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보충제에서의 '카제인(CASEIN)'이라는 성분은 유청과 함께 '바늘과 실'과 같은 요소라는 것을 누구나 알고 있다. 보충제의 핵심 요소로, 유청이 가진 특징과 정반대의 특징을 가지면서 유청의 단점을 보완해주는 역할을 하는 것이 바로 카제인이다. 유청에 비해 출시되는 단백질 제품이 적지만, 식사로 단백질 섭취가 부족한 사람들에게 카제인의 중요성이 날로 강조되고 있는 상황이다. 카제인이 핵심 보충제인 이유는, 느리게 소화되고 천천히 아미노산을 공급한다는 성질을 가지고 있기 때문이다.


카제인이란 무엇인가?


카제인은 우유의 주요 단백질로 치즈 가공에 주로 사용되는 성분이다. 일반적으로 카제인은 80%의 단백질, 13%의 탄수화물, 7%의 지방으로 구성되며, 열량은 100g 당 약 364kcal로 매우 높은 편이다. 유청이 100g당 27kcal에 탄수화물 비율이 84%인 것에 비해 카제인은 열량이 높고 단백질 비율이 매우 높아 그 자체로 단백질을 위한 성분이라 할 수 있다.


우유에서 카제인 자체를 이용하기 위해 카제인을 마이크로필터링(MICROFILTERATION)을 통해 추출해 내며 이를 카제인 단백질(CASEIN PROTEIN)이라고 한다. 마이크로필터링 과정에서 유청, 유당, 지방이 분리되기에 카제인은 매우 높은 단백질 함량을 가진다. 일반적으로 우유에는 3%의 유단백(MILK PROTEIN)이 함유되어 있으며, 그 중 80%는 카제인(CASEIN), 20%는 유청(WHEY) 단백질이다.


카제인 단백질의 장점은 무엇보다 유청과 다르게 천연적으로 높은 단백질 함량을 가졌다는 것과 높은 PDCAAS를 가지는 것이다.(PDCAAS: 단백질 식품 중 인체의 단백질 합성에 필요한 필수아미노산 중 그 함량이 부족하거나 없는 아미노산(제한아미노산)의 개념을 이용하여 단백질 식품의 가치를 평가하는 기준)

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유청단백질은 농축과 분리과정을 통해 높은 단백질 함량을 가지지만 카제인은 가공 없이도 80% 이상의 단백질 함량을 가진다. 표에는 일반적으로 카제인의 PDCAAS 값을 1.00으로 표기하지만 실제 카제인의 PDCAAS는 1.23(ISSN/국제스포츠 영양학회 논문 기준)으로 가장 높은 값을 가진다.


또 카제인은 유청과 달리 0.1%으로, 매우 적은 유당 함량을 가지고 있다. 상대적으로 분리유청단백(WPI)의 유당함량이 0.5g 이내임을 감안할 때 카제인이 유당불내증을 유발할 가능성은 매우 적다.


카제인 단백질의 종류


카제인에는 먼저 미셀라 카제인(MICELLAR CASEIN)이란 것이 있다. 카제인은 우유 속에서 미셀의 형태로 존재하는데 이 미셀의 형태가 위장에서 응고되기 가장 좋은 형태다. 이렇게 응고된 카제인은 천천히 소화 흡수되어 지속적인 아미노산을 공급하는 효율성을 가진다. 미셀라 카제인은 우유 내 포함된 카제인의 특성을 그대로 추출한 것으로. 변성되지 않은 천연에 가장 가까운 카제인 단백질로 표현할 수 있다.


일반적으로 카제인은 산성 혹은 중성 상태에서 물에 잘 녹지 않기에 알칼리성을 가진 칼슘이나 나트륨 또는 칼륨 등과의 반응을 통해 수용성을 늘려 준다. 이런 성분들을 카제인 칼슘(CALCIUM CASEINATE), 카제인 나트륨(SODIUM CASEINATE)이라고 한다. 이들 성분은 단백질 보충제뿐만 아니라 다양한 상업적 용도로 사용되는데, 칼슘의 보충을 위해 카제인 칼슘을 이용하기도 하며 커피 프림 등에 카제인 나트륨이 사용되기도 한다. 한때 카제인 나트륨의 위해성에 대해 논란이 되었던 적이 있지만 나트륨 함량에 민감한 상황이 아니라면 카제인 나트륨 섭취에 대한 걱정은 할 필요가 없다.


가수분해유청단백질처럼 카제인 단백질에도 단백질 분해효소를 첨가해 일부를 더 작은 아미노산에 가까운 형태로 가수분해한 것을 가수분해카제인단백이라고 한다. 이는 카제인의 소화흡수 속도를 빠르게 해주면서 카제인 자체가 가진 높은 PDCAAS, 유당이 적다는 점을 이용하려는 것으로 주로 카제인의 흡수가 느리다는 점을 보완하기 위한 방법으로 사용된다.


카제인의 구성 및 주의할 점


우유 속의 카제인은 알파S 1/2(α-), 베타(β-), 감마(γ-), 카파(κ-) 카제인으로 구성된다. 일반적으로 알파, 베타, 카파만을 얘기하는데, 알파 S1 카제인이 약 44%, 알파 S2 카제인이 약 10%, 베타 카제인이 약 25%, 카파 카제인이 약 13%를 차지한다. 카파 카제인은 수용성이 강하고 다른 카제인들은 불용성이기 때문에 우유 속의 카제인 미셀은 카파 카제인이 다른 카제인을 둘러싸고 있는 형태를 가진다.


가장 많은 비중을 차지하는 알파 S1 카제인의 경우 우유 알러지의 주요 유발 성분으로 피부 트러블, 재채기, 코막힘, 눈 가려움, 소화 불량 등을 유발하는 것으로 알려져 산양유, 염소유 추출 카제인과 우유 카제인을 비교하는 경우가 다분히 발생하고 있다. 이는 우유 속 알파 S1 카제인 함량과 이에 함유된 응집소(AGGLUTININ) 때문으로 확인되고 있다. 다른 알러지 유발 물질인 베타-락토글로불린의 함량이 같은 상태에서 알파 S1 카제인 함량이 압도적으로 높은 우유 카제인에서만 알러지가 유발되고 있다. 알러지 반응은 체내에서 국소적인 면역 반응을 일으키는 히스타민(HISTAMINE)이 우리 몸이 카제인을 해로운 것으로 인지하면 분비되어 반응을 유발하는 것이다.


소화불량은 응집소 때문에 우유 속에 지방구들이 카제인 미셀 속에 함께 응고되고 이로서 소화가 더욱 느려지게 되면서 발생된다. 카제인을 먹을 때 자기 전에 카제인을 총 체중의 kg당 0.3~0.4g으로 섭취해 수면 중에 지속적인 아미노산 공급을 유도하고 근육단백질합성(MPS)을 유도하지만 소화불량 등으로 수면을 방해한다면 섭취하지 않는 것이 좋다.


카제인의 특징


카제인은 산(ACID) 또는 효소(ENZYME)에 의해 응고되는 특징을 가진다. 상업적으로 카제인을 응고시키기 위해 사용하는 효소인 렌넷(RENNET)은 송아지의 4번째 위에서 추출한 응유효소인 레닌(RENNIN)을 상업적으로 제조한 것이다. 카제인은 PH 4.6 이하에서 응고되는데, 위장의 PH는 2 이하로, 섭취된 카제인은 위에 PH에 의해 응고된다. 응고된 상태에서는 소화효소의 작용을 덜 받게 되어 카제인은 위의 단백질 분해효소에 의해 천천히 소화되고 이로 인해 천천히 아미노산을 공급하게 되는 효율성을 가진다. 이는 체내 아미노산 풀(AMINO ACID POOL)에 따라 소화 흡수될 수 있는 아미노산량이 한정되어 있다는 이론에 입각하여 식품이 가지는 특성을 보다 길게 구현해낼 수 있다는 장점이 된다.


이런 카제인의 특성은 비용적인 측면에서도 장점이 된다. 평균적으로 카제인이 소화 흡수되는 시간은 2~8시간 사이로 섭취 타이밍에 따라 차이를 가진다. 운동 직후 아미노산 풀이 음성 상태(NEGATIVE)에서 카제인은 2시간 만에 소화 흡수되지만 충분한 단백질을 포함한 식사 후에 카제인을 섭취하면 8시간 까지 천천히 소화 흡수되며 아미노산을 공급하는 것이다. 즉 카제인 섭취는 필요한 아미노산만큼 조금씩 아미노산을 혈류에 공급함으로서 섭취량 대비 손실률이 적다는 비용적인 장점도 가지게 된다.


지속적인 아미노산 공급은 단백질 대사에 있어 지속적인 단백질 합성 > 단백질 분해에 입각하게 되는데 이는 근육단백질 증가를 통해 근육 성장이란 목적을 달성하게끔 돕는다. 반대로 저 에너지 섭취 상태에서 단백질 분해를 통해 에너지 공급을 최소화함으로서 근손실을 적게 만들어 주는 장점도 가지게 된다.


미셀라 카제인>칼슘/나트륨 카제인?


카제인 단백질을 말하면 항상 미셀라 카제인이 칼슘/소듐 카제인보다 질적으로 좋은 단백질이라고 말한다. 사실 따져보면 그렇다. 미셀라 카제인은 카제인의 고유의 특성을 간직하고 있고 가장 천연에 가까운 단백질이기 때문이다. 반면 칼슘/소듐 카제인은, 카제인 공급을 위해 의도적으로 만든 성분임에 분명하다. 그렇기 때문에 카제인 미셀이 가지고 있는 고유의 응고성도 감소되어 천천히 소화 흡수되는 특징이 감소된다.


미셀라 카제인은 지독하게 불용성이다. 미셀라 카제인을 물에 섞어보면 쉐이커 바닥에 가라앉아 있는 카제인 입자를 보게 될 것이다. 이런 미셀라 카제인을 물에 잘 녹게 하기 위해 어려가지 첨가물이 필요하다. 반대로 칼슘/소듐 카제인은 이런 불용성을 보완하여 만들었기 때문에 미셀라 카제인에 비해 물에 잘 녹고 첨가물 함량이 줄어들게 된다.


결국 미셀라 카제인은 천연적으로 추출된 소재와 섭취하기 위해 더 많은 첨가물이 필요하다는 점, 반대로 칼슘/소듐 카제인은 화학적 처리를 통해 만들지만 반대로 첨가물 함량이 적다는 점이 특징이다.


천연소재로 첨가물이 적은 카제인이 물에 잘 풀릴 때, 천천히 소화흡수되는 카제인의 장점과 천연소재라는 두가지 장점을 다 취할 수 있게 된다.


MONSTERZYM SPORTS SCIENCE TEAM

기사 작성 : 이호욱

기사 수정 : 고준일

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