4. 식물섬유 - Cellulose (셀룰로오스)

나무 줄기, 잎, 목화, 종이 등과 같은 식물 섬유는 포도당 단위체(monomer)가 사슬 형태로 연결되어 있는 고분자 화합물(Polymer)이야. 단맛을 내고, 우리 몸 세포의 주된 에너지원으로 쓰이는 포도당이  모여서 섬유가 만들어진다는게 좀 의외야.  

 

다당류는 수산기(OH)의 위치에 따라 구조 다당류(Cellulose, Chitin, Pectin)와 저장 다당류(Starch, Glycogen)로 나뉘어. 

식물성 구조 다당류인 셀룰로오스는 포도당(Glucose)이 물을 만들면서 강한 사슬의 선형 구조로 연결된 형태로 나무나 풀, 비전분 채소(시금치, 브로콜리, 오이, 토마토 등)의 세포벽을 형성해. 포유류는 자체 소화 효소가 없어서 식물 세포벽을 이루는 풍부한 포도당으로 이루어진 셀룰로오스를 분해할 수 없고 효소를 만드는 외부 박테리아의 도움을 받아야 포도당을 분해해 에너지로 쓸 수 있어.   

식물성 저장 다당류인 전분(starch)은 곡류의 씨앗과  전분 채소(감자, 고구마, 녹두 등)에 저장돼. 대부분 동물들은 전분을 분해할 수 있는 효소를 스스로 만들어 소화과정에서 포도당을 분리해 에너지로 사용하지.  

 

면화(cotton)는 90% 이상이 셀룰로오스(Cellulose)로 이루어져 있고, ‘면이 숨을 쉰다’는 것은 셀룰로오스 사슬에 달려 있는 수산기(OH)가 물과 쉽게 결합해 땀을 흡수하고, 증발하는 과정에서 몸의 열기를 빼앗아 시원하게 해주는 거야. 기원전 알렉산더 대왕의 원정 때 인도에서 유럽으로 소개되었고, 중세에는 아랍인들이 스페인 점령 시기에 가져오기도 했지만, 유럽 기후에서는 재배가 어려워 영국은 인도와 미국 남부에서 수집한 면화로 면직물을 만들어 수출했어.

서인도 제도에서 사탕수수 재배로 시작된 아프리카 노예를 사용한 농장이 미국 남부의 목화재배로 이어져 18세기 영국 산업혁명과 함께 지속되었는데, 한때 19세기 미국 수출의 2/3가 목화였고 당시 노예의 수는 사백만명에 달했다고 해. 

Uncle Tom's Cabin(1852)의 한장면

(https://en.wikipedia.org/wiki/File:Legree.png)

 

영국 랭커셔(Lancashire)의 습한 기후는 면화 섬유가 뭉치기 쉬운 조건을 제공했고, 산업혁명과 기술발전으로 이 지역에서 면직물 산업이 발전했어. 주로 귀족인 토지 소유자들이 양모 산업의 부흥으로 농지를 대규모 목축지로 변경하고, 소작을 하던 공동 경작지들이 사유화되기 시작하자, 농지를 잃은 가난한 농민들이 대규모로 도시로 유입돼 노예와 다름없는 대우를 받는 값싼 공장 노동자로 전락하였어. 다섯살 이하 유아의 사망률이 50%가 넘었고, 아이들이 14시간 이상 잠을 자지 못하도록 구타당하며 아동 노동 착취를 당하던 가혹한 시대였어.  

아동 노동 착취 (1909), 미국

(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f7/)

아동 노동 착취 (1876), 영국

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/62/

 

건코튼(Guncotton, 질소화 면화, 니트로셀룰로오스)은 니트로기(nitro group, NO2)가 셀룰로오스에 있는 수산기(OH)중의 수소(H)와 치환된 것으로, 필름과 도료에 쓰이며 특히 폭발성을 가져 총기류의 무연화약으로 쓰여. 면화를 질산과 황산을 혼합한 강산에 넣어 치환 반응을 하게한 후, 세척·건조하는 비교적 간단한 과정을 거쳐 만들어지는데, 우리가 입고 덥는 직물을 만드는 순백의 무해한 면(cotton)의 원소하나만 치환하면 위험한 무연화약이 된다는 것이 화학의 신비이고, 화학을 하는 재미일 것 같아.   

 

초식 동물인 말은 맹장에 셀룰로오스 분해 효소를 만드는 박테리아를 키워. 몸속에 박테리아 목장을 하나 가지고 있다고 봐야지. 소나 양은 위에 네개의 방이 있고, 그중 하나에 박테리아가 존재해. 초식 동물들은 셀룰로오스 분해 효소의 발효 작용을 돕기 위해 되새김질을 통해 식물 섬유를 잘게 부수고 침과 섞어줘. 풀만 씹으며서도 커다랗게 자라는 근육질의 소가 용하다 싶었는데, 풀을 구성하는 게 모두 포도당이니 제대로 소화만 시킨다면 엄청난 양의 에너지일거야.

초식을 하는 동물중 자기 배설물의 일부를 다시 먹는 토끼나 설치류는, 박테리아가 영양분을 흡수하는 소장 다음에 있는 대장에 살고 있어서 발효된 글루코스가 그냥 배출되기 때문에 ‘맹장변’이라 부르는 영양분이 풍부한 덜 소화된 배설물을 다시 섭취해 소장에서 흡수해. 

인간을 포함한 몇몇 동물은 구조셀룰로스 소화를 도와줄 박테리아를 몸에서 키우지 않아, 비전분 채소에서 셀룰로스를 소화할 수는 없어. 하지만 섬유질이 소화 폐기물을 소화기관에서 배출하는 데 도움을 줄 뿐 아니라 여러 필수 무기물들을 공급해 샐러드를 많이 먹는게 효율적이진 않지만 건강에 좋아.