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[생활 속 과학상식 바로잡기] pH 미라클의 허상, 알칼리수를 마실 때 체크할 것들
pH란 수소의 퍼텐셜 (potential of hydrogen)이라는 뜻을 갖고 있는데, 수소이온 (H+) 농도를 상용로그로 표시한 후 음의 부호를 붙인 수치로 사용하기 때문에 수소의 거듭제곱 (power of hydrogen)으로 설명하기도 한다. 수소이온 농도는 일반적으로 1mol/L 보다 작기 때문에 로그로 표현하면 음의 값이 나오기 때문에 양수로 보정하기 위해 (-1)을 곱하게 된다. 따라서 수소이온의 농도가 커질수록 pH 값은 작아지게 된다. 이 때 pH 1 만큼의 차이는 농도 기준으로 10배 만큼의 차이가 난다. 즉 pH4는 pH5보다 수소이온의 농도가 10배 많은 것이다.
수용액의 액성은 수소이온의 농도와 수산화이온 (OH-)의 농도를 비교하여 나타낼 수 있는데, 수소이온의 농도가 수산화이온의 농도보다 더 클 때는 산성, 수산화이온의 농도가 수소이온의 농도보다 더 클 때는 알칼리성, 수소이온과 수산화이온의 농도가 같을 때는 중성이라고 한다. 물의 이온곱상수 Kw는 수소이온의 농도와 수산화이온의 농도의 곱으로 표시한다. (Kw = [H+][OH-] mol/L) 이 값은 온도에 영향을 받는 값으로 25℃에서 약 1.0×10-14의 일정한 값을 갖는다. 이 값을 pH를 표현하는 방식으로 표현하면, pKw = p[H+] + p[OH-] = 14로 나타낼 수 있다. 따라서 25℃에서는 pH7이면 중성, pH7보다 작으면 산성, pH7보다 크면 알칼리성이다. 우리의 체온에서는 pH6.8 정도가 중성이다.
The pH scale of common chemicals, sciencenotes.org
알칼리수는 국가마다 기준이 다른데, 우리나라 법상 pH8.5-10 정도인 물을 일컫는 반면, 영국은 pH7.5 이상, 국제 기준으로는 pH7.8 이상을 의미한다 [1]. 알칼리수는 Ca, K, Mg, Na와 같은 미네랄을 함유한 샘물처럼 자연적으로 생성된 알칼리수가 있는 반면, 물의 전기분해 과정을 거쳐 만들 수도 있다. 이 두 가지 알칼리수 간에는 식수로 사용했을 때, 인체 내에서 중대한 차이를 보일 수 있다. 그 차이는 바로 알칼리도 (alkalinity)와 연관된 것으로 알칼리성 (alkaline)과 구분된다. 단순히 알칼리성의 물은 우리 몸 속에서 쉽게 중화되므로 어떤 좋은 영향도 줄 수 없지만, 알칼리도가 높은 물은 인체 내 적절한 pH를 유지할 수 있게 해주기 때문에 우리 몸에 유익할 수 있다.
알칼리수를 마시는 것이 건강에 유익하다고 주장하는 견해는 100년도 더 된 산성-재 가설 (acid-ash hypothesis) [2] 에서 시작되었는데, 2000년대 초에는 알칼리성 식단의 유행과 함께 음식물의 섭취를 통해 몸의 산성화를 방지할 수 있다는 주장도 있었다 [3]. 또한 육류, 유제품 또는 계란과 같은 특정 음식을 섭취하면 인체 내에 산성-재 라는 물질이 남아 체내 산성 수치를 높여 골다공증을 비롯한 각종 질환을 일으킬 수 있다는 주장도 있다. 그러나 음식물의 섭취를 통한 체내 pH 변화는 거의 일어나지 않으며, 알칼리성 식단과 알칼리수를 먹어도 혈액의 pH는 일정하게 유지되었고, 단지 소변의 pH에만 영향을 주었다는 결과가 있다 [4]. 이는 알칼리수가 건강을 향상시킨다는 확실한 증거가 될 수 없음을 의미하며, 만약 알칼리수를 음용하여 어떤 건강상의 이점이 발생했다면, 위약 효과가 발생했을 가능성을 생각해 볼 수도 있다.
알칼리수의 효능은 pH와는 상관이 없으며, 오히려 물의 전기분해 과정에서 생성되는 수소분자가 건강에 유익할 수 있다는 보고는 있다. 물을 전기 분해하면 양극 (cathode) 주변에서는 수소분자 (H2)와 수산화이온이 발생하며, 음극 (anode) 주변에서는 산소 (O2)와 수소이온이 발생한다 [5]. 수소분자는 인체 내에서 독성이 강한 활성 산소를 감소시키는 역할을 하며, 이를 통해 다양한 질환들을 예방하는 효과가 있다고 보고되었다. 2007년 네이쳐 메디슨 (Nature Medicine)에 발표된 논문에서는 2%의 수소 가스가 뇌 손상을 예방하며, 강력한 항산화 효과를 갖는다고 보고되었다 [6]. 또한 Karen Jackson 등의 이스라엘 연구진에 의하면, 수소분자 0.8 mg/L가 포함된 물을 고지방 식단과 함께 생쥐에게 섭취하게 한 결과 비만이 예방되었다는 결과를 보고하였다 [5]. 또한 2005년 미국 국립 암 연구소 (National Cancer Institute)는 비타민 C (ascorbic acid)가 암세포를 공격하여 성공적으로 죽였다는 결과를 발표하였다 [7]. 이를 통해 알칼리수가 아닌 산성 물질이 오히려 항암효과를 나타낸다는 것을 보여주고 있는 예라고 할 수 있다. 알칼리수는 암을 예방하고 치료한다는 것에 대한 정확한 근거는 없다는 연구결과도 있다 [8].
시중에 판매되고 있는 알칼리수 제조장치의 경우, 알칼리성을 띠는 물이 몸의 산화를 방지할 수 있다는 지나치게 단순화한 이론을 내세워 홍보를 하고 있는 건 아닌지 살펴봐야 한다. 앞에서 살펴본 것과 같이 pH는 우리 몸의 건강에 많은 도움이 되지 않으며, 물 속에 알칼리도를 더해주는 미네랄이 포함되었는지 여부와 수소분자가 충분히 포함되어 있는지가 더욱 중요하다고 할 수 있다. 우리 몸은 하루 충분한 양의 물을 섭취하는 것이 좋다 (12-16컵) [9]. 알칼리수의 효능을 믿고 평소 마시는 물의 양보다 더 많은 양의 알칼리수를 마셨다면, 알칼리성 때문이 아니라 하루 마신 물의 양이 늘어났기 때문에 체내 독소의 희석작용 등과 같은 효과가 나타날 수도 있다. 결론적으로, 마케팅 목적으로 홍보하는 모든 내용은 과학적인 근거가 정확한지 따져봐야 하며, 현재까지의 연구 결과로는 알칼리수의 효능이 정확하게 입증된 것이 없다고 할 수 있다.
Drinking water, Photo by KOBU Agency on Unsplash
[1] 이강봉, “알칼리수의 효능 ‘허와 실’”, The science times, (2018. 10. 30),
https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%95%8C%EC%B9%BC%EB%A6%AC%EC%88%98%EC%9D%98-%ED%9A%A8%EB%8A%A5-%ED%97%88%EC%99%80-%EC%8B%A4/
[2] Sherman, H. C., and ANDA O. Gettler. "The balance of acid-forming and base-forming elements in foods, and its relation to ammonia metabolism." Journal of Biological Chemistry 11.4 (1912): 323-338.
[3] Young, Robert O., and Shelley Redford Young. The pH Miracle: Balance your Diet, reclaim your health. Hachette UK, 2008.
[4] Buclin, T., et al. "Diet acids and alkalis influence calcium retention in bone." Osteoporosis International 12.6 (2001): 493-499.
[5] Jackson, Karen, et al. "Effects of alkaline-electrolyzed and hydrogen-rich water, in a high-fat-diet nonalcoholic fatty liver disease mouse model." World Journal of Gastroenterology 24.45 (2018): 5095.
[6] Ohsawa, Ikuroh, et al. "Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals." Nature medicine 13.6 (2007): 688-694.
[7] Chen, Qi, et al. "Pharmacologic ascorbic acid concentrations selectively kill cancer cells: action as a pro-drug to deliver hydrogen peroxide to tissues." Proceedings of the National Academy of Sciences 102.38 (2005): 13604-13609.
[8] Fenton, Tanis R., and Tian Huang. "Systematic review of the association between dietary acid load, alkaline water and cancer." BMJ open 6.6 (2016).
[9] 임정예, “알칼리수! 정말로 건강에 더 좋은가”, 월간암, (2019.11.04.),
http://www.cancerline.co.kr/html/21448.html
*그림출처.
https://sciencenotes.org/the-ph-scale-of-common-chemicals/
글 : 서규원 (연구자, 고려대학교)
pH란 수소의 퍼텐셜 (potential of hydrogen)이라는 뜻을 갖고 있는데, 수소이온 (H+) 농도를 상용로그로 표시한 후 음의 부호를 붙인 수치로 사용하기 때문에 수소의 거듭제곱 (power of hydrogen)으로 설명하기도 한다.
