항산화제는 전자 공여체로 작용하여 라디칼 또는 산화성 분자를 환원시킵니다. 이 방식은 라디칼뿐 아니라 다양한 산화성 물질 (금속 이온, 과산화물 등)에도 적용 가능 합니다.

ET의 경우 HAT와는 안정성 관점에서 차이가 있습니다. 전자를 잃은 항산화제 (A⁺)는 전자 밀도 감소로 매우 불안정할 수 있으며, 전자 밀도를 회복하거나 다른 분자에서 전자를 받아야 안정화됩니다. 따라서 구조적으로 안정화되지 않은 경우 역으로 산화를 촉진할 수 있음.

ET 작용을 하는 대표적인 항산화제로는 비타민 C (아스코르빈산)이 있습니다. 비타민 C는 전자 두 개를 순차적으로 기부하여 과산화물같은 산화성 분자를 환원시킵니다. 산화된 형태 (디하이드로아스코르브산, DHA)는 다시 비타민 C로 재생될 수 있습니다.

이러한 이유로 비타민C는 안정성이 높은 산성 조건에서 사용하거나 다른 항산화제와 병용, 파생 형태인 아스코빌 팔미테이트를 사용하게 됩니다.

3) HAT vs ET 메커니즘 비교

앞서 설명한 내용을 표로 정리해보았습니다.

 

특성	HAT (Hydrogen Atom Transfer)	ET (Electron Transfer)
반응 방식	수소 원자 (H = 1p + 1e) 전달	전자 (e⁻)만 전달
공여된 입자	수소 원자 (H) = 양성자 (H⁺) + 전자 (e⁻)	전자 (e⁻) 단독 전달
라디칼 생성 여부	라디칼 (AH•) 생성	양이온 (A⁺) 또는 라디칼 (A•) 생성
안정성	공명 안정화로 비교적 안정적	전자 손실로 인한 양이온 불안정성
반응 에너지	상대적으로 낮은 에너지로 반응 가능	더 높은 에너지 요구 (전자 전달 조건에 민감)
대표 예	페놀류 (로즈마리, 그린티, 비타민 E)	비타민 C, 폴리페놀, 금속 킬레이션 (철, 구리)

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식품에서의 항산화제는 단순히 신선도를 유지하는 것을 넘어, 색상, 맛, 영양소를 보호하는 중요한 역할을 수행합니다. 이번 글에서 소개한 HAT (Hydrogen Atom Transfer)와 ET (Electron Transfer) 메커니즘을 이해하면, 다양한 식품에 적용되는 항산화제의 작용 원리를 명확히 파악할 수 있습니다. 

 

 

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