專利名稱：快速測定半纖維素提取液中戊糖和己糖含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種快速測定植物原料半纖維素提取液中糖類組分含量的新方法，采用雙 波長技術(shù)實(shí)現(xiàn)對總糖和戊糖、己糖含量的同時測定，非常適合于聚戊糖含量較高的半纖維 素(如闊葉木半纖維素和草類原料半纖維素)提取液中混合糖含量的同時分析測定。
背景技術(shù)：
目前，資源短缺與能源危機(jī)是全球發(fā)展所共同面臨的焦點(diǎn)問題。生物質(zhì)資源作為一種 巨大的可再生資源，也越來越得到世界的廣泛關(guān)注。制漿造紙工業(yè)作為生物質(zhì)資源的巨大 消耗者，必然面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。"生物質(zhì)精煉"己成為近幾年國內(nèi)外研究的方向和熱點(diǎn)， 國外一批學(xué)者提出了 "聯(lián)合林產(chǎn)品的生物質(zhì)精煉(簡稱IFBR)"的構(gòu)想，其主要是在制漿 前增加預(yù)處理段，提取木片中的半纖維素聚糖或單糖，用于后續(xù)轉(zhuǎn)化加工生產(chǎn)高附加值產(chǎn) 品。其中，提取液中主要糖類組分含量的測定，對于優(yōu)化預(yù)提取工藝、確定糖的發(fā)酵條件 以及提高研究效率具有重要意義。
現(xiàn)有的用于多糖含量的分析方法主要有兩大類。第一類是傳統(tǒng)的分析方法，用于測總 還原糖含量的方法如3,5-二硝基水楊酸鹽比色法，該方法準(zhǔn)確度和可靠性不高；利用多糖 在強(qiáng)酸性條件下脫水生成糠醛或其衍生物，然后再與酚類化合物縮合生成有特殊顏色的物 質(zhì)，如地衣酚-硫酸法、苯酚-硫酸法和間苯三酚一冰醋酸顯色法，盡管上述方法操作簡單， 但不能實(shí)現(xiàn)戊糖和己糖的同時測定，且前兩種方法所測結(jié)果的重復(fù)性較差。第二類是現(xiàn)代 儀器分析方法，主要包括氣相色譜法、高效液相色譜法和離子色譜法，盡管分析結(jié)果準(zhǔn)確 度高，但所使用的儀器設(shè)備和糖分析柱價格昂貴、儀器操作和維護(hù)成本很高，且分析前樣 品的處理操作程序復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種快速測定半纖維素提取液中戊糖和己糖含量的方法，克服 目前分析糖類組分的方法所存在的各種弊端，該方法可以實(shí)現(xiàn)快速測定，分析結(jié)果準(zhǔn)確度 高且不需要昂貴儀器。
本發(fā)明的一種快速測定半纖維素提取液中戊糖和己糖含量的方法如下使提取液中的
3糖與間苯三酚產(chǎn)生顯色反應(yīng)，然后測定總糖在等摩爾吸收波長425nm及戊糖在553nrn處 的吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線求得總糖和戊糖含量，進(jìn)而求得己糖含量。
總糖在425nm處的吸光度與摩爾濃度之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.1016x (R2=0.9976)， y 指總糖在425nm處的吸光度，x指總糖的摩爾濃度(單位mmoI/L),尺2為相關(guān)系數(shù)。
戊糖在553nm處的吸光度與摩爾濃度之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y尸0.6628x CR2=0.9986)， y！ 是指戊糖在553nm處的吸光度，x是指戊糖的摩爾濃度(單位mmol/L)， W為相關(guān)系數(shù)。
糖與間苯三酚產(chǎn)生顯色反應(yīng)包括如下步驟
(1) 在盛有間苯三酚的試劑瓶中依次加入冰醋酸、濃鹽酸、無水乙醇，充分搖勻使 間苯三酚溶解完全；間苯三酚、冰醋酸、濃鹽酸、無水乙醇的用量比依次為1克55毫
升l毫升5毫升；
(2) 分別移取上述不同濃度的單糖及混合糖標(biāo)準(zhǔn)溶液lmL于25mL比色管中，加入 lOmL顯色反應(yīng)試劑混合均勻，在沸水浴中反應(yīng)10min，反應(yīng)結(jié)束后立即冷卻，待進(jìn)行光 譜分析；
(3) 將步驟(2)中反應(yīng)結(jié)束后的溶液于紫外可見分光光度計中進(jìn)行全波長掃描，記 錄波長425nm和553nm處的吸光度值，然后以空白樣進(jìn)行上述相同的顯色反應(yīng)作為參比。
本發(fā)明的原理是利用顯色反應(yīng)試劑(冰醋酸和濃鹽酸)中的酸性介質(zhì)，在高溫條件下 將待測樣品中的聚戊糖和聚己糖分別水解為戊糖和己糖，然后經(jīng)脫水分別轉(zhuǎn)變?yōu)榭啡┖土u 甲基糠醛，再與間苯三酚發(fā)生顯色反應(yīng)生成相應(yīng)的有色化合物。圖l顯示了D-木糖和D-葡萄糖顯色反應(yīng)后的可見光譜，木糖和葡萄糖在波長553nm和410nm處分別有最大吸收， 但戊糖在410nm處也有吸收。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用幾組相同摩爾濃度的 戊糖和己糖進(jìn)行相同的反應(yīng)，如圖2所示，二者在425nm處具有相同的吸光度，即該波 長為二者的等摩爾吸收波長。因此，利用戊糖和己糖在425nm和553nm處的吸光度與己 知相應(yīng)的糖濃度可求得標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得樣品中的總糖和戊糖含量，己糖 含量等于總糖與戊糖含量之差。并且，提取液中的木素和葡萄糖醛酸均對本方法的測定結(jié) 果無影響。本方法所測總糖、木糖和葡萄糖的回收率均較高，為(100±3)%，可以實(shí)現(xiàn)對 總糖和戊糖、己糖含量的準(zhǔn)確測定。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
4(1) 對顯色反應(yīng)試劑的配制方法進(jìn)行改進(jìn)，不加入葡萄糖溶液從而實(shí)現(xiàn)對戊糖和己糖 含量的同時測定。
(2) 通過對測定條件的探索，得到了最佳的測定條件為IO(TC;試樣與顯色反應(yīng)試 劑體積比1:10;顯色反應(yīng)時間10min;戊糖和己糖的特征吸收波長分別為410nm和553nm; 二者的等摩爾吸收波長為425nm。
(3) 根據(jù)雙波長分光光度法的原理和朗伯-比爾定律，由不同濃度葡萄糖和木糖在 553nm和425nm的吸光度可以得出二者在上述二波長處的摩爾吸收系數(shù)，具體計算方法 見實(shí)施例3。
(4)本發(fā)明操作簡單、快速，準(zhǔn)確度高，且可以實(shí)現(xiàn)對戊糖、己糖和總糖含量的同 時測定，非常適合應(yīng)用于生物質(zhì)精煉中提取液糖類組分的分析。


圖1是實(shí)施例3不同濃度木糖及葡萄糖顯色反應(yīng)產(chǎn)物的可見光譜；
圖2是實(shí)施例4干擾物質(zhì)顯色反應(yīng)產(chǎn)物的可見光譜；
圖3是實(shí)施例5桉木和蘆葦熱水提取液顯色反應(yīng)產(chǎn)物的可見光譜；
圖4是實(shí)施例6桉木堿提取液顯色反應(yīng)產(chǎn)物的可見光譜。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:顯色反應(yīng)試劑的配制
1. 準(zhǔn)確稱取一定量的間苯三酚(固體)；
2. 依次向試劑瓶中加入一定量的冰醋酸、濃鹽酸和無水乙醇，充分搖勻使步驟l中 的間苯三酚溶解完全，靜置備用。其中間苯三酚(g)與冰醋酸(mL)、濃鹽酸(mL) 和無水乙醇(mL)的比例為1:55: 1:5。
實(shí)施例2:單糖顯色反應(yīng)
分別移取不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)單糖(葡萄糖濃度范圍0.5 5.0 mmol/L，木糖濃度范圍 0.5 3.0mmol/L)及混合糖溶液lmL于25mL比色管中，加入10mL實(shí)施例1中配好的顯 色反應(yīng)試劑混合均勻，在沸水浴中反應(yīng)10min。反應(yīng)結(jié)束后立即冷卻，于紫外-可見分光 光度計中進(jìn)行全波長掃描，以空白樣進(jìn)行上述相同的顯色反應(yīng)作為參比。實(shí)施例3:總糖和戊糖、己糖含量的測定
圖1為不同濃度木糖和葡萄糖顯色反應(yīng)后的可見光譜。圖中表明相同摩爾濃度的木糖 和葡萄糖經(jīng)顯色反應(yīng)后，均在相同波長425nm處具有等吸收，因此425nm為木糖和葡萄 糖的等摩爾吸收波長。波長425nm和553nm處的吸光度與總糖和戊糖濃度之間的關(guān)系均 遵循朗伯-比爾定律，即得標(biāo)準(zhǔn)曲線yi.l016x (R2 = 0.9976)和y產(chǎn)0.6628x (R2=0.9986)。 因此可由下述公式求得總糖和戊糖、己糖含量。
4 =《+^:2 (i)
4 =^Ct+e22C2 (2)
4 = ￡22 = ￡ (3)
C「q+C,A (4)
C,斗 (5)
C^C廣q (6)
式中d和C2分別表示戊糖和己糖的濃度，q'和^分別表示戊糖和己糖在553nm處的 摩爾吸光系數(shù)，^和^分別表示戊糖和己糖在425nm處的摩爾吸光系數(shù)，A!和A2分別 為波長553nm及425nm處的吸光度，CT表示總糖濃度。
可見，本發(fā)明方法對于分析總糖和戊糖、己糖含量均具有較高的精度和準(zhǔn)確性，回收 率為(100±3)%。
實(shí)施例4:提取液中干擾物質(zhì)的影響
植物纖維原料經(jīng)過堿液或熱水預(yù)處理，提取液中可以與間苯三酚發(fā)生顯色反應(yīng)的物質(zhì) 主要為木素、糖醛酸、己糖和戊糖。采用葡萄糖醛酸和木素標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行顯色反應(yīng)后的光 譜結(jié)果如圖2所示。葡萄糖醛酸的顯色反應(yīng)產(chǎn)物在553nm產(chǎn)生特征吸收(0.39)，但比相同
6摩爾濃度木糖的吸光度(1.95，見圖l)低得多。而在闊葉木半纖維素聚木糖主鏈中，木糖 與4-0-甲基葡萄糖醛酸基比例約10:1，即使木片的葡萄糖醛酸全部進(jìn)入提取液，其所對 應(yīng)的吸光度也僅為0.39*0.3/3.0=0.039,干擾比例約為2%，因此葡萄糖醛酸的吸收千擾可 忽略不計。木素顯色反應(yīng)的產(chǎn)物在425 600nm波長范圍內(nèi)也無明顯吸收，因此可以排除 二者對本測定方法的干擾。
實(shí)施例5:闊葉木與禾本科原料熱水提取液的測定
分別選取桉木和蘆葦作為闊葉木和禾本科原料代表，在160'C下進(jìn)行預(yù)處理反應(yīng)一定 時間，所得到的提取液稀釋一定倍數(shù)后按照實(shí)施例2進(jìn)行相同的操作，顯色反應(yīng)后產(chǎn)物的 可見光譜如圖3所示，說明顯色反應(yīng)后產(chǎn)物在553nm產(chǎn)生特征吸收(0.55)，產(chǎn)物主要來自 以木糖為主的戊糖類半纖維素組分。
實(shí)施例6:闊葉木堿提取液的測定
桉木木片在90'C下進(jìn)行預(yù)處理反應(yīng)數(shù)小時，所得到的提取液稀釋一定倍數(shù)后按照實(shí) 施例2的操作進(jìn)行，顯色反應(yīng)后產(chǎn)物的可見光譜如圖4所示，說明顯色反應(yīng)后產(chǎn)物在553nm 產(chǎn)生特征吸收(l.O)，產(chǎn)物主要來自以木糖為主的戊糖類半纖維素組分。
權(quán)利要求
1、一種快速測定半纖維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與間苯三酚產(chǎn)生顯色反應(yīng)，然后測定總糖在等摩爾吸收波長425nm及戊糖在553nm處的吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線求得總糖和戊糖含量，進(jìn)而求得己糖含量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于總糖在425nm處的吸光度與摩爾濃度之 間的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.1016x (R2=0.9976)， y指總糖在425nm處的吸光度，x指總糖的摩 爾濃度(單位mmol/L)， R"為相關(guān)系數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于戊糖在553nm處的吸光度與摩爾濃 度之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y產(chǎn)0.6628x (R2=0.9986)， yi是指戊糖在553nm處的吸光度，x是指 戊糖的摩爾濃度(單位mmol/L)， f為相關(guān)系數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于糖與間苯三酚產(chǎn)生顯色反應(yīng)包括如下 步驟(1) 在盛有間苯三酚的試劑瓶中依次加入冰醋酸、濃鹽酸、無水乙醇，充分搖勻使 間苯三酚溶解完全；間苯三酚、冰醋酸、濃鹽酸、無水乙醇的用量比依次為1克55毫升l毫升5毫升；(2) 分別移取上述不同濃度的單糖及混合糖標(biāo)準(zhǔn)溶液lmL于25mL比色管中，加入 lOmL顯色反應(yīng)試劑混合均勻，在沸水浴中反應(yīng)lOmin，反應(yīng)結(jié)束后立即冷卻，待進(jìn)行光 譜分析；(3) 將步驟(2)中反應(yīng)結(jié)束后的溶液于紫外可見分光光度計中進(jìn)行全波長掃描，記 錄波長425nm和553nm處的吸光度值，然后以空白樣進(jìn)行上述相同的顯色反應(yīng)作為參比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速測定半纖維素提取液中戊糖和己糖含量的方法，利用雙波長技術(shù)采用比色法實(shí)現(xiàn)對總糖和戊糖、己糖含量的同時測定；本發(fā)明以戊糖和己糖的等摩爾吸收波長和戊糖的特征吸收波長為基礎(chǔ)，大大簡化了雙波長的計算公式；同時，本發(fā)明還驗證了半纖維素提取液中可能存在的葡萄糖醛酸和木素對戊糖和己糖的測定結(jié)果都沒有顯著干擾。本發(fā)明操作簡單、快速且準(zhǔn)確度高，測定總糖和各單糖的回收率均較高為(100±3)％，完全可利用紫外—可見分光光度計實(shí)現(xiàn)，特別適合于闊葉木和草類原料半纖維素(其中聚戊糖含量高于聚己糖)提取液中總糖、戊糖和己糖含量的同時測定與分析。
文檔編號G01N21/78GK101493420SQ20091003736
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者曾 張, 遲聰聰 申請人:華南理工大學(xué)