[식품화학실험]유지의 산가

실험 목적

본 실험은 유지의 산가를 알아보는 실험이었다. 산가는 시료 1g중에 함유되어있는 유리지방산을 중화시키는데 필요한 KOH의 ㎖수를 말한다. 시료인 신선유와 산패유를 각 삼각플라스크에 취한 후 시료를 Ethyl ether와 Ethanol이 2:1로 혼합된 용매에 녹인다음 페놀프탈레인 용액을 지시약으로 2-3방울을 떨어뜨리고 0.1N-KOH(EtOH)로 적정을 하여 소비된 KOH의 ㎖수를 구한다. 실험결과 신선유의 산가는 0.1644가 나와다

 

실험 이론 및 원리

1. 산패의 종류

1) 가수분해에 의한 산패

가수분해에 의한 산패는, 유지의 구성성분인 트리아실글리세롤이 물과 접촉함으로써 일어나는 화학적 가수분해에 의한 산패와 트리아실글리세롤이 동·식물의 조직 중에 존재하는 lipase와 같은 지방질 분해효소에 의하여 분해되어 산패되는 경우로 나눌 수 있다. 그러나 이 두가지 가수분해과정은 모두 수분이 1분자 첨가되면서 에스테르 결합이 분해되는 동일한 화학 반응식에 의하여 일어난다.

이와 같은 가수분해에 의한 유지의 산패는 수분 함량이 비교적 많은 낙농제품(dairy products)에서 특히 문제가 된다. 예를 들면, 약 3.6%의 지방질과 87∼88%의 수분을 함유하고 있는 우유는 다량의 물 속에 소량의 지방질이 분산되어 있는 대표적인 O/W형의 유화액이다. 따라서 우유 중의 지방은 물과 접촉하는 계면적(interfacial area)이 넓기 때문에 가수분해에 의한 유지의 변질이 일어나기 쉽다. 

또한, 15∼16%의 수분을 함유하고 있는 버터, 30∼40%의 수분을 함유하고 있는 치즈의 경우도 동일한 원인에 의하여 쉽게 가수분해되어 산패현상을 유발할 수 있다. 특히, 우유 및 유제품의 지방질은 저급 지방산을 많이 함유하고 있는 것이 보통 유지와 다른 특징으로, 유제품이 가수분해되면 저급 휘발성 유리지방산이 생성되므로 독특한 불쾌취를 내게 된다.

한편, 쌀겨 기름, 팜유, 올리브유 등의 식물성 유지에서는 착유할 때 식물조직으로부터 혼입되어 들어오는 지방질 분해효소인 lipase의 활성이 매우 강하며, 따라서 粗油(crude oil)중에는 지방질 분해효소가 다량 함유되어 있으므로 이들 효소에 의한 지방질 가수분해반응으로부터 기인하는 유지의 산패가 일어나기 쉽다. 또한, 어유에서도 어류 체내에 존재하는 lipase의 활성이 매우 강하므로, 조제어유(crude fish oil)와 어유조직내에 있는 지방질은 lipase에 의하여 유지의 산패가 현저하게 야기될 수 있다.

 

2) 산화에 의한 산패

산화에 의한 산패가 일어나는 과정은 다음의 3가지 기본 형태로 나눌 수 있다.

첫째, 유지가 가열됨이 없이 자연발생적으로 공기 중의 산소를 흡수함으로써 야기되는 반응으로 활성 라디칼의 연쇄반응으로 특징지어지는 소위 자동산화과정(autoxidation process)에 의한 산패;

둘째, 광선에 의하여 활성화된 감광체(photosensitizer)가 공기 중의 산소 분자를 활성이 강한 일중항 산소 분자(singlet oxygen)로 만들어 이 일중항 산소 분자에 의한 산화 또는 감광체에 의한 산화(photosensitized oxidation)에 기인한 산패;

셋째, 유지를 높은 온도(140∼200℃)에서 가열 하였을 때 일어나는 가열산화과정(thermal oxidation process)에 의한 산패 등이다.

그런데 식용유지나 지방질 식품은 실온 또는 그보다 낮은 온도에서 장기간 저장되는 것이 일반적이기 때문에 자동산화과정이 특히 문제가 된다. 그러나 튀김기름이나 튀김식품들은 고온에서 유지를 가열하기 때문에 가열산화과정이 또한 문제가 된다.

 

3) 변향에 의한 산패

일부의 유지는 자동산화에 의한 산패가 일어나기 훨씬 전에 풋내나 비린내와 같은 이취를 발생하는 경우가 있다. 예를 들면 풀냄새와 콩비린내를 가졌던 조제 대두유(crude soybean oil)를 탈취 등의 정제과정을 거쳐 냄새를 제거한 후 잠시 저장하는 동안에 다시 풀냄새와 콩 비린내가 나는 경우가 있다. 이와 같이 냄새의 발생 내지는 변화가 정제하기 이전의 유지가 가졌던 냄새로 다시 복귀한다는 뜻에서 변향(flavor reversion)이라 부른다. 변향은 보통의 산화적 산패를 일으키는데 필요한 산소량의 1/50 이하에서도 일어날 수 있다는 점에서 자동산화에 의한 산패와 구별된다.

그러나 변향과 자동산화에 의한 산패를 엄밀히 구별하기는 어렵다. 즉, 변향도 유지의 자동산화과정에 의하여 야기되는 것으로 생각되고 있으나, 옥수수 기름, 아마인유 등과 같이 리놀렌산을 많이 함유하고 있는 일부 유지에서는 변향이 더 잘 일어난다는 점에서 변향의 형성 메카니즘은 자동산화에 의한 산패의 형성 메카니즘과 동일하지는 않을 것으로 추측하고 있다. 아직 명확하게 밝혀진 것은 아니다. 여하튼 유지의 변향은 자동산화에 의한 산패와 그 풍미가 뚜렷이 구별되고, 또 자동산화에 의한 산패가 일어나기 훨씬 전에 일어난다는 점에서 일반적인 산패와 구별되고 있다.

한편, 변향된 유지를 수증기 증류하여 얻은 휘발성 carbonyl 화합물로는 heptenal, di-n-propyl ketone, maleic anhydride, 2,4-decadienal, acetaldehyde, ethylvinyl ketone 등이 분리되고 있다. 또 최근에는 변향된 대두유에서 2-n-pentylfuran, cis 및 trans-2-(1-pentyl)furan 등의 furan화합물이 검출되고 있으며, 이들 furan화합물의 생성 메카니즘도 밝혀져 있다. 참고로, 유지 또는 지방질 식품이 외부의 바람직하지 않은 냄새를 흡수하여 산패되는 경우가 있다.

 

2. 산가

시료 1g 중에 함유하고 있는 유리지방산을 중화하는데 요하는 수산화칼륨의 ㎎수

유지는 glycerol(=glycerine)과 지방산의 ester결합

산화에 의해 ester 결합이 파괴되어 유리지방산과 glycerol 생성

산가는 지방산이 glycerol과 결합되고 있지 않은 유리지방산의 양을 계측하는 것

RCOOH + KOH → RCOOK + H2O

유지 특유의 수치가 아니라 보존 산패 등에 의해 변하는 변수로 유지의 품질판정에 대단히 중요특히 유지의 산패정도를 나타내는 기준이 되는 값

 

3. 산가와 과산화물가의 차이점

1) 산가

시료 1g 중에 함유하고 있는 유리지방산을 중화하는데 요하는 수산화칼륨의 ㎎수

56.11을 곱하는 이유 : KOH의 분자량은 56.11g이므로 산가의 계산식에 56.11을 곱해주게 된다.

 

2) 과산화 물가

시료 1㎏ 중에 함유하는 과산화물의 ㎎ 당량수

 

산가는 KOH의 분자량을 곱.하지만 과산화물가에서는 당량수이기 때문에 분자량을 곱하지 않는다.

 

4. 식용 유지의 산가

유지의 종류	산값	식품규격산값		유지의 종류	산값	식품규격산값
쇠기름	0.25~0.5	0.3이하		올리브유	10.3~1.0	0.6이하
돼지기름	0.5~0.8	0.3이하		땅콩기름	0.7~0.9	0.5이하
버터	0.5~35.4	-		유채유	0.4~1.0	0.2이하
콩기름	0.2~1.8	0.2이하		참기름	4.0~12.0	4.0이하
팜유	9~11	0.2이하		해바라기기름	9.0~13.0	0.2이하
옥수수기름	1.4~2.1	0.6이하		들기름	8.0~13.0	5.0이하
면실유	0.6~0.9	0.2이하		코코야자기름	2.5~10.0	0.2이하

 

5. 시간에 따른 유지의 산화단계

일반적으로 유지가 산소를 흡수하는 속도는 처음 어느 기간 동안 일정하다. 어느 기간이 지난 후에는 급격히 증가하게 된다.

중합에 의한 점도의 급격한 증가, 필수 지방산을 비롯한 비타민의 파괴, epoxy화합물의 증가, 소화되기 어려워지고 영양가 하락.

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

신선유, 산패유, ethyl ether, ethanol, 페놀프탈레인 지시약, 0.1N-KOH

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 신선유 10g, 산패유 5g을 각각 삼각플라스크에 취한다.

2) 취한 시료를 에틸에테르와 에탄올 이 2:1로 혼합된 용매 100㎖에 녹이고 페놀프탈레인 용액을 지시약으로 하여 2~3방울 떨어뜨린다.

3) 0.1-KOH(EtOH)로 적정한 후 소비 ㎖수를 읽는다.

 

실험 결과

1. 결과 data

산가 = (0.1N-KOH 소비㎖×F×A×56.11)/sample

F: 0.1N-KOH의 역가     A: 0.1N-KOH의 농도

 

신선유 산가

시료(sample):10.0240g, KOH:0.8

F: 0.93, blank(A):0.2, 산가:0.1644

 

토의 사항

1. 실험 고찰

실험결과 신선유의 산가는 0.1644이 나왔다. 유지의 산가가 1을 넘게 되면 식용유지로 사용을 할 수 없다 우리의 실험결과 신선유는 식용유지로 사용이 가능 하다는 결론이 나왔고 산패유는 산가가 1을 넘어 이미 산패가 많이 진행되어 있어 식용유지로는 사용에 무리가 있다는 것을 알 수 있었다. 위의 실험결과 유지가 오래되면 산패가 일어가 유리지방산이 증가하고 산가가 높아진다는 것을 알 수 있었다.