1. 제목 : 환원당의 정량2. 일시 : 2020년 04월 02일3. 목적 : 미리 정확한 농도의 표준용액을 조제하고, 이것을 정량하고자 하는 목적 성분이 용해되어 있는 시료 용액에 적하하여 당량점, 즉 적정의 종말점에 도달하였을 때 그 표준 용액의 소비량으로부터 계산에 의하여 시료 중의 목적 성분 함량을 구한다.4. 실험 원리식품 중에 존재하는 여러 종류의 당질은 화학적으로 크게 환원당과 비환원당으로 나눠진다. 환원당이란 다른 물질을 환원시키는 성질이 있는 당질을 말하는데 포도당, 과당, 젖당, 맥아당 등이 해당되며, 비환원당은 다른 물질을 환원시키지 못하는 당질을 말하며 설탕 전분 등이 속한다.- 환원당 (reducing sugar)Aldose의 카르보닐 산소가 여러 물질을 환원시킬 수 있다(즉, 1개 이상의 전자를 물질에 제공한다.)는 사실은 잘 알려져 있다. Ketose 역시 물질들을 환원시킬 수 있지만 aldose 만큼 쉽게 일어나지는 않는다. 이러한 현상은 aldose와 ketose의 고리구조가 대부분 저절로 열려져 환원과정에 참여하는 카르보닐기가 노출되어 당이 직선 사슬구조를 이루기 때문에 일어난다. 2가 구리(Cu ^{2+})를 1가 구리(Cu ^{+})로 환원시킬 수 있는 당을 환원당이라 한다. glucose를 비롯한 단당류는 전부 환원당이다. 환원력은 알도스의 C1 위치의 헤미아세탈기 또는 ketose의 C2 위치의 헤미케탈기의 존재에 의한다. 헤미아세탈이나 헤미케탈의 수산기는 α, β의 배치가 가능하므로 환원당의 수용액은 변선광을 나타낸다. 1분자 중에 차지하는 말단당 잔기의 비율은 중합도에 비례하여 감소하기 때문에 그 환원력도 중합도에 비례하여 감소한다. 이론적으로는 전분 같은 다당이라도 말단의 1 glucose 잔기만은 환원력을 나타내지만 보통 중합도 6정도까지를 환원당이라고 하고 있다. 주된 환원당의 정량법을 그 원리에 따라 분류하면 Somogyi 법 등의 구리시약을 쓰는 방법, Park-Johnson 법 등의 철시약을 쓰는 방법, 시약을 쓰는 방법, 요오드시약을 쓰는 방법 등이 있다. 실제로는 효소반응의 해석 등에 비색법이 이용되고, 식품제조 현장 등에서 적정법도 잘 쓰인다. 식품의 환원당은 감미 등 식품의 맛에 중요한 기여를 하는 한편 산이나 열에 대한 안정성이 나쁘고 갈변이나 부패 등 식품보존상 문제가 되는 경우가 많다. Surcrose(설탕)와 같은 비환원당은Cu ^{2+}를Cu ^{+}로 환원시킬 수 없다. Benedict 실험은 당의 환원성을 동정하는 데 쓰여질 수 있다. 예를들어, 당을 구리-구연산 용액(Cu ^{2+}를 포함하는 Benedict 시약)속에서 가열시켜 만약 환원당이 존재하면Cu ^{2+}를Cu ^{+}로 환원시켜 붉은 벽돌색의Cu _{2} O 침전물을 형성한다.- 환원당의 적정에 의한 정량법1) Bertrand법당용액(R·CHO)에 Fehling 용액을 가하여 가열하면, 환원당의 양에 따라 붉은색의 산화제일구리(Cu2O)가 침전된다. 이 산화제일구리를 황산제이철[Fe2(SO4)3] 산성용액에 녹이면 산화제일구리는 산화되어서 황산구리로 변하고, 황산제이철은 황산제일철(FeSO4)로 환원된다. 생성된 황산제일철염은 과망간산칼륨용액으로 산화 적정하면 당에 의하여 환원된(침전) 구리의 양을 산출하고, Bertrand표로부터 구리의 양에 상당하는 당량을 구하여, 시료 중에 함유된 환원당량을 산출한다. 위의 화학 당량식으로만 진행되지 않으며, 당류의 종류, 반응 조건 등에 따라서 생성되는 산화제일구리의 양이 각기 달라진다. 또 Bertrand표 역시 실험적으로 얻어진 수치로 당량과 비례하지 않을 수 있으므로 시료 중의 당량, 가열 온도 및 처리하는 시간, 적정 방법 등을 일정하게 유지할 필요가 있다.다음은 그 반응식이다.2Cu(OH)₂+ R·CHO → Cu₂O↓ + 2H₂O + R·COOHCu₂O + Fe₂(SO₄)₃ + H₂SO₄ → 2CuSO₄ + 2FeSO₄ + H₂O10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ → 5Fe2(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O2) 소모기법구리 시약을 사용하는 환원당의 용량분석법의 하나로 원법의 시약조성은 마이클 소모기가 1952년에 보고하였다. 이 방법의 원리는 알칼리성 조건하에서 가열에 의해서 환원당이 동(II)이온을 동(I)이온으로 환원하여 산화제일동의 적색침전을 생성하고 이어서 동(I) 이온이 황산 산성하에서 요오드화칼륨과 요오드산칼륨으로부터 유리된 요오드를 요오드 이온으로 환원하여 소비하기 때문에 잔존하는 요오드량을 티오황산나트륨으로 적정함으로써 구하고 소비된 요오드량에서 환원당량을 아는 것이다. 원법의 시약 1L의 조성은 황산구리(CuSO4 ? 5H2O) 8g, 무수탄산나트륨 30g, 롯셀염 30g, 요오드화칼륨 8g, 무수황산나트륨 180g, N 수산화나트륨용액 40ml 그리고 N 요오드산칼륨용액 10에서부터 25ml이지만 조성이 다른 시약을 쓰는 개량법이 제안되고 있다. 원보에서는 포도당 0.015mg에서부터 3mg을 측정할 수 있다고 되어 있다. 원보에 기술되어 있는 표준 조작법은 시험관(25×200mm) 중에서 시료가 되는 당용액 5ml와 구리시약 5ml를 혼합하여 유리구슬로 뚜껑을 하여 비등수욕 중에서 15분 간 가열하고 냉각 후 2N 황산용액 약 1.5ml를 가하여 산성으로 한 후 전분용을 지시약으로 하여 0.005N 티오황산염표준액으로 적정하는 것이다. 여기에도 개량법이 있고 당용액 대신에 물을 쓰는 대조시험을 항상 병행하는 것이 필요하다. 이 분석법은 보통의 식품 중에 함유되는 포도당, 과당, 맥아당 그리고 젖당과 같은 환원당의 측정에 적용할 수 있지만 자당과 같은 비환원당 혹은 전분 같은 다당류를 측정에 응용하는 경우에는 적절한 방법으로 가수분해를 할 필요가 있다. 다른 화학적 정량법과 같이 공존하는 물질의 영향을 받기 때문에 시험용액의 조제에는 충분히 유의할 필요가 있고 에틸 디에테르 추출에 의한 탈지처리, 80% 에탄올에 의한 당류 추출 그리고 제단백질 처리 중성초산납용액에 의한 제단백질 처리 등이 필요한 경우가 많다. 또한 환원당의 종류에 따라 환원력이 다르고 동시약과의 반응에 필요한 가열시간이 다르기 때문에 전화당을 제외하는 당류 혼합물의 측정이나 복잡한 당 조성을 갖는 식품에는 적용이 곤란하다. 당 조성의 측정에는 특이성이 높은 효소법 혹은 분리분석법인 크로마토그래피를 적용한다.다음은 그 반응식이다.알칼리성CuSO _{4} 용액이 당에 의하여 환원되어 생성되는Cu^+에 일정량의KIO_3과KI를 가하여 황산 산성으로 하면I_2를 생성한다.5KI+KIO _{3} `+`3H _{2} SO _{4} →3I _{2} `+`3K _{2} SO _{4} `+3H _{2} O이I _{2}로Cu ^{{} _{+}}를 산화시키고 남은I _{2}를Na _{2} S _{2} O _{3}로 적정한다.2Cu ^{+} `+`I _{2} → 2Cu ^{2+}+`2I ^{-}I _{2} `+`2Na _{2} S _{2} O _{3} →2NaI``+`Na _{2} S _{4} O _{6}2-1 ) 소모기 - 넬슨법환원당의 비색분석법의 하나로 노르톤 넬슨이 1944년에 보고하였다. 구리 시약과 비소몰리브덴산염 시약을 사용하는 비색정량법을 개량하기 위해서 마이클 소모기가 1952년에 보고한 새로운 구리시약을 사용하는 방법을 말한다. 원법으로는 비소몰리브덴산염 시약은 물 450ml에 몰리브덴산암모늄 25g을 용해하여 황산 21ml를 가하고 물 25ml에 용해한 비산이나트륨7수화물 3g을 혼합하여 37℃에 24~48시간 방치하여 조제한다. 또한 동시약은 롯셀염 12g 무수탄산나트륨 24g, 탄산수소나트륨 16g 그리고 황산나트륨 144g을 물에 용해하여 800ml로 한 용액과 황산동오수화물 4g 및 황산나트륨36g을 물에 용해하여 200ml로 한 용액을 혼합하여 조제한다. 원래의 방법에 의한 조작은 시료 당용액(포도당 0.01~0.6mg 상당/1~5ml)과 동량의 동시약을 혼합한 후 비등하고 있는 수욕조 중에서 가열(포도당 및 과당으로서는 10분 간)하고 냉각 후 비소몰리브덴산염 시약 2ml를 가하여 필요하면 희석하여 흡광도를 측정한다.3) Hagedorn - Jensen 법K _{2} Fe(CN) _{6}의Na _{2} CO _{3} 성 용액에Zn(OH) _{2}을 가하고 가열한다. 치리시안산염은 페로 시안산염으로 된다.2K _{2} Fe(CN) _{6} `+당`+2KOH →2K _{4} Fe(CN) _{6} `+`H _{2} O`+당의 산화물냉각 후 여기에ZnSO _{4}와KI를 가하면 페로시안염은 아연과 결합하여 침전하고,남은 페리시안염은 KI로 환원되어I _{2}를 유리한다. 이것을Na _{2} S _{2} O _{3}로 적정한다.(혈당의 정량에 이용된다.)2K _{4} Fe(CN) _{6} ``+3ZnSO _{4} →K _{2} Zn _{3} (Fe(CN) _{6} ) _{2} `+`3K _{2} SO _{4}2K _{3} Fe(CN) _{6} ``+`2KI →I _{2} `+`2K _{4} Fe(CN) _{6} `- DNS법환원당이 알칼리성에서 3,5-dinitrosalicylic acid의 NO2기를 NH3기로 환원시켜 적갈색을 띠게 하는 것을 이용하여 비색 정량하는 방법이다.
