[식품분석학실험]과일 중의 총 유기산 정량

실험 목적

밀감류(오렌지, 레몬 등)의 과일 중에 함유된 유기산을 0.1N-NaOH 표준용액으로 적정하여 대표 유기산인 구연산을 이용하여 총 유기산 함량을 구한다.

실험 이론 및 원리

1. 실험 배경

과일에는 한 가지의 유기산만 있는 것이 아니고, 여러 종류의 유기산이 같이 혼합 되어 있다. 따라서 알칼리 표준용액으로 적정한 다음, 과일의 대표 유기산을 기준으로 하여 과일 속 총 유기산 함량을 구한다. 본 실험에서는 오렌지 한 쪽을 이용하였으므로 오렌지의 대표 유기산인 구연산을 대표로하여 오렌지 한 쪽의 총 유기산 함량을 구한다.

 

2. 중화반응(neutralization reaction)

산과 염기가 반응하여 물과 염을 생성하는 반응이다. 중화반응은 당량 대 당량으로 반응한다. 본 실험에서는 오렌지의 대표 유기산인 C6H8O7와 염기인 NaOH가 당량 대 당량으로 반응하였다.

1) 중화적정 : 산 또는 염기의 표준용액을 사용하여 농도를 모르는 산이나 염기를 적정하는 법이다.

2) 중화적정 곡선 : 산-염기 중화 적정에서 표준용액에 가해준 산이나 염기의 부피에 따른 용액의 pH변화를 나타낸 곡선이다.

 

3. 구연산(citric acid)

하이드록시기(-OH)를 가지는 염기성의 산으로, 레몬이나 귤, 오렌지와 같은 밀감류에 유리상태1)의 산으로 함유되어 있다. 화학식은 C6H8O7이고, 분자량은 192g/㏖이다.

1) 유리(遊離)상태 : 화합물에서 결합이 끊어져 원자나 원자단이 분리되는 일. 또는 원자나 원자단이 결합을 이루지 아니하고 다른 물질 속에 분리되어 있는 일.

TCA회로 구성 요소 중 하나로서 물질대사에 중요한 역할을 하고, 자신이 칼슘이온과 포착하여 체내 칼슘흡수를 촉진시켜주고, 음료나 의약품에 신맛을 낼 때 주로 사용된다.

피로회복, 노화방지, 면역력 강화, 지방분해, 소화촉진, 변비치료, 고혈압치료, 식욕증진, 기미·주근깨 예방 등에 좋다고 알려져 있다. 구연산은 NaOH와 만나 다음과 같이 반응한다.

CH2COOHC(OH)COOHCH2COOH +3NaOH → CH2COONaC(OH)COONaCH2COONa + H2O

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 기구

① measuring flask(1000㎖, 100㎖) ② erlenmeyer flask(250㎖) ③ beaker(500㎖) ④ burette(25㎖) ⑤ burette stand ⑥ spoid(10㎖) ⑦ pipet(10㎖) ⑧ pipet filler

⑨ funnel ⑩ gauze ⑪ distilled water ⑫ wash bottle ⑬ electronic scale ⑭ mortar ⑮ pestle

 

2. 실험 시약

① orange ② 0.1N-NaOH standard solution ③ C20H14O4(phenolphthalein)

 

 

실험 방법

1. 시약 조제

1) 지시약 조제(0.1% 페놀프탈레인 조제;in 70% 에탄올)

① 70% 에탄올 조제

99.5% 에탄올 70-0 = 70

70%

D.W(0% 에탄올) 99.5-70 = 29.5 ≒ 30

→ 99.5% 에탄올 70㎖ + D.W 30㎖ = 70% 에탄올 100㎖

 

② 0.1% = 0.1g/100㎖×100 ; 페놀프탈레인 0.1g 측량 후 70% 에탄올 용액 20㎖정도 넣고 용해한 뒤, 100㎖ 부피플라스크에 담은 후 눈금까지 70% 에탄올 용액 넣기

2) 오렌지 시료 용액 조제

① 오렌지 하나를 껍질과 속껍질 종자를 제거하고 한 쪽을 떼어 전자저울로 무게 측정하고 기록하기

②무게를 측정한 오렌지 한 쪽을 막자사발에 넣고 막자로 잘 으깨어 마쇄하기

③ 깔때기에 4중으로 접은 거즈를 얹고 세척병에 증류수를 넣어 막자사발을 씻으며 마쇄한 오렌지를 100㎖ 부피플라스크에 여과시키기

④ 마쇄한 오렌지가 담긴 거즈를 눌러주며 거즈 위로 증류수를 뿌려 100㎖ 부피플라스크의 눈금까지 채우기

3) 지난 실험에서 표정을 통해 역가를 구하여 정확한 농도를 아는 0.1N-NaOH 표준용액 준비하기

 

2. 표정하기

1) 필요한 기구 및 시약 준비

2) 삼각플라스크(250㎖) 3개에 조제한 오렌지 시료 용액을 10㎖씩 정확히 담기

3) 오렌지 시료 용액 10㎖가 들어있는 삼각플라스크에 D.W 20㎖ 정도 넣은 후 용해

4) 오렌지 시료 용액을 30㎖에 0.1% 페놀프탈레인 2~3방울 떨어뜨리기(→노란색)

5) 25㎖ 뷰렛에 조제한 0.1N-NaOH 표준용액을 담고 천천히 떨어뜨리며 적정

6) 적정하다가 오렌지 시료 용액이 연한 분홍색을 띄면 적정 멈추기

7) 총 유기산 함량(%) 구하기

8) 2)에서 채취한 다른 오렌지 시료 용액도 3)~7)과정 반복

 

실험 결과

1. 실험 data

	오렌지 희석 시료 1	오렌지 희석 시료 2	오렌지 희석 시료 3
시료 무게 (오렌지 1쪽;S)	13.865g (D.W 넣어 100㎖ 용액으로 조제)
칭취량 (희석배수;D)	10㎖ (D=10㎖/100㎖=10)	10㎖ (D=10㎖/100㎖=10)	10㎖ (D=10㎖/100㎖=10)
분자량	192g/㏖	192g/㏖	192g/㏖
당량수	3	3	3
g당량	64g	64g	64g
0.1N-NaOH 용액 1㎖에 상당하는 총 유기산의 양(A)	- 1N-NaOH 용액 1000㎖에 상당하는 총 구연산의 양 = 192g/3 = 64g - 0.1N-NaOH 용액 1000㎖에 상당하는 총 구연산의 양 = 64g×0.1 = 6.4g - 0.1N-NaOH 용액 1㎖에 상당하는 총 구연산의 양 = 64g×1/1000 = 0.0064g → A
0.1-NaOH 적정소비량(T.V)	0.6㎖	0.7㎖	0.8㎖
0.1N-NaOH 역가(F)	1.084	1.084	1.084
총 유기산 함량(%)	총 유기산 함량(%) = (유기산양/시료양)×100 = ((T.V×A×F)×D)/S×100 - T.V = 0.1N-NaOH 적정소비량 × A = 0.1N-NaOH 용액 1㎖에 상당하는 총 유기산의 양 - F = 0.1N-NaOH의 역가 × D = 시료침출액의 희석배수 - S = 시료 무게 - T.V×A×F = 칭취량에 대한 총 유기산의 양 - (T.V×A×F)×D = 사용한 시료에 대한 총 유기산의 양
	총 유기산 함량 ①(%) = ((T.V×A×F)×D)/S×100 1) T.V×A×F = 0.6×0.0064×1.084 ≒ 0.0042 2) ((T.V×A×F)×D)/S = (0.0042×10)/13.865 ≒ 0.0030 3) ((T.V×A×F)×D)/S×100 = 0.030×100 = 0.30%	총 유기산 함량 ②(%) = ((T.V×A×F)×D)/S×100 1) T.V×A×F = 0.7×0.0064×1.084 ≒ 0.0048 2) ((T.V×A×F)×D)/S = (0.0048×10)/13.865 ≒ 0.0035 3) ((T.V×A×F)×D)/S×100 = 0.035×100 = 0.35%	총 유기산 함량 ③(%) = ((T.V×A×F)×D)/S×100 1) T.V×A×F = 0.8×0.0064×1.084 ≒ 0.0056 2) ((T.V×A×F)×D)/S = (0.0056×10)/13.865 ≒ 0.0035 3)((T.V×A×F)×D)/S×100 = 0.040×100 = 0.40%
	총 유기산 함량 ①, ②, ③의 평균값(%) 총 유기산 함량(%) = (0.30+0.35+0.40)/3 = 0.35 ∴ 오렌지 한 쪽의 총 유기산 함량(%) = 0.35%

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험에서는 오렌지 한 쪽에 들어 있는 총 유기산의 함량(%)을 구하였다. 과일 속에는 한 가지 유기산이 아닌 여러 종류의 유기산이 같이 들어 있는데, 이를 정확한 분석 기계 없이 정량하기란 불가능 하다. 그래서 우리는 오렌지 한 쪽을 사용해 NaOH로 적정할 때, NaOH와 반응하는 유기산을 오렌지의 대표 유기산인 구연산이라고 생각하여 오렌지 한 쪽에 들어 있는 총 유기산의 함량(%)을 구하였다.

그러므로 사실 우리가 구한 총 유기산의 함량(%)은 오렌지 속에 유기산이 오로지 구연산 하나일 경우에만 맞는 수치이고, 사실은 다른 유기산들도 섞여 있으므로 실제 오렌지 한 쪽 속의 총 유기산의 양은 우리 조에서 구한 0.35%보다 낮을 수도 있고 높을 수도 있다.

0.35%보다 낮다면 구연산 외에 들어있는 다른 유기산들의 분자량이 구연산보다 작은 경우 일 것이고, 0.35%보다 높다면 구연산 외에 들어있는 다른 유기산들의 분자량이 구연산보다 큰 경우 일 것이다.

 

참고 문헌

1. 남궁석, 김재웅(2011), 식품화학실험, 신광출판사, p.65~67