[일반생물학실험]탄수화물의 검정

실험 목적

생명체의 주요한 구성성분 중 하나인 탄수화물의 특성과 기능을 이해하고, 베네딕트 시약을 이용한 탄수화물의 검정법을 알아본다.

실험 기구 및 시약

 

1. 실험 재료

1) 베네딕트 용액, 1% glucose, 1% maltose, 1% galatose, 1% starch

2) 1% scurose, 우유

3) 비커, 교반기, 피펫통, 비닐장갑, 시험관, 시험관대, 마이크로 피펫

4) 튜브, vortex

그림 1 실험 기구 및 시약

 

실험 방법

1. 실험 과정

① 500㎖ 비이커에 물을 넣고 끓인다.

② 준비된 시험관에 2㎖ 씩 베네딕트 시약을 넣는다.(그림2)

③ 각 시험관에 샘플을 0.5㎖ 씩 넣고 잘 흔들어 혼합한다.(그림3)

그림2 피펫으로 베네딕트 시약을 넣음.

그림3 시약을 혼합함.

④ 2분간 중탕으로 가열한 후 실온에 방치한다.(그림4)(시험관을 직접 가열하면 갑자기 분출할 위험이 있기 때문에 반드시 중탕해야 한다.)

 

⑤ 침전의 생성 여부와 침전물의 색을 관찰한다.

 

그림4 물중탕으로 가열 중임

실험 결과

1. 결과 data

	침전여부	색변화		침전여부	색변화
milk	○	노란색	scurose	×	× (베네딕트용액의 푸른색)
maltose	○	적갈색	starch	×	× (베네딕트용액의 푸른색)
glucose	○	주황색	galatose	○	다홍색

 

그림5 베네딕트 시약 가열 전

그림6 베네딕트 시약 가열 후

 

토의 사항

1. 실험 고찰

당질인 탄수화물은 단량체인 단당류가 glycosidic bond(글리코시딕 결합)에 의해 연결된 중합체로 Glucose, Fructose, Sucrose, Maltose, Lactose, Dextrose, Starch, glycogen, Cellulose, pectin, Pectosan 등이 있으며 당에는 환원성이 있는 환원당과 환원성이 없는 비환원당이 있는데 비환원당은 가수분해하여 환원당으로 변화할 수 있다.그리고 단당류는 알데히드기(-CHO, R-CHO)를 갖는 알데히드당과 케톤기(〉C=O, R-CO-R')를 갖고 있는 케톤당으로 구분되며 포도당은 대표적인 알데히드당이고 과당은 대표적인 케톤당이다. 주 환원당은 포도당, 맥아당, 과당, 유당, 키시로스, 갈락토스 등이다.

 

이번 탄수화물 검정 실험에 사용하는 베네딕트 시약은 환원성을 가진 탄수화물에만 선택적으로 작용하여 알칼리상태에서 2가의 구리염을 환원시켜 적갈색의 산화 제1동(1가)의 침전물을 형성하고 아래와 같은 반응식으로 나타낼 수 있다.

CuSO4 → Cu(OH)2 + 환원당 → Cu2O↓ + 산화된 당 알칼리 상태(OH-)

 

탄수화물의 검정방법에는 베네딕트 시약 이외에도 Barfoed 시약, 녹말을 검출할 때 주로 사용하는 요오드-요오드화 칼륨 용액, Anthrone 시약, 펠링용액, Molisch 시약 등이 있고, 대부분 단당류를 검정하는데 사용된다. 그 중에 베네딕트 시약, Barfoed 시약, 펠링 용액은 환원성을 기본으로 두고 하는 실험이다.

 

본 실험은 여러 가지 탄수화물을 베네딕트 시약으로 검정하는 실험이었는데 간단했다. 시약을 넣고 색변화와 침전의 정도를 관찰하면 끝나는 실험이었다. 실험 결과 scurose와 starch를 제외한 모든 탄수화물은 색이 변하였으므로 환원기가 존재함을 알 수 있었다. 그런데 실험을 하다 보니 의문점이 생겼다. 베네딕트 시약으로 인해 색이 변화한 환원당들은 모두 색이 같지 않고 조금씩 차이를 보이는 것이었다. 그리고 환원당들은 침전도 했는데 침전된 정도도 제각기 달랐다.

 

베네딕트 시약은 동일하게 넣었고 각각 검정할 탄수화물들도 같은 양으로 넣었음에도 불구하고 색이 다른 이유는 아마 고유의 색이 있었기 때문이거나, 또는 환원기의 세기 정도 차이일 것이다. 베네딕트 반응 자체가 산화환원 반응이기 때문에 환원의 정도가 달라서 베네딕트 시약과의 반응에서 색이 변화하는 정도가 달라지게 되는 것이다. 그리고 또 의문점이 생겼었는데 실험 전에 우유가 조금 뭉쳐있었는데 그냥 무시하고 실험을 계속했었지만, 우유가 베네딕트반응에서 약간의 침전물이 생겼었지만, 이미 실험 전에 뭉친 우유의 침전이었는지, 시약으로 인한 침전이 일어난 것인지 확신할 수 없었다.

 

백과사전에서 우유의 성분을 찾아보니 당분의 99.8%가 젖당으로 이루어져 있다고 했다. 젖당은 이당류이므로 베네딕트반응에서 침전이 일어난 것인지 다음에 알아보아야 겠다. 그리고 실험을 하다가 시약들을 비커로 물중탕으로 가열을 했어야 했는데 물이 끓기 전부터 넣어두어서 색변화가 느렸다. 색이 변할 때까지 기다리다 보니 원래 실험과정에 쓰여 있던 2분을 초과할 수 밖에 없었는데, 이로 인해 약간의 실험에 오차가 생겼을 수도 있었을 것이다. 그리고 이것 때문에 어쩌면 우유가 변성되어 응고되었을 수도 있을 것이다.

 

베네딕트 시약은 가열을 해야 했는데 이는 가열을 하지 않으면 반응속도가 너무 느려서 하루정도는 꼬박 걸리고 나서야 반응이 끝나기 때문이다. 우리는 빠른 실험 결과를 원했기에 가열을 해준 것이다. 마지막으로, 실험 결과 색도 침전도 하지 않은 scurose와 starch는 환원당이 아니였는데 이는 (그림7,8)을 보면 알 수 있다.

 

그림7 starch 구조식(녹말)

그림8 scurose 구조식(수크로오스)

 

(그림7,8)을 보면 베네딕트 시약과 반응하기 위해 있어야 할 알데히드기나 케톤기가 starch나 scurose에 전혀 존재하지 않는 것을 알 수 있다. 그리고 starch같은 경우는 단당류가 여러 개가 붙어있으므로 다당류임을 알 수 있고, scurose는 이당류임을 알 수 있다.

 

이렇게 결과적으로는 starch와 scurose만 환원당이 아니고, 나머지 우유, glucose, maltose, galatose는 환원당이라는 것을 이번 실험을 통해 알게 되었고, 이미 익숙한 베네딕트 시약을 통해서 탄수화물을 검정한다는 것이 신기했다. 또한, 환원기로 인해 색이 변화한다는 것을 배웠고 무조건 베네딕트를 넣었다고 해서 환원당의 색이 다 똑같지는 않다는 것을 새로이 알게 되었다.