CN101493420B - 快速测定半纤维素提取液中戊糖和己糖含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速测定半纤维素提取液中戊糖和己糖含量的方法，利用双波长技术采用比色法实现对总糖和戊糖、己糖含量的同时测定；本发明以戊糖和己糖的等摩尔吸收波长和戊糖的特征吸收波长为基础，大大简化了双波长的计算公式；同时，本发明还验证了半纤维素提取液中可能存在的葡萄糖醛酸和木素对戊糖和己糖的测定结果都没有显著干扰。本发明操作简单、快速且准确度高，测定总糖和各单糖的回收率均较高为(100±3)％，完全可利用紫外-可见分光光度计实现，特别适合于阔叶木和草类原料半纤维素(其中聚戊糖含量高于聚己糖)提取液中总糖、戊糖和己糖含量的同时测定与分析。

Description

快速测定半纤维素提取液中戊糖和己糖含量的方法

技术领域

本发明涉及一种快速测定植物原料半纤维素提取液中糖类组分含量的新方法，采用双波长技术实现对总糖和戊糖、己糖含量的同时测定，非常适合于聚戊糖含量较高的半纤维素(如阔叶木半纤维素和草类原料半纤维素)提取液中混合糖含量的同时分析测定。

背景技术

目前，资源短缺与能源危机是全球发展所共同面临的焦点问题。生物质资源作为一种巨大的可再生资源，也越来越得到世界的广泛关注。制浆造纸工业作为生物质资源的巨大消耗者，必然面临着严峻挑战。“生物质精炼”已成为近几年国内外研究的方向和热点，国外一批学者提出了“联合林产品的生物质精炼(简称IFBR)”的构想，其主要是在制浆前增加预处理段，提取木片中的半纤维素聚糖或单糖，用于后续转化加工生产高附加值产品。其中，提取液中主要糖类组分含量的测定，对于优化预提取工艺、确定糖的发酵条件以及提高研究效率具有重要意义。

现有的用于多糖含量的分析方法主要有两大类。第一类是传统的分析方法，用于测总还原糖含量的方法如3，5-二硝基水杨酸盐比色法，该方法准确度和可靠性不高；利用多糖在强酸性条件下脱水生成糠醛或其衍生物，然后再与酚类化合物缩合生成有特殊颜色的物质，如地衣酚-硫酸法、苯酚-硫酸法和间苯三酚-冰醋酸显色法，尽管上述方法操作简单，但不能实现戊糖和己糖的同时测定，且前两种方法所测结果的重复性较差。第二类是现代仪器分析方法，主要包括气相色谱法、高效液相色谱法和离子色谱法，尽管分析结果准确度高，但所使用的仪器设备和糖分析柱价格昂贵、仪器操作和维护成本很高，且分析前样品的处理操作程序复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速测定半纤维素提取液中戊糖和己糖含量的方法，克服目前分析糖类组分的方法所存在的各种弊端，该方法可以实现快速测定，分析结果准确度高且不需要昂贵仪器。

本发明的一种快速测定半纤维素提取液中戊糖和己糖含量的方法如下：使提取液中的糖与间苯三酚产生显色反应，然后测定总糖在等摩尔吸收波长425nm及戊糖在553nm处的吸光度标准曲线求得总糖和戊糖含量，进而求得己糖含量。

总糖在425nm处的吸光度与摩尔浓度之间的标准曲线为y＝0.1016x(R²＝0.9976)，y指总糖在425nm处的吸光度，x指总糖的摩尔浓度(单位mmol/L)，R²为相关系数。

戊糖在553nm处的吸光度与摩尔浓度之间的标准曲线为y₁＝0.6628x(R²＝0.9986)，y₁是指戊糖在553nm处的吸光度，x是指戊糖的摩尔浓度(单位mmol/L)，R²为相关系数。

糖与间苯三酚产生显色反应包括如下步骤：

(1)在盛有间苯三酚的试剂瓶中依次加入冰醋酸、浓盐酸、无水乙醇，充分摇匀使间苯三酚溶解完全；间苯三酚、冰醋酸、浓盐酸、无水乙醇的用量比依次为1克∶55毫升∶1毫升∶5毫升；

(2)分别移取上述不同浓度的单糖及混合糖标准溶液1mL于25mL比色管中，加入10mL显色反应试剂混合均匀，在沸水浴中反应10min，反应结束后立即冷却，待进行光谱分析；

(3)将步骤(2)中反应结束后的溶液于紫外可见分光光度计中进行全波长扫描，记录波长425nm和553nm处的吸光度值，然后以空白样进行上述相同的显色反应作为参比。

本发明的原理是利用显色反应试剂(冰醋酸和浓盐酸)中的酸性介质，在高温条件下将待测样品中的聚戊糖和聚己糖分别水解为戊糖和己糖，然后经脱水分别转变为糠醛和羟甲基糠醛，再与间苯三酚发生显色反应生成相应的有色化合物。图1显示了D-木糖和D-葡萄糖显色反应后的可见光谱，木糖和葡萄糖在波长553nm和410nm处分别有最大吸收，但戊糖在410nm处也有吸收。为了进一步实现本发明的目的，采用几组相同摩尔浓度的戊糖和己糖进行相同的反应，如图2所示，二者在425nm处具有相同的吸光度，即该波长为二者的等摩尔吸收波长。因此，利用戊糖和己糖在425nm和553nm处的吸光度与已知相应的糖浓度可求得标准曲线，然后根据标准曲线求得样品中的总糖和戊糖含量，己糖含量等于总糖与戊糖含量之差。并且，提取液中的木素和葡萄糖醛酸均对本方法的测定结果无影响。本方法所测总糖、木糖和葡萄糖的回收率均较高，为(100±3)％，可以实现对总糖和戊糖、己糖含量的准确测定。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)对显色反应试剂的配制方法进行改进，不加入葡萄糖溶液从而实现对戊糖和己糖含量的同时测定。

(2)通过对测定条件的探索，得到了最佳的测定条件为：100℃；试样与显色反应试剂体积比1∶10；显色反应时间10min；戊糖和己糖的特征吸收波长分别为410nm和553nm；二者的等摩尔吸收波长为425nm。

(3)根据双波长分光光度法的原理和朗伯-比尔定律，由不同浓度葡萄糖和木糖在553nm和425nm的吸光度可以得出二者在上述二波长处的摩尔吸收系数，具体计算方法见实施例3。

(4)本发明操作简单、快速，准确度高，且可以实现对戊糖、己糖和总糖含量的同时测定，非常适合应用于生物质精炼中提取液糖类组分的分析。

附图说明

图1是实施例3不同浓度木糖及葡萄糖显色反应产物的可见光谱；

图2是实施例4干扰物质显色反应产物的可见光谱；

图3是实施例5桉木和芦苇热水提取液显色反应产物的可见光谱；

图4是实施例6桉木碱提取液显色反应产物的可见光谱。

具体实施方式

实施例1：显色反应试剂的配制

1.准确称取一定量的间苯三酚(固体)；

2.依次向试剂瓶中加入一定量的冰醋酸、浓盐酸和无水乙醇，充分摇匀使步骤1中的间苯三酚溶解完全，静置备用。其中间苯三酚(g)与冰醋酸(mL)、浓盐酸(mL)和无水乙醇(mL)的比例为1∶55∶1∶5。

实施例2：单糖显色反应

分别移取不同浓度的标准单糖(葡萄糖浓度范围0.5～5.0mmol/L，木糖浓度范围0.5～3.0mmol/L)及混合糖溶液1mL于25mL比色管中，加入10mL实施例1中配好的显色反应试剂混合均匀，在沸水浴中反应10min。反应结束后立即冷却，于紫外-可见分光光度计中进行全波长扫描，以空白样进行上述相同的显色反应作为参比。

实施例3：总糖和戊糖、己糖含量的测定

图1为不同浓度木糖和葡萄糖显色反应后的可见光谱。图中表明相同摩尔浓度的木糖和葡萄糖经显色反应后，均在相同波长425nm处具有等吸收，因此425nm为木糖和葡萄糖的等摩尔吸收波长。波长425nm和553nm处的吸光度与总糖和戊糖浓度之间的关系均遵循朗伯-比尔定律，即得标准曲线y＝0.1016x(R²＝0.9976)和y₁＝0.6628x(R²＝0.9986)。因此可由下述公式求得总糖和戊糖、己糖含量。

$A_1={\mathrm{\ϵ}}_1^1{C}_1+{\mathrm{\ϵ}}_1^2{C}_2---\left(1\right)$

$A_2={\mathrm{\ϵ}}_2^1{C}_1+{\mathrm{\ϵ}}_2^2{C}_2---\left(2\right)$

${\mathrm{\ϵ}}_2^1={\mathrm{\ϵ}}_2^2=\mathrm{\ϵ}---\left(3\right)$

$C_T=C_1+C_2=\frac{A_2}{\mathrm{\ϵ}}---\left(4\right)$

$C_1=\frac{A_1}{{\mathrm{\ϵ}}_1^1}---\left(5\right)$

C₂＝C_T-C₁                     (6)

式中：C₁和C₂分别表示戊糖和己糖的浓度，ε₁ ¹和ε₁ ²分别表示戊糖和己糖在553nm处的摩尔吸光系数，ε₂ ¹和ε₂ ²分别表示戊糖和己糖在425nm处的摩尔吸光系数，A₁和A₂分别为波长553nm及425nm处的吸光度，C_T表示总糖浓度。

可见，本发明方法对于分析总糖和戊糖、己糖含量均具有较高的精度和准确性，回收率为(100±3)％。

实施例4：提取液中干扰物质的影响

植物纤维原料经过碱液或热水预处理，提取液中可以与间苯三酚发生显色反应的物质主要为木素、糖醛酸、己糖和戊糖。采用葡萄糖醛酸和木素标准溶液进行显色反应后的光谱结果如图2所示。葡萄糖醛酸的显色反应产物在553nm产生特征吸收(0.39)，但比相同摩尔浓度木糖的吸光度(1.95，见图1)低得多。而在阔叶木半纤维素聚木糖主链中，木糖与4-O-甲基葡萄糖醛酸基比例约10∶1，即使木片的葡萄糖醛酸全部进入提取液，其所对应的吸光度也仅为0.39*0.3/3.0＝0.039，干扰比例约为2％，因此葡萄糖醛酸的吸收干扰可忽略不计。木素显色反应的产物在425～600nm波长范围内也无明显吸收，因此可以排除二者对本测定方法的干扰。

实施例5：阔叶木与禾本科原料热水提取液的测定

分别选取桉木和芦苇作为阔叶木和禾本科原料代表，在160℃下进行预处理反应一定时间，所得到的提取液稀释一定倍数后按照实施例2进行相同的操作，显色反应后产物的可见光谱如图3所示，说明显色反应后产物在553nm产生特征吸收(0.55)，产物主要来自以木糖为主的戊糖类半纤维素组分。

实施例6：阔叶木碱提取液的测定

桉木木片在90℃下进行预处理反应数小时，所得到的提取液稀释一定倍数后按照实施例2的操作进行，显色反应后产物的可见光谱如图4所示，说明显色反应后产物在553nm产生特征吸收(1.0)，产物主要来自以木糖为主的戊糖类半纤维素组分。

Claims (3)

1.一种快速测定半纤维素提取液中戊糖和己糖含量的方法，其特征在于使提取液中的糖与间苯三酚产生显色反应，然后测定总糖在等摩尔吸收波长425nm及戊糖在553nm处的吸光度，通过标准曲线求得总糖和戊糖含量，进而求得己糖含量；

糖与间苯三酚产生显色反应包括如下步骤：

(1)显色反应试剂的配制：在盛有间苯三酚的试剂瓶中依次加入冰醋酸、浓盐酸、无水乙醇，充分摇匀使间苯三酚溶解完全；间苯三酚、冰醋酸、浓盐酸、无水乙醇的用量比依次为1克∶55毫升∶1毫升∶5毫升；

(2)分别移取不同浓度的葡萄糖和木糖及混合糖标准溶液1mL于25mL比色管中，加入10mL显色反应试剂混合均匀，在沸水浴中反应10min，反应结束后立即冷却，待进行光谱分析；再将提取液稀释后按照步骤(2)进行相同的操作；

(3)将步骤(2)中反应结束后的溶液于紫外可见分光光度计中进行全波长扫描，记录波长425nm和553nm处的吸光度值，然后以空白样进行上述相同的显色反应作为参比。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于总糖在425nm处的吸光度与摩尔浓度之间的标准曲线为y＝0.1016x，R²＝0.9976，y指总糖在425nm处的吸光度，x指总糖的摩尔浓度，单位mmol/L，R²为相关系数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于戊糖在553nm处的吸光度与摩尔浓度之间的标准曲线为y₁＝0.6628x，R²＝0.9986，y₁是指戊糖在553nm处的吸光度，x是指戊糖的摩尔浓度，单位mmol/L，R²为相关系数。

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