식초의 산도를 측정하는 원리와 산도 계산

식초의 산도를 측정하는 원리와 산도 계산

 

* 이 자료는 식초의 산도 측정 방법에 대한 교육을 받으신 분이나 직접 산도를 측정하고 계신 분들을 염두에 두고 작성한 것이며, 자세한 산도 측정 절차에 대한 설명을 생략하였습니다.

 

1. 식초의 산도란 무엇인가 ?

 

식초에 함유되어 있는 초산의 양을 % 단위로 나타낸 값이다. 어떤 식초의 산도가 5%이라면, 이 식초 100 mL에 초산이 5 g 포함되어 있는 것이다. 산-염기 적정법으로 식초의 산도를 측정할 때는 초산뿐만 아니라 다른 유기산들을 포함한 각종 산이 모두 측정된다. 이렇게 측정된 값을 흔히 식초의 총 산도라고 하는데, 측정된 산은 대부분 초산이다.

 

2. 식초 산도 측정 원리

 

식초에 함유되어 있는 초산(CH3COOH)은 수소이온(H+)을 가지고 있는 화합물이며, 용액 중에서 수소이온(H+)을 방출할 수 있는 물질이다. 이러한 물질을 산(acid)이라고 한다. 이러한 산(acid)과 중화반응을 할 수 있는 물질을 염기(base)라고 한다. 염기는 수산이온(OH-)을 가지고 있는 화합물이며, 용액 중에서 수산이온(OH-)을 방출할 수 있다. 식초의 산도를 측정할 때는 초산과 반응하는 염기로서 수산화나트륨(NaOH)를 사용한다. 초산과 수산화나트륨의 산-염기 반응은 다음의 반응식으로 나타낸다.

 

CH3COOH + NaOH  ⇄  CH3COO- + Na+ + H2O

 

위 반응에서 초산과 수산화나트륨은 1:1로 반응하며, 산의 수소이온(H+)과 염기의 수산이온(OH-)이 결합되어 물로 된다. 즉, 초산 1 당량(eq)과 수산화나트륨 1 당량(eq)이 반응한다. 따라서 산도 측정과정에서 산-염기 중화반응에 소요된 수산화나트륨의 양으로부터 식초 중의 초산의 양을 계산할 수 있고, 이를 근거로 식초의 초산 함량을 % 값으로 계산하여 산도로 표시한다.

 

3. 산도 계산에 필요한 각종 수치

 

① 수산화나트륨 시약의 농도

산도 측정에 흔히 사용하는 수산화나트륨 시약의 농도는 0.1 N이며, 시약 병 라벨에 N/10-Sodium Hydroxide라고 표시되어 있으며, N/10은 1/10 N, 즉 0.1 N이다. 수산화나트륨 시약의 농도는 시약 중에 함유되어 있는 수산화나트륨(NaOH)의 양을 나타내는 값이다. 0.1 N 수산화나트륨 시약 1 L 중에는 수산화나트륨 0.1 당량(eq)이 함유되어 있으며, 이 시약 1 mL 중에 수산화나트륨 0.1 밀리당량(meq)이 함유되어 있음을 나타낸다. 수산화나트륨(NaOH) 1 당량은 40 g이며, 따라서 0.1 N 수산화나트륨 시약 1 L 중에는 4 g의 수산화나트륨이 녹아 있는 것이다.

 

② 수산화나트륨 시약의 역가(Factor)

역가는 시약병의 라벨에 Factor(at 20oC) : 1.002 등으로 표시되어 있다. 0.1 N 수산화나트륨 시약의 역가(Factor)가 1.002이면, 정확한 농도는 0.1 N의 1.002배 즉 0.1002 N인 것이다. 매우 정확한 측정이 아니라면 이 역가 값을 무시해도 된다.

 

③ 측정에 사용한 식초 희석 배율

산도가 높은 식초 원액을 사용하면 수산화나트륨 시약의 소요량이 지나치게 많아지며, 또한 식초 원액은 색상이 짙으므로 산도 측정 시 페놀프탈레인 지시약의 색깔이 변하는 시점을 정확히 판단하기 어렵다. 따라서 산도 측정 시 식초 원액에 물을 첨가하여 희석한다. 흔히 10배 희석액으로 산도를 측정하는데, 식초 원액 10 mL에 물 90 mL를 혼합하여 전체 부피를 100 mL로 만들면 된다.

 

④ 측정에 사용한 식초 희석액의 부피

제조한 식초 희석액 10 mL 또는 20 mL 정도를 산도 측정에 사용한다. 산도가 4% 내외인 식초의 경우 10배 희석액 10 mL를 사용해도 정확한 산도 값을 측정할 수 있다. 산도가 상대적으로 낮은 식초의 경우에는 20 mL 정도를 사용하면 된다.

 

⑤ 적정에 소요된 수산화나트륨 시약의 부피

뷰렛이나 주사기 등으로 수산화나트륨 시약을 식초 희석액에 첨가하는데, 초산과 수산화나트륨의 반응이 원활이 일어날 수 있도록 잘 흔들어 주어야 한다. 부분적으로 핑크색이 나타나면 수산화나트륨 시약을 한 방울 씩 천천히 첨가해야 한다. 식초 희석액 전체가 핑크색으로 변하면, 수산화나트륨 시약 첨가를 중단하고 30초 정도 기다린다. 핑크색이 사라지면 다시 수산화나트륨 시약 첨가하고, 핑크색이 사라지지 않으면 이 시점까지 첨가된 수산화나트륨 시약의 부피를 0.1 mL 단위까지 정확히 기록한다.

 

➅ 초산(CH3COOH) 1 당량(eq) 또는 1 밀리당량(meq)의 질량

초산의 분자량은 60.05이며, 초산 1 당량의 질량(무게)은 60.05 g이다. 식초의 산도 계산 시 초산 1 당량(eq)의 무게는 간편하게 60 g으로 간주하며, 1 밀리당량(meq)은 당량(eq)의 1000분의 1에 해당하므로 0.06 g이다.

   

 

식초 산도 측정의 실례와 산도 계산

 

식품공전에 제시되어 있는 방법에 따라 다음과 같이 식초의 산도를 측정하였다.

 

식초 원액을 물로 10배 희석한 다음, 이 희석액 10 mL에 페놀프탈레인 지시약을 넣고 0.1 N 수산화나트륨 시약으로 적정하였다. 식초 희석액이 핑크색으로 변할 때까지 소요된 수산화나트륨 시약은 8.5 mL이었다.

 

 

산도 계산에 필요한 자료를 다음과 같이 정리한 후, 단계별로 산도를 계산한다.

 

항 목	측정값 및 데이터	비 고
① 수산화나트륨 시약의 농도	0.1 N (0.1 meq/mL)
② 수산화나트륨 시약의 역가(Factor)	1.002
③ 측정에 사용한 식초 희석 배율	10 배
④ 측정에 사용한 식초 희석액의 부피	10 mL
⑤ 적정에 소요된 수산화나트륨 시약의 부피	8.5 mL
➅ 초산 1 밀리당량(meq)의 질량	0.06 g

 

 

 

① 수산화나트륨 시약의 농도와 적정에 소요된 부피로부터 식초 희석액 중의 초산과 반응한 수산화나트륨의 당량 계산

 

0.1 N 수산화나트륨 시약을 사용하였으므로, 이 시약 1 mL에는 0.1 meq의 수산화나트륨이 함유되어 있다. 그리고 이 시약 8.5 mL가 적정에 소요되었으므로 식초 희석액 중의 초산과 반응한 수산화나트륨의 당량은 다음과 같이 계산된다.

 

8.5 mL × 0.1 meq/mL × 1.002 = 0.851 meq

 

0.1 N 수산화나트륨 시약의 역가를 무시하고 계산하면 다음과 같으며, 역가를 포함해서 계산한 수산화나트륨의 당량과 비교하여 큰 차이는 없다.

 

8.5 mL × 0.1 meq/mL = 0.85 meq

 

② 적정에 소요된 수산화나트륨의 당량 값으로부터 식초 희석액 중의 초산 질량(무게) 계산

 

산도 측정에서 수산화나트륨과 초산은 1 당량 : 1 당량으로 반응한다. 위 계산과 같이 수산화나트륨 0.85 meq이 소요되었으므로, 측정에 사용한 식초 희석액 10 mL 중에는 0.85 meq의 초산이 함유되어 있는 것이다. 초산 1 meq의 질량은 0.06 g이므로 식초 희석액 10 mL 중에 함유되어 있는 초산의 질량은 다음과 같이 계산된다.

 

0.85 meq × 0.06 g/meq = 0.051 g

 

③ 식초 원액의 산도 계산

 

측정한 식초 희석액 10 mL 중에 초산이 0.051 g 함유되어 있다. 이 식초 희석액은 원액을 10배 희석한 것이다. 그러므로 식초 원액의 산도는 희석액 산도의 10배이다. 식초원액의 초산 함량을 % 단위로 계산하면 다음과 같다.

 

0.051 g/10 mL × 10배 × 100 = 5.1%

 

④ 수산화나트륨 시약의 역가를 무시하고 ①부터 ③까지의 계산을 하나의 식으로 나타내면 다음 식과 같다.

   

NaOH 소요량 × NaOH 농도 × 초산 1 meq의 질량 × 식초 희석배수	x 100	=	산도 %
식초 희석액 사용량

 

 

8.5 mL × 0.1 meq/mL × 0.06 g/meq × 10 배	x 100	=	5.1 %
10 mL

 

 

 

     **  식초의 산도 측정시 10배 희석액 10 mL를 사용하고, 0.1 N 수산화나트륨 시약을 사용할 경우에는 측정하고자 하는 식초에 따라서 0.1 N 수산화나트륨 시약 소요량만 달라진다. 계산식에서 0.1 N 수산화나트륨 시약 소요량을 제외한 나머지 값들을 계산하면 0.6이다.

 

0.1 meq/mL × 0.06 g/meq × 10 배	x 100	=	0.6
10 mL

 

 

따라서 이와 동일한 방법으로 식초의 산도를 측정했을 경우에는, 0.1 N 수산화나트륨 시약 소요량에 0.6을 곱하기만 하면 산도가

계산된다.

 

만약 10배 희석액을 20 mL 사용하여 산도를 측정했다면, 0.1 N 수산화나트륨 시약 소요량에 0.3을 곱하면 산도가 계산된다.

 

0.1 meq/mL × 0.06 g/meq × 10 배	x 100	=	0.3
20 mL