还原性糖（共9篇）
还原性糖 篇1
生物学实验是学生获取生物知识的最有效手段之一, 同时在提高学生整体素质方面, 起到了非实验教学无法替代的作用。但是在教学过程中, 实验的操作步骤、实验药品的浓度、操作方法等都会对实验效果产生极大的影响。
笔者就人教社新版高中生物第一册教材中实验一“生物组织中可溶性还原糖、蛋白质、脂肪的鉴定”的还原性糖的鉴定实验做了实验的探究。
实验原理:用斐林试剂能检验生物组织中还原性糖的存在。斐林试剂由甲液 (质量浓度为0.1 g/mL的NaOH溶液) 和乙液 (质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液) 配制而成, 二者混合后, 立即生成淡蓝色的Cu (OH) 2沉淀。Cu (OH) 2与加入的葡萄糖, 在加热的条件下能够生成砖红色的Cu2O沉淀, 而葡萄糖本身则被氧化成葡萄糖酸。其反应式如下:
CH2OH— (CHOH) 4—CHO+2Cu (OH) 2→CH2OH— (CHOH) 4—COOH+Cu2O↓+2H2O
用斐林试剂鉴定还原性糖时, 溶液颜色的变化过程为:浅蓝色→棕色→砖红色 (沉淀) 。
实验一:使用不同时间配制的斐林试剂对还原性糖进行鉴定
1.问题提出
在教材中强调:要使用刚配制的斐林试剂, 切勿分别加入生物组织液样品进行检测。是否一定要刚刚配制的斐林试剂才能反应?如果配制的斐林试剂长时间放置会对实验结果产生怎样的影响?
2.实验探究的方法步骤
将2 mL0.1 g/mL的NaOH溶液与4滴0.05 g/mL的CuSO4溶液混合, 配制成斐林试剂, 实验前分别准备提前72小时、48小时、24小时、12小时、4小时配制的斐林试剂和现配的斐林试剂。此时现配的斐林试剂呈现蓝色, 静止4小时的斐林试剂是蓝色溶液并有黑色沉淀, 配制12小时及以上的斐林试剂溶液有黑色沉淀 (见表1) 。
3.实验结论
斐林试剂现配现用实验效果最好, 12小时以上的实验效果就欠佳了, 但是仍然能产生砖红色沉淀。只不过使用现配的斐林试剂鉴定可溶性还原性糖, 可以看见反应物在水浴中由浅蓝色变为棕色再变为砖红色的颜色变化。而使用放置较久的斐林试剂则只能看到棕黑转砖红色。
实验二:不同水温的水浴加热对还原性糖的鉴定实验的影响
1.问题提出
教材中提示:还原性糖的鉴定实验中, 要加入开水并煮沸2分钟。是否只能使用沸水浴?如果从冷水加热至沸腾会出现怎样的现象?能不能在酒精灯上直接加热?
2.实验探究的方法步骤
将斐林试剂和还原性糖混合后, 分别进行冷水水浴加热直至煮沸2分钟、沸水浴、酒精灯上直接加热这三种不同的加热方式, 查看实验结果 (见表2) 。
3.实验结论
水浴加热要沸水浴, 或者直接酒精灯加热, 不能冷水煮沸。
实验三:不同浓度CuSO4配制斐林试剂对还原性糖的鉴定实验的影响
1.问题提出
《教师教学用书》中介绍:“斐林试剂的配制, 甲液:质量浓度为0.1 g/mL的Na OH溶液, 乙液:质量浓度为0.05 g/mL的CuSO4溶液。使用时临时配制, 将4～5滴乙液滴入2 mL甲液中, 配完后立即使用。”然而斐林试剂和双缩尿试剂都是有甲液Na OH和乙液Cu SO4组成, 两者之间能互换吗?是否会对实验结果产生影响?
2.实验探究的方法步骤
分别将不同浓度的CuSO4溶液与NaOH溶液混合配制斐林试剂鉴定还原性糖 (见表3) 。
3.实验结论
利用斐林试剂鉴定还原性糖的关键在于是否有Cu (OH) 2存在, 还原性糖在加热的条件下, 与Cu (OH) 2反应生成砖红色的Cu2O沉淀。而与CuSO4的浓度无关, 双缩脲试剂中的0.01 g/mLCuSO4可以替代斐林试剂中的0.05 g/mLCuSO4使用。
实验四:加入试剂顺序不同对还原性糖鉴定实验的影响
1.问题提出
教材中讲:“使用时, ‘必须将斐林试剂的甲液和乙液混合均匀, 切勿分别加入生物组织样液进行检测。’”但是在实验过程中, 我们先加入梨汁, 再加入甲液, 最后加入乙液, 加热后产生砖红色沉淀。其颜色的变化是:深蓝色→橙黄色→砖红色 (沉淀) 。通过实验的操作和观察思考, 我们对教科书中的“切勿分别加入”产生了疑问:如果打乱顺序加入实验药品有何影响?
2.实验探究的方法步骤
将斐林试剂的甲液、乙液和还原性糖按不同的顺序加入试管后水浴加热, 观察结果 (见表4) 。
3.实验结论
实验中实验试剂的加入顺序对实验结果没有影响。
鉴定可溶性还原性糖的斐林试剂是用甲液和乙液配制的Cu (OH) 2溶液, 它在加热条件下与还原性糖发生醛基反应, 被还原成砖红色Cu2O沉淀。
通过以上的4个探究实验, 得出以下结论:
(1) 斐林试剂现用现配效果最好。
(2) 加热的方式既可以是水浴加热, 也可以直接加热 (但要向学生强调试管口不能对人) 。
(3) 配制斐林试剂的CuSO4浓度对反应结果没有影响, 双缩脲试剂乙液可以替代斐林试剂乙液使用。
(4) 在实验过程中, 生物组织样液 (还原性糖溶液) 、甲液和乙液的加入顺序对实验结果无影响。
参考文献
[1]全国普通高级中学教科书生物:第一册[M].北京:人民教育出版社, 2003.
[2]高中生物第一册教师用书[M].北京:人民教育出版社, 2003.
[3]李华, 许八生.对斐林试剂和双缩脲试剂应用的探究[J].生物学通报, 2005, 7:47-48.
还原性糖 篇2
选用常见的7种不同材料,在不同温度下进行还原糖的.鉴定实验,通过比较、分析,寻找不同温度下最佳的实验材料,并对该实验的选材及操作提出合理化的改进建议.
作 者：宋继强 徐瑛 王宗勤 作者单位：贵阳市第三实验中学,贵州贵阳,550001 刊 名：生物学通报 PKU英文刊名：BULLETIN OF BIOLOGY 年，卷(期)： 42(7) 分类号：Q1 关键词：材料 温度 还原糖实验
还原性糖 篇3
关键词：VC 保健食品 还原糖
中图分类号：TS247 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2014）16-0033-02
Abstract：Quantified using iodine dispose health food vitamin C， and then the content of reducing sugars was determined using Fehling reagent. By measuring showed that the recovery of this method was more than 98.0%， RSD was 0.15%. This method can be used to determine reducing sugar in Vitamin C type of health food，Which is simple， accurate and reliable.
Key Words：VC health food reducing sugar
维生素C（Vitamin C，Ascorbic Acid）又叫L-抗坏血酸，是一种水溶性维生素。补充维生素C可以有以下作用[1]：促进胶原蛋白的合成，防止牙龈出血，增强免疫力等。还原糖在保健食品中适量添加可以增加甜度和改善风味，通常为老年人设计的保健食品则不添加还原糖。
还原糖是指可被氧化充当还原剂的糖，分子结构中含有还原性基团。测定方法主要有容量法[2]和分光光度计法[3]，容量法适用于各种还原糖的测定，分为直接滴定法和高锰酸钾滴定法，后者的方法准确度和重现性优于前者，但是后者操作复杂、费时；比色法误差较大。而维生素C型保健食品中还原糖的测定暂时未见报道，通常情况下选择GB5009.7测定，由于维生素C还原性比还原糖强，对测定产生干扰，无法得到正确的还原糖含量。本文利用I2在常温下不与还原糖反应的特点，在样品前处理时控制pH，优先反应掉维生素C，然后利用菲林试剂法测定维生素C型保健食品中的还原糖。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器[4]
某厂提供的保健食品；费林甲液硫酸铜15g及亚甲兰0.05g溶于水中，定容至1000ml；费林乙液氢氧化钠75g，酒石酸甲钠50g，亚铁氰化钾4g，定容至1000ml，葡萄糖、维生素C和碘标准（纯度≥99%）；CW-2000超声波萃取仪；超纯水（18.2MΩ.cm，Milipore）。
那么对于含维生素C的保健食品中还原糖的测定实验，可以已知VC的含量，求出对结果的影响量，既消除VC的干扰。
称取0.1g维生素C模拟无糖型保健食品（VC），称取0.25葡萄糖标准品模拟含糖型保健食品（糖），称取0.1g维生素C和0.25g葡萄糖模拟含糖型保健食品（VC+5%糖），按照待测液的制备1.2试样置于250ml容量瓶中……开始测定，测定结果见表2。
按照称取5g样品，无糖型试样体积消耗大于100mL仍无法使斐林试剂变色，可认为样品中影响还原糖量小于0.5g/100g，若按照1.4公式计算，检出限为0.25g/100g。如果有更低的检出需求，可以通过减少斐林试剂用量或适当加入还原糖标准预消耗部分斐林试剂来达到目的。
利用t检验比较含糖型保健食品测定值和添加量（P<0.05），两者的差异无统计学意义，由此可见：样品处理时加入的碘可以与维生素C定量反应而不与还原糖发生反应；样品处理中加入的各种试剂及反应产物干扰还原糖的测定，但是可以列出定量关系，不影响还原糖的定量。所以通过碘的定量处理，可以实现斐林试剂法测定维生素C型保健食品中还原糖的含量。
2.2 实际样品的测定和加标回收
本次试验选择两款市售咀嚼片进行测定，同时进行加标试验，加标水平为2%，测定结果见表3。由结果可以看出，还原糖测定值和标示量基本一致，加标回收率在98.4%-99.3%，结果准確可靠。
维生素C型保健食品以咀嚼片居多，成分都比较简单，应该可以使用相同的处理办法；另外还有复合型的保健食品，由于配方复杂，引起的干扰较多，使用此方法回收率较低，需要进一步的研究解决。
3 结语
从加标回收和RSD来看，本方法基本可用于含有VC的保健食品中还原糖的测定，方法简便、准确、可靠。
参考文献
[1]曾翔云.维生素C的生理功能与膳食保障[J].中国食物与营养，2005（4）.
[2]刁春霞，张雪梅，等.干红葡萄酒中总糖测定方法的改进[J].中国酿造，2009（5）.
[3]张永勤，薛长湖，等.还原糖的可见分光光度法研究进展[J].食品与发酵工业，2007，33（5）97-99.
还原性糖 篇4
关键词：自动滴定仪,高温氧化还原电极,还原糖
糖是人体三大主要营养素之一,是人体热能的主要来源。糖供给人体的热能约占人体所需总热能的60%~70%,除纤维素以外,一切糖类物质都是热能的来源。但是,糖的过多食用又会引起肥胖、动脉硬化、高血压、糖尿病以及龋齿等疾病。所以,糖含量的测定和蛋白质、脂肪一样,一直是食品检验的重点项目。目前食品中糖含量的测定,几乎都是国标方法中引用的氧化还原滴定,利用颜色变化判断滴定终点。由于该实验影响因素较多,加热速度、滴定速度等对实验结果的影响比较大,所以实验的平行性比其他实验要差的多,要想做好这个实验就需要更多的经验做支撑。结合日渐成熟的自动滴定技术和电位滴定技术的优点,本次试验采用了氧化还原电极通过自动滴定仪来测定黄酒中的还原糖。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
METTLER-TOLEDOT70自动滴定仪,SCHOTTCERAN红外线加热板,METTLER-TOLEDOXS204电子天平。
硫酸铜(CuSO4·5H2O)(Alfa Aesar),亚甲蓝(C16H18ClN3S·3H2O)(Alfa Aesar),酒石酸钾钠(C4H4O6KNa·4H2O)(Alfa Aesar),氢氧化钠(NaOH)(Alfa Aesar),亚铁氰化钾(K4Fe(CN)6·3H2O)(Alfa Aesar),葡萄糖(C6H12O6)(Alfa Aesar)。
1.2 溶液配制
碱性酒石酸铜甲液:称取15g硫酸铜(CuSO4·5H2O)及0.05g亚甲蓝,溶于水并稀释至1000mL;碱性酒石酸铜乙液:称取50g酒石酸钾钠、75g氢氧化钠,溶于水中,再加入4g亚铁氰化钾,完全溶解后,稀释至1000mL;葡萄糖标准溶液:称取1g(精确值0.0001g)经过98℃~100℃干燥2h的葡萄糖,加水溶解后加入5mL盐酸,并以水稀释至1000mL。此溶液每毫升相当于1.0mg葡萄糖。
1.3 样品处理
取适量样品,加热除去酒精后用水稀释(至还原糖含量在1mg/mL左右)。
1.4 实验步骤
1.4.1 标定碱性酒石酸铜溶液
吸取5.0mL碱性酒石酸铜甲液及5.0mL酒石酸铜乙液,置于100mL高脚烧杯中,加水10mL,软件控制加入9mL葡萄糖标准溶液用红外线加热板调好功率,快速加热至沸腾,保持沸腾并以2秒一滴的速度用葡萄糖标准溶液滴定至终点(电位发生突变),得到滴定体积V0。
1.4.2 试样溶液预滴定
吸取5.0mL碱性酒石酸铜甲液及5.0mL酒石酸铜乙液,置于100mL高脚烧杯中,加水10mL,加5mL试样溶液,用红外线加热板调好功率,快速加热至沸腾,保持沸腾,软件控制以1秒一滴的速度用葡萄糖标准溶液滴定至终点,得到预滴体积。
1.4.3 试样溶液滴定
吸取5.0mL碱性酒石酸铜甲液及5.0mL酒石酸铜乙液,置于100mL高脚烧杯中,加水10mL,加5mL试样溶液,软件控制比预滴体积少1mL的葡萄糖标准溶液,用红外线加热板调好功率,快速加热至沸腾,保持沸腾,并以2秒一滴的速度用葡萄糖标准溶液滴定至终点,得到滴定体积V1。
1.4.4 结果计算
试样中还原糖含量(以葡萄糖计)按式(1)进行计算:
X为试样中还原糖的含量(以还原糖计)(g/L);
f为样品稀释倍数。
2 结果与讨论
2.1 精密度实验
本实验取样为某品牌黄酒的三个不同产品,每个产品各6瓶同批号样品。取其中一种产品做平行性实验,每瓶样品做A、B两个样,取10.0mL样品,处理后定容至250稀释倍数为25,经过5次平行滴定得V0为10.82mL,实验数据如表1。
结果说明,用自动滴定仪滴定黄酒中还原糖具有很好的平行性,实验结果的精密度远远高于国标要求的“两次测定结果的绝对差值小于算术平均值的10%”。
2.2 与国标方法对比
三种黄酒分别以自动滴定仪、国标方法手工滴定测定还原糖含量,两者结果对比如表2。
自动滴定仪的滴定结果和手工滴定相比都要偏低一点,但是从数据的精密度来说,RSD值比手工滴定小的多,相对来说整个滴定更稳定,结果也基本和手工滴定相吻合,最大相差不超过1.5%。
2.3 讨论
费林试剂是一种氧化剂,由甲、乙液组成。测定时一定量的甲乙液混合,首先形成氢氧化铜,然后形成酒石酸钾铜络合物。次甲基蓝作为滴定终点指示剂,在氧化溶液中呈蓝色,被还原后呈无色。用标准还原糖滴定时,还原糖首先使铜还原,至铜被还原完毕,才使次甲基蓝还原成无色,即为滴定终点。
但在实际测定过程中易受很多因素的干扰,如加样量,加水体积,试剂浓度,特别是滴定速度、加热时间,严重影响测定的准确性。而不同的操作人员控制这些条件的技术水平不同,往往会造成较大的测定误差。例如,实验中发现,甲乙液混合后,如果没有没有迅速加热至沸腾,由于反应不均匀,硫酸铜与氢氧化钠先生成氢氧化铜浅是蓝的,与过量氢氧化钠生成绛篮色的铜酸钠,铜酸钠不稳定见光分解成氧化铜,直接生成黑色沉淀,导致实验失败。所以本实验采用了红外线加热板进行加热,保证了溶液在短时间内能达到沸腾状态。另外自动滴定仪可以精确控制滴定的速度,消除由此带来的影响。
由于自动滴定仪自身的特点,我们采用的滴定方式和国标方法有些区别,国标是直接那样液滴定碱性酒石酸铜溶液,而我们是加了5mL样液后,再用葡萄糖标准溶液滴定碱性酒石酸铜溶液,这样带来的另一个优点是,每次开始时加入的溶液量相差不大,加热时间就比较一致,可以减小加热时间对实验的影响。
另外,实验中应用的高温氧化还原电极,是通过电位变化来确定滴定的终点,相对其他的感光电极,更不容易产生干扰,与传统手工滴定结果的对比也说明,两者的结果应该是一致的,而且用高温氧化还原电极来判断终点更能消除人为的终点判断误差。
3 结语
由于更好的克服了滴定速度以及加热时间对实验结果的影响,自动滴定仪测定糖含量比传统的手工滴定具有更高的精密度,更符合生产过程控制和产品质量检验的要求,必将还原糖滴定新的发展方向。
参考文献
还原性糖 篇5
本文通过对南瓜果实生长发育及贮藏过程中还原糖的动态变化规律的测定, 为今后南瓜原料的加工利用、南瓜的品质育种、以及适期采食南瓜果实提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
选用中国南瓜类型品种—蜜本为试验材料, 该品种由广东汕头市种子公司生产, 为目前国内南瓜的主栽品种, 其果实成熟时, 瓜皮橙红色, 果肉细腻、味甜, 品质优良。
1.2 试验方法
本试验按随机3个小区设计, 每小区面积65m2, 种植100株, 试验田总面积195m2。3月20日于日光温室育苗, 4月20日采用人字架宽窄行方式定植于露地, 其中宽行为1.6m, 窄行为1.0m, 株距0.5m。采用单蔓整枝 (落蔓) 方式, 实行人工授粉, 挂牌标记, 果实坐住后留12片功能叶后摘心。采后于贮藏30d、60d、90d、120d、150d随机取样, 共计5次;全部分析用样均采用6月20日、21日、22日3d内授粉的果实。同一小区内每次随机取5个瓜做1个样品, 每次取瓜15个, 做3个样品;总共取瓜75个, 共做样品15个。全部实验总共取瓜150个, 共做样品30个。分别随机测定样品中南瓜的还原糖含量。
1.3 测定方法:采用费林试剂法测定还原糖的含量[6]
1.3.1 试剂
费林甲液:称取15g硫酸铜 (CuSO4·5H20) 和0.05g次甲基蓝, 溶于1 000ml水中。
费林乙液:称取50g酒石酸钠, 54g氢氧化钠和4g亚氰化钾溶于1 000ml水中。
标准葡萄糖溶液:称取葡萄糖 (预先在105℃烘干, 恒重) 1g。用少量蒸馏水溶解后加入8ml浓盐酸 (防微生物生长) 。再用蒸馏水定容至1 000ml。
6N盐酸溶液、醋酸铅、磷酸氢二钠。
1.3.2 器材
酸滴定管 (25ml) 、吸量管 (10ml、15ml) 及吸量管架, 容量瓶 (100ml) 、电炉、石棉网、铁架台、万能夹、椎形瓶 (250ml) 、滴管、玻璃棒、水浴锅。
1.3.3 空白测定
准确吸取费林甲、乙液各5ml和蒸馏水5ml放入250ml的椎形瓶中, 再用滴定管加入5ml的标准葡萄糖溶液, 混匀后放在石棉网上加热。应使瓶内溶液在2min内达到沸腾, 以每秒4s~5s的速度由滴定管滴入标准葡萄糖溶液直至蓝色消失为止。沸腾前加入的标准葡萄糖溶液量与沸腾后滴定时所用的标准葡萄糖的溶液量总和就是测定空白时耗用的标准葡萄糖溶液的毫升数。
全部滴定过程必须在沸腾状态下进行, 同时可加入10ml10%的K4[Fe (CN) 6]使滴定终点容易观察。一般应在3min内完成。
1.3.4 还原糖的测定
对每个被抽取的样品准确称取果肉4g, 研碎。放入250ml椎形瓶中, 在50℃恒温水浴浸提半个小时, 并经常搅拌, 除沉淀。半小时后, 取出冷却, 逐渐加入1ml~3ml饱和醋酸铅, 至沉淀完全为止, 并加入1ml~5ml的10%的磷酸氢二钠溶液, 至不在产生沉淀为止。加水至刻度, 摇匀, 过滤上述溶液, 移入100ml容量瓶内。用蒸馏水定容至刻度, 即为待测定的还原糖样品液。
准确吸取样品液5g放在250ml椎形瓶中, 加入费林甲、乙液各5ml, 在电炉上加热至沸腾, 然后按空白测定的滴定速滴入标准葡萄糖溶液直至蓝色消失, 记下滴定的毫升数。
2 结果分析
2.1 南瓜果实在采后贮藏过程中还原糖的含量
在采后贮藏期间, 每隔30d测定一次, 在采后90d还原糖含量最高, 为0.0012mg/kg, 采后150d还原糖含量最低, 为0.00079mg/kg。在采后期间, 还原糖含量的范围为0.00079mg/kg~0.0012mg/kg之间, 其中在采后60d、90d之间有一个小波动。
2.2 南瓜果实生长发育过程及采后贮藏期间还原糖的动态变化
图反映了南瓜果实还原糖采后动态变化规律[7]。在采后150d还原糖的含量达到最低, 为0.00079mg/kg。从果实贮藏期间来看, 还原糖的变化趋势总体上来说是下降的, 虽然在图中, 采后60d、120d之间有一个波动, 但起伏不大。
从图可以看出还原糖的含量是随着果实成熟度的上升而下降。在采后150d还原糖含量最低。总体上随着果实成熟度的上升呈下降趋势。
3 讨论
3.1 还原糖的合成及分解
果实中的还原糖主要有葡萄糖、果糖、乳糖、麦芽糖等。这些糖可以通过光合作用及一些代谢途径合成或分解产生。同时, 又可以通过呼吸作用进一步分解, 且果实中葡萄糖、淀粉、脂肪等一些有机物可以互相转化, 如通过光合作用合成一些碳水化合物可以进一步转化为淀粉, 而淀粉在果实贮藏后期可分解为可溶性糖, 如非还原性糖蔗糖。由此可见, 影响光合作用, 呼吸作用等诸多因素, 均有可能影响果实中的还原糖含量。
3.2 南瓜果实采后还原糖含量变化的原因
本研究表明, 在南瓜还原糖含量中, 还原糖在成熟采摘到采后150d之间测定。还原糖含量基本上呈下降的趋势。这与本次实验所用南瓜植株生长期间的天气状况有一定的关系。在今年夏季, 多雨, 日照不充沛。严重影响了光合作用, 并且雨水过多[13], 促进了植株糖酵解的进行, 致使果实中葡萄糖进一步分解为酒精、乳酸, 使还原糖含量有所下降, 而在贮藏期间, 淀粉可进一步分解为可溶性糖, 虽果实中含糖量有所增加, 但多为蔗糖等一些非还原糖, 以至在后期还原糖的测定过程中, 其含量还是呈下降趋势。
由还原糖的合成及分解过程可以看出, 只要影响其合成和分解的因素均有可能影响还原糖的含量。如温度、水分。而这些因素又大都是通过影响其相应的酶的活性来进一步调控还原糖的含量, 这需要对生理生化方面来进行进一步的研究。在发育前期如水解酶活性高, 就能提高果糖含量而提高果实甜度。发育后期合成酶活性高, 就能使蔗糖提早加快累积, 提高果肉甜度。
综上所述, 南瓜果实还原糖含量受诸多因素的影响, 本次实验只是初步对采后的还原糖含量的动态变化做了简单的测定, 其中外部环境及其相关酶的活性对还原糖含量都有一定的影响, 这需要进一步的深入研究。
摘要：以蜜本南瓜为材料, 对其果实贮藏过程中南瓜还原糖这一主要营养成份含量的变化进行了研究。结果表明:1) 贮藏期间, 采后90d, 还原糖含量达到最大值, 为0.0012mg/kg, 在这期间的还原糖含量的范围为0.00079mg/kg～0.0012mg/kg之间;2) 采后60d、120d之间有一个波动, 但起伏不大。
关键词：南瓜,果实,还原糖,动态,变化
参考文献
[1]孙清芳, 崔崇士, 张耀伟.南瓜品种育种的进展[J].东北农业大学学报, 2004, 35 (6) .
[2]袁惠艳, 王利芬.保护地南瓜新品种果实营养成分的测定与分析[J].安徽农业科学.2004, 32 (5) .
[3]张拥军, 沈晓春.南瓜的药用价值极其开发利用前景[J].中国计量学报, 2003, 13 (3) .
[4]潭仁详主编.植物成分功能.北京:科学出版社[M], 2003, 10:128-130.
[5]荣国斌, 苏克曼.大学有机化学基础[M].上海:华东理工出版社.化学工业出版社, 2000, 8:480-497.
[6]北京大学生物化学教研室编.生物化学实验指导[M].北京:高等教育出版社, 1978.
玉米粉水解过程中还原糖的测定 篇6
研究采用还原糖测定仪法和DNS法测定玉米粉水解液中的还原糖含量,还原糖测定仪法是采用仪器测量,而DNS法是用手工测量,通过2种方法的比较,能得到更为准确的试验结果,以为生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 供试材料。
普通玉米粉(市售)。
1.1.2 试剂。
斐林试剂甲液:取CuSO4·5H2O 35.0 g,加1%次甲基蓝5 mL,定容至1 000 mL;斐林试剂乙液:取NaOH126.4 g、酒石酸甲钠117.0 g、亚铁氰化钾9.4 g,然后定容至1 000 mL;1.00%标准葡萄糖溶液:准确称取烘干葡萄糖10.0 g,定容至1 000 mL;0.70%标准葡萄糖溶液:准确称取烘干葡萄糖7.0 g,定容至1 000 mL;3,5-二硝基水杨酸(DNS)试剂。
1.1.3 样品的配制。
准确称量玉米粉1 g,加入蒸馏水100 mL,然后再加入1 mol/L稀硫酸15 mL,搅拌均匀后,将其放入水浴锅中加热,水浴温度为100℃。每1 h测量1次水解液的还原糖量[6]。
1.2 还原糖测定仪法
1.2.1 测定原理。
还原糖测定仪法采用斐林试剂法测定还原糖,仪器会自动将斐林试剂甲、乙液注入到反应池中。斐林试剂是一种氧化剂,由甲、乙液组成。测定时一定量的甲乙液混合,首先形成氢氧化铜,然后形成酒石酸钾铜络合物。次甲基蓝作为滴定终点指示剂,在氧化溶液中呈蓝色,被还原后呈无色[7]。用标准还原糖滴定时,还原糖首先使铜还原,至铜被还原完毕,才使次甲基蓝还原成无色,即为滴定终点。
在滴定过程中,溶液颜色会逐渐产生变化:蓝色—深蓝色—浅蓝色—紫红色—淡紫红色—在终点时突然变化至无色透明。用570 nm的光电转换装置,检测滴定过程中透光率的变化。根据电压变化曲线,仪器控制系统自动记录、采样、确定滴定终点。根据终点时消耗标准还原糖的量,控制系统自动计算样品中的还原糖含量,并显示和打印结果。
1.2.2 操作方法。
仪器由山东省科学院中日友好生物技术研究中心提供。
操作步骤:(1)接通电源(220 V),进入待机状态。(2)开机。按“开P关”键,自动启动准备程序。(3)定标。按定标键,自动进入定标程序。试剂泵完成后,用微量注射器将标准品注入反应池,完成后仪器自动定标,并打印。(4)测定。按测定键,自动进入测定程序。试剂泵完成后,用微量注射器将标准品注入反应池,完成后仪器自动测定,并将结果打印。按测定键可重复进行测定。
1.3 DNS法
1.3.1 测定原理。
还原糖在碱性条件下加热被氧化成糖酸及其他产物,3,5-二硝基水杨酸则被还原为棕红色的3-氨基-5-硝基水杨酸[8,9]。在一定范围内,还原糖含量与棕红色物质颜色的深浅成正比关系,利用分光光度计,在540 nm波长下测定光密度值,查对标准曲线并计算,便可求出样品中还原糖和总糖的含量。
1.3.2 操作方法。
(1)制作葡萄糖标准曲线。取7支25 mL具塞刻度试管编号,分别加入1 mg/mL葡萄糖标准液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL,再加蒸馏水补至2.0 mL,然后加入3,5-二硝基水杨酸(DNS)试剂1.5 mL,将各试管摇匀,在沸水浴中准确加热5 min,取出,冰浴冷却至室温,用蒸馏水定容至25 mL,加塞后颠倒混匀,在分光光度计上进行比色。调波长540 nm,用0号管调零点,测出7支试管的光密度值。(2)样品含量测定。取玉米粉水解液1 mL稀释100倍,取2.0mL稀释液于试管中,加入3,5-二硝基水杨酸(DNS)试剂1.5mL,摇匀,在沸水浴中准确加热5 min,取出,冰浴冷却至室温,用蒸馏水定容至25 mL,加塞后颠倒混匀,在分光光度计上进行比色。
2 结果与分析
按照还原糖测定仪法和DNS法,分别测得12组试验数据,结果见表1、2。可以看出,水解1~8 h,玉米粉水解的速度很快,11 h后,玉米粉基本上水解完全。通过最后完全水解可以算出,市售玉米粉的淀粉含量基本上是在76%左右(淀粉含量计算:还原糖含量乘以还原糖折算成淀粉的系数0.9)。
DNS法和还原糖测定仪法测得的结果比较接近,说明这2种方法测量玉米粉水解过程中的还原糖含量都比较合适。
3 结论
(1)采用试验所用的水解玉米粉的方法,要将玉米粉水解到50%的还原糖量,大约需要4 h,要达到玉米粉的完全水解,需要11 h左右。
(2)各行业可以根据所需的还原糖量,水解到相对应的时间即可。当然,水解的方法可能并不完全相同,但根据玉米粉水解的趋势,若要加快或减慢水解的速度,可相应的增加或减少酸含量即可。
(3)用还原糖测定仪法测定还原糖含量,测定1个样品所需的时间仅为3 min,而DNS测定1个样品至少需要20min左右。由此可以看出,2种方法都比较适宜测定还原糖含量,但还原糖测定仪法更具优势,其稳定性好、重现性好、测定速度快、准确度高。
摘要：为了测定玉米粉水解过程中还原糖的含量,将玉米粉在水浴中进行酸水解,加入的玉米粉、蒸馏水和稀硫酸的比例是1∶100∶15,温度保持在100℃。在水解的过程中,采用还原糖测定仪法和DNS法(3,5-二硝基水杨酸法)测定水解过程中的还原糖量,每1 h测定1次,从而准确地了解玉米粉的水解程度。结果表明:2种方法都比较适宜测定还原糖含量,但还原糖测定仪法更具优势,其稳定性好,重现性好,测定速度快,准确度高。
关键词：玉米粉,还原糖测定仪法,DNS法,还原糖
参考文献
[1]郑艳春.玉米淀粉测定及相关问题的探讨[J].黑龙江粮食,2010(4):38-39.
[2]史建国,马耀宏,孟庆军.还原糖测定仪测定烟叶中还原糖的研究[J].烟草研究与管理,2003(1):30-31.
[3]赵巍.影响食品中还原糖测定的因素[J].辽宁化工,2001,30(10):64-65.
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[6]奚可畏.挤压蒸煮玉米淀粉、脱胚玉米制取葡萄糖浆的试验研究[D].哈尔滨:东北农业大学,2007.
[7]张建刚,李生泉,张丽.微量淀粉含量测定的新方法研究[J].安徽农业科学,2009,37(26):12377-12379,12398.
[8]王喜萍,李长生,张文英,等.淀粉含量测定方法的研究初探[J].粮油食品科技,2001,9(2):37-38.
还原性糖 篇7
目前关于菥蓂子的现代研究报道并不多, 为了更好地认识和利用菥蓂子药材, 本研究采用3, 5 -二硝基水杨酸比色法 ( DNS法) 测定菥蓂子中多糖类成分的含量, 同时测定了菥蓂子中还原糖和蔗糖的含量。
1 实验材料
1.1仪器
TU-1901型双光束紫外可见光分光光度计:北京普析通用仪器有限责任公司;AB135-S型电子天平:瑞士Mettler Toledo;恒温水浴箱、恒温鼓风干燥箱等均为国产仪器设备。
1.2药品与试剂
菥蓂子:购自内蒙古药材公司, 产地云南, 经本校药学院生药学教研室渠弼教授鉴定为十字花科植物菥蓂 (Thlaspi arvense L.) 的成熟种子。无水葡萄糖 (优级纯) ;蔗糖 (优级纯) 。石油醚 (60~90℃) 、3, 5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、苯酚、亚硫酸钠、氢氧化钠、盐酸等均为市售分析纯。
2 方法与结果
2.1 DNS试剂的制备
称取3, 5-二硝基水杨酸2g, 加入120mL水, 置于45℃水浴中加热搅拌至溶解完全。边搅拌边缓速滴加10mL 0.1g/mL的NaOH溶液, 搅拌至溶液澄清透明后按顺序加入40g酒石酸钾钠、0.4g苯酚和1g无水亚硫酸钠, 不断搅拌, 同时补水, 直至加入试剂全部溶解, 停止加热, 冷却至室温, 用水定容至200mL, 贮存于棕色瓶中, 暗处放置7天后使用。
2.2还原糖与蔗糖供试液的制备[4,5]
称取干燥菥蓂子粉末8g, 加入10倍量的石油醚 (60~90℃) , 置于75℃水浴中加热回流2小时, 趁热抽滤, 滤渣同法再脱脂2次, 挥干溶剂。加200mL水, 在45℃水浴中加热1小时, 时时振摇, 冷却后补水, 摇匀, 静置, 过滤, 收集续滤液。吸取50mL续滤液置于锥形瓶中, 加入5mL 6mol/L的HCl, 在68~70℃水浴中加热水解15分钟, 取出后流水冷却至室温, 用6mol/L的NaOH溶液中和, 过滤, 滤液转移至100mL容量瓶中用水定容, 摇匀, 作为测定菥蓂子蔗糖含量的供试液, 剩余续滤液作为测定菥蓂子还原糖含量的供试品溶液。
2.3多糖供试液的制备
取2.2项下的滤渣, 加入20mL6mol/L的HCl和30mL水, 置于沸水浴中加热水解30分钟。冷却至室温, 用6mol/L的NaOH溶液中和, 过滤, 滤渣用少量蒸馏水多次洗涤, 洗涤液并入滤液中定容至100mL。吸取10mL, 用水稀释至50mL, 作为测定菥蓂子多糖含量的供试液。
2.4蔗糖与多糖含量的计算方法
样品中的蔗糖含量根据下式计算得出:Z= (R1–R2) ×0.95, [Z:样品中蔗糖含量 (%) ;R1:根据菥蓂子蔗糖供试液测得的还原糖含量, 即水解处理后的还原糖含量 (%) ;R2:根据菥蓂子还原糖供试液测得的还原糖含量, 即水解处理前的还原糖的含量 (%) ;0.95:还原糖 (以葡萄糖计) 换算为蔗糖的系数]。
样品中的多糖含量根据下式计算得出:D=R3×0.9, [D:样品中的多糖含量 (%) ;R3:根据菥蓂子多糖供试液测得的还原糖含量 (%) ;0.9:还原糖 (以葡萄糖计) 换算为多糖的系数]。
2.5对照品溶液的制备
精密称取105℃干燥至恒重的葡萄糖适量, 用水溶解制得1.0mg/mL的葡萄糖对照品溶液。
2. 6 方法学考察
2.6.1检测波长的选择
取适量还原糖供试液和多糖供试液, 用水稀释至适宜的浓度, 以水为空白, 在200~600nm范围内进行波长扫描。另取适量葡萄糖对照品溶液、还原糖供试液及多糖供试液, 分别置于具塞刻度试管中, 用水补至2.0mL, 再加入DNS试剂1.5mL, 摇匀, 沸水浴中加热5分钟, 立即用流水冷却至室温后用水定容至25mL, 以同法处理的水加DNS试剂为空白, 在200~600nm范围内进行波长扫描。对所得结果进行比较分析, 再结合相关研究文献[6], 确定本实验研究检测波长为540nm。
2.6.2线性关系考察
吸取葡萄糖对照品溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mL分别置于具塞刻度试管中, 按2.6.1项下“用水补至2.0mL”开始同法操作显色, 以首份液体为空白, 于540nm波长处测定吸光度, 以吸光度 (A) 对溶液浓度 (C) 进行线性回归, 得回归方程A=10.573C-0.0413, 相关系数r=0.9996, 表明葡萄糖浓度在0.008~0.048mg/mL范围内与吸光度呈良好的线性关系。
2.6.3精密度实验
吸取2mL菥蓂子还原糖供试液, 置于具塞刻度试管中, 按2.6.1项下方法操作显色, 于540nm波长处测定吸光度。依法重复测定5次, 计算得RSD值为0.32%, 表明仪器性能良好, 操作精确。
2.6.4稳定性实验
按2.2和2.3项下方法制得菥蓂子还原糖供试液、蔗糖供试液和多糖供试液。每种供试液分别于制备后的0、1、2、3、4小时按2.6.1项下方法操作显色, 于540nm波长处测定吸光度。结果还原糖供试液的RSD值为0.50%, 蔗糖供试液的RSD值为0.98%, 多糖供试液的RSD值为0.78%, 表明菥蓂子的3种糖供试液在4小时内稳定。
2.6.5重复性实验
取同一批号的菥蓂子干燥粉末5份, 按2.2和2.3项下方法平行制备还原糖、蔗糖和多糖供试液, 依法测定, 计算3种糖含量。结果还原糖的平均含量为1.68%, RSD值为1.76%;蔗糖的平均含量为1.16%, RSD值为1.95%;多糖的平均含量为3.91%, RSD值为2.03%;表明本方法重复性良好。
2.6.6加样回收率实验
取5份已知还原糖、蔗糖和多糖含量的同一批菥蓂子干燥粉末, 各加入准确称定的适量葡萄糖和蔗糖, 按2.2项下方法平行制备还原糖和蔗糖供试液。所得滤渣再分别加入准确称定的适量葡萄糖, 按2.3项下方法平行制备多糖供试液。以上各份供试液按含量测定方法依法操作, 计算加样回收率, 结果见表1~3。由表中数据可知, 还原糖的平均加样回收率为98.8%, RSD值为1.31%;蔗糖的平均加样回收率为97.9%, RSD值为1.03%;多糖的平均加样回收率为98.1%, RSD值为1.02%;说明本方法可行。
2.7含量测定
取3批菥蓂子 (均为云南产) 的干燥粉末, 按2.2和2.3项下方法制备还原糖、蔗糖及多糖供试品溶液, 再分别按含量测定方法依法操作, 计算得还原糖、蔗糖及多糖的含量, 结果见表4。
3讨论
本研究中蔗糖含量测定结果的准确性主要取决于实验过程中水解条件的控制, 蔗糖的水解速率比其他双糖及多数低聚糖快得多, 在本实验采取的水解条件下, 只有蔗糖能完全水解, 而其他双糖、低聚糖和多糖的水解则可忽略不计。另外, 因果糖在酸性介质中可被缓速分解, 故在制备蔗糖供试液的过程中应严格控制水解时间, 水解15分钟后应立即取出, 迅速冷却中和, 以防止果糖及其他单糖的损失。
本研究还用DNS法测定了菥蓂子中的总糖含量, 结果表明总糖含量值与本实验测得的还原糖、蔗糖和多糖三者含量的总和相符。本研究还采用苯酚- 硫酸法测定了菥蓂子中总糖和多糖的含量, 结果表明苯酚-硫酸法测得的两种糖含量值均高于DNS法, 说明有必要对菥蓂子的多糖含量采用不同的测定方法进行比较研究。
用3, 5 -二硝基水杨酸比色法测定的结果表明, 菥蓂子中含有近4%的多糖类成分, 含量相对较高, 具有进一步进行结构鉴定和相关药效学实验研究的价值。
参考文献
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[4]GB/T 5009.7-2008.食品中还原糖的测定.
[5]GB/T 5009.8-2008.食品中蔗糖的测定.
还原性糖 篇8
传统化工冶炼利用不可再生的化石资源,以集中的生产方式,高效的生产效率,创造了大量的物质财富,满足了人类的物质生活需要,极大地促进了社会发展与进步;同时也产生了环境污染、全球变暖、化石资源日益枯竭等负面影响。世界能源组织预测2030年的世界能源需求将是2005年的1.5倍以上;2030年亚洲能源需求将是2005年的2.1倍以上;2030 年二氧化碳排放量将是2002 年的1.5 倍以上(Energy Outlook 2030)。国际能源网公布2010 年世界二氧化碳排放量为331.6亿t,其中,我国二氧化碳排放量为83.3亿t,占世界份额的25.1%,居世界第一位。2009年11月26日,我国正式宣布将2020 年单位GDP的二氧化碳减排40%~45%作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。
生物质广义上指通过光合作用而产生的各种有机体;狭义上指植物、微生物以及其加工后的产品及废弃物。地球上最广泛存在的生物质为木质纤维素,具有代表性的木质纤维素有树木、秸秆、木材废弃物等。木质素和纤维素每年以约1640t的速度再生,将木质纤维素有效地转化为能源、材料和化学品,不仅可以减少人类对石油的依赖,还可以减少二氧化碳排放,从而减少环境负荷。
超(亚)临界水处理是近年发展起来的以水为溶剂,环境友好型、可持续发展的高新技术之一。超(亚)临界水具有不同于常规状态的特殊性质,在这种状态下,黏度、介电常数、扩散系数和溶解能力等都会发生巨大变化。目前,超(亚)临界水处理技术一方面应用于环境领域,高效稳定处理各种有毒、化学性质稳定的污染物;另一方面,以超临界水作为溶剂,广泛用于高效萃取、反应合成相关能源气体、油料等方面。本文主要介绍国内外关于超(亚)临界水在生物质水解制还原糖过程的研究与应用,从单一超临界水、亚临界水以及超/亚临界水联合处理3个方面分别介绍,并考虑催化剂对还原糖产率的影响。
1 超(亚)临界水的性质
水的临界温度是374.2℃,压强是22.12 MPa[1]。当反应体系中温度和压力均高于临界点,称为超临界条件;温度或压力有一者低于临界点,称为亚临界条件。与常态下的水相比,超临界水的性质变化巨大。在超临界水反应中,随着温度升高,水的介电常数与黏度降低,溶解性趋近于有机溶剂,而扩散系数、传质性趋近于高温气体[2]。这种黏度、介电常数、扩散系数和溶解能力的改变使超临界状态下的水成为良好的溶剂,能有效溶解有机物及气体等,使反应在均相中进行,提高反应速率[3]。这是因为处于超临界状态下水的离子积增大,电离出更多H+,使溶剂呈弱酸性,起到类似酸解或者添加碱催化剂的作用,更有利于生物质的水解[4]。同时介电常数下降,水的极性降低,水分子容易到达纤维素的表面破坏纤维素结晶区,纤维素的溶解程度增大,反应由非均相转为均相反应。二者的共同作用加速纤维素内糖苷键断裂,提高了反应速率[5,6]。超临界流体技术作为一种新兴的绿色化学工艺,将其应用于木质素的降解脱除预处理中,与传统工艺相比,避免了有害试剂的使用,具有减少环境污染,便于产物分离等优点,受到人们的广泛关注。
随着温度、时间等反应参数的改变,纤维素在超(亚)临界条件下水解产物分布不同,因此纤维素及其水解产物在超(亚)临界水中的反应机理和动力学能够从理论上直接指导反应的历程、产物及工艺参数的设定、选取。如纤维素在不同条件下的水解产物、转化率和目标产物的最大产率等,对相关工艺的研究有重要作用,因此一直受到相关领域研究者的关注。
1.1 水解机理
木质纤维素废弃物的生物转化需经过预处理、水解、发酵和分离4个过程(如图1所示)。在这一工艺过程中,预处理、水解和发酵是3个最主要的技术环节。秸秆预处理的目的是解除木质素对半纤维素和纤维素的保护作用,破坏纤维素的结晶结构,以增加反应表面积提高后续纤维素、半纤维素水解速率[7]。水解过程即糖化过程,使纤维素和半纤维素分别降解为可发酵的六碳糖(主要为葡萄糖)和五碳糖(主要为木糖)。发酵过程主要是利用酵母或其他微生物将葡萄糖和木糖发酵产生乙醇、乳酸等。木质纤维素的预处理方法以酸[8]、碱[9,10]、水热法[11,12,13]居多,在去除部分木质素的同时,可部分水解纤维素和半纤维素,提高水解效率。但这些方法的反应条件苛刻,存在设备腐蚀、环境污染、转化效率低、成本高、效率低等缺点,在破坏木质素的同时产生发酵抑制物,影响后续的发酵效率。因此,亟需探索工艺简单、效率更高、成本更低的新型预处理与水解技术,或改进工艺技术。
1.2 水解反应动力学
通过研究纤维素及其水解产物在超(亚)临界水中反应动力学,能够从理论上直接指导反应的历程、产物与工艺参数的设定、选取,找到最有利于产物积累的水解条件,对相关工艺的研究有重要作用,因此一直受到相关领域研究者的关注。
Sasaki和Kabyemela等[14,15]探索了在280~400℃、25MPa条件下纤维素和低聚糖的水解速率规律(如图2所示,(a)纤维素和葡萄糖;(b)纤维素与纤维二糖):当温度低于临界温度,纤维素的水解速率低于低聚糖和葡萄糖的水解速率;当温度达到临界温度时,纤维素的水解速率迅速增大1个数量级以上;当温度超过临界温度,纤维素的水解速率高于低聚糖和葡萄糖,建立近临界条件下纤维素的反应速率模型。Feng和Mochidzuki等[16,17,18,19]分别研究了超(亚)临界水中生物质转化的驱动力、相平衡和动力学,前者通过考察超临界反应的焓、熵和吉布斯自由能,总结了反应驱动力在不同条件下的变化,针对生物质气化提供了通过动力学分析考察产物分布的方法;后者则将水热反应分为两个阶段分别研究其动力学方程,测定了纤维素、半纤维素和稻壳等物质的动力学参数,并提出了测定水热反应速率和相关动力学参数的液相分析法。Ogihara等[20]对不同密度的超临界亚临界水反应过程中纤维素的形态变化进行了观察研究,指出了纤维素溶解温度和超(亚)临界水密度的关系,并描述了纤维素在不同密度超(亚)临界水中的溶解现象。
总之,超临界条件下可大大提高纤维素的水解速率,有利于水解产物的积累,且随着反应温度的升高,低聚糖、葡萄糖等水解产物的水解速率提高;亚临界条件下更有利于葡萄糖等单糖产物的积累。水的临界温度是水解速率、水解产物分布的关键转折点,这些对纤维素、低聚糖和葡萄糖等水解动力学的研究为工程应用奠定了基础。
2 超(亚)临界水在生物质水解制还原糖中的应用
生活中的生物质如可种植于边际土地的能源作物、工农业废弃物等,均富含木质纤维素。木质纤维素是由纤维素(38%~50%)、半纤维素(23%~32%)和木质素(15%~30%)的混合物组成[21]。纤维素是葡萄糖通过β-1,4-糖苷连接而成的碳水化合物,其内部分子之间形成氢键。在超(亚)临界水中,纤维素能快速地溶解,并发生分解。水解的产物(如图3所示)依次是纤维六糖、纤维五糖、纤维四糖、纤维三糖和纤维二糖,继续水解成葡萄糖、果糖,生成的还原糖进一步水解成1,6-脱水葡萄糖、5羟甲基糠醛、乙醇醛和甘油醛等[14,22]。从水解反应历程看,葡萄糖、果糖等还原糖是中间产物。为了实现还原糖的积累,控制超(亚)临界水的温度和反应时间使还原糖的生成速率大于分解速率十分必要。对此,中外学者进行了大量的研究。
2.1 亚临界水处理生物质制还原糖的进展
在纤维素水解制还原糖过程中,低聚糖作为中间产物不可避免,它的水解速率对还原糖的获得至关重要。赵岩等[23]研究了可溶性低聚糖与单糖在280~360℃的水解动力学,发现在亚临界条件下低聚糖的水解速率大于单糖水解速率,有利于单糖的积累;随着温度升高,单糖的水解速率增幅比低聚糖快。在超临界条件下,单糖的水解速率大于低聚糖的水解速率,反而不利于单糖的获得。这为在亚临界条件下进行纤维素水解制还原糖提供了可能。
Goto等[24]使用半连续反应器在200~350℃条件下研究城市有机废弃物的水热处理工艺,得到液体反应产物分水溶性和非水溶性两部分,其中水溶性部分主要是有机酸和葡萄糖。当温度为250℃,水溶性的成分达到50%,可获得最大的葡萄糖产率,为33%。
赵洋等[25]以亚临界水为溶剂,利用高压反应釜水解大豆皮中的纤维素制备还原糖,并优化了最佳水解条件。当水解温度为170℃,压力为1 MPa,液固比为69.3∶1,水解反应8.1min,亚临界水法水解大豆皮制备还原糖的最高产率为38.96%。运用DPS数据处理系统对数据进行分析,发现4个因素对还原糖得产率影响大小顺序为:液固比>时间>温度>压力。任靓等[26]在350℃、16 MPa、液固比为15∶1且未经任何预处理的条件下采用一步法处理稻秆,反应25s后还原糖产率可达28.81%。
亚临界条件下,纤维素的水解速率远小于葡萄糖的降解速率。因此,在亚临界水中获得较高的糖化率是一件亟待解决的问题。在此研究基础上,人们开始关注催化剂(包括酸、碱、碳酸盐、硫酸盐、金属催化剂等)在亚临界条件下对生物质水解制备还原糖的影响,希望提高纤维素的水解速率或降低葡萄糖的降解速率。Mok等[27]使用稀硫酸作为催化剂加快反应速率并提高了葡萄糖产率,在34.5MPa、215℃、含有质量分数为5%的硫酸热压缩水中进行纤维素的水解研究,得到高达理论值71%的葡萄糖产率。
马艳华等[28]以金属氯化物为催化剂,研究了纤维素在亚临界水中的水解反应。无催化剂时,在温度为280℃、压力为(7.0±0.2)MPa的条件下停留60s,葡萄糖的最大产率达到14.3%。添加ZnCl2、FeCl3、CuCl2及AlCl3作为催化剂,在没有破坏纤维素的晶体类型的基础上,均能促进纤维素的水解及葡萄糖的降解。其中,添加AlCl3的体系中纤维素的水解速率大于葡萄糖的降解速率,有利于葡萄糖的积累,在温度为260℃、压力为(5.2±0.2)MPa的条件下停留120s时,葡萄糖的最大产率达到46.5%,葡萄糖产量得到明显改善。而添加ZnCl2、FeCl3及CuCl2反而不利于葡萄糖的获得。
章仁勐等[29]以纤维素为原料,以金属盐类、H2CO3(CO2)作为催化剂,探讨了金属阳离子与酸根离子对纤维素亚临界催化水解制取葡萄糖的影响。结果表明,无催化剂时,在220℃、反应1.5h的条件下葡萄糖产率最高仅为6.56%。催化剂的添加均可提高纤维素的水解速率,但对葡萄糖的产率影响差别较大。以葡萄糖产率衡量,200℃时各催化剂活性顺序为:FeCl3>CoCl2>AlCl3,Fe(NO3)3>Fe2-(SO4)3>FeCl3。充入的CO2压力(2MPa、4MPa和6MPa)越大,葡萄糖产率越高。在以Fe(NO3)3为催化剂、温度200℃、反应时间0.5h条件下,葡萄糖最大产率为21.45%。
蒋崇文等[30]以小麦秸秆为原料,考察了硫酸浓度、Fe2+浓度、反应温度和反应时间等对还原糖产率的影响,得到了优化的纤维素水解反应工艺组合:反应温度180℃,Fe2+浓度0.0375mol/L,硫酸质量分数1%,反应时间90min,还原糖产率最高可达73.05%,纤维素转化率达到85.79%。
上述研究发现,催化剂的添加明显改善了亚临界条件下还原糖的产率。但催化剂的类型与生物质的种类、反应温度关系密切,如何合理选择催化剂显得尤为重要。同时,由于亚临界水的温度偏低,此种条件下生物质水解制还原糖的时间偏长,这一点将在超临界条件下得到极大改善。
2.2 超临界水处理生物质制还原糖的进展
当温度和压力高于临界点时,超临界水电离程度相比常温下显著增大3个数量级,电离出来的H+能够打破木质素的包裹和纤维素的结晶结构,溶解能力明显增强,因此纤维素的水解速率有个突跃。Kabyemela等[31,32,33]采取一系列纤维素及其水解产物在超临界和亚临界水中反应进行了研究,发现没有催化剂的情况下纤维素在超临界水中的水解转化率也相当高,最为主要、典型的中间产物是少量的酸、低聚糖、葡萄糖及果糖等。
Sakaki等[14,15]对亚临界和超临界条件下纤维素的水解过程进行了细致的研究。低于临界温度时,葡萄糖及低聚糖的转化速率远比纤维素的水解速率快,致使目标产物的产量很低。而在临界点附近,纤维素的水解速率会迅速提升1个数量级,高于葡萄糖或低聚糖的水解速率,从而获得高产量的目标产物。如在320℃实现纤维素100%水解需要10s,350℃则缩减到2~4s,但两者产物相似,均是葡萄糖的分解产物。而当处于400℃的超临界水中,纤维素完全水解仅仅需要0.05s,水解物产率达到75%,水解产物多为水不溶性多聚糖、低聚糖等,葡萄糖等单糖产量较低。
除温度对纤维素的水解速率有很大影响外,压力与反应时间也是重要的影响因素。随着压力的升高和反应时间的延长,低聚糖产率降低而葡萄糖产率升高。如在380℃、25MPa下,反应时间0.24s时,低聚糖产率达37.4%,葡萄糖产率仅为6.7%。增加压强,在380℃、100 MPa下,反应时间5s时,低聚糖产率降低至1.6%,葡萄糖的产率最大达到23.3%[34]。
生物质的多样性意味着不同的木质纤维原料和不同的纤维结构,其超临界水处理的工艺也不尽相同。巩桂芳等[35]以稻草秸秆、经预处理的稻草秸秆、脱脂棉、微晶纤维素和定性滤纸等不同纤维素原料,在400℃的盐浴中进行木质纤维素的超临界水解,研究了反应时间对不同纤维素原料水解制还原糖的影响。结果表明:超临界条件下,在较短的时间内还原糖含量均出现峰值,随着反应时间的延长还原糖产量呈现下降趋势;最佳反应时间分别为3.5 min、4 min、3 min、3min、4min时,稻秆、预处理后的稻秆、脱脂棉、微晶纤维素和定性滤纸的最大产糖量分别为7.42g/L、9.05g/L、12.55g/L、18.01g/L和14.24g/L;对应的最大还原糖产率分别为14.84%、18.10%、25.10%、36.02%、28.48%。
在超临界水中通过调节温度、压力可提高纤维素的转化率,但该条件下还原糖的水解速率快,故还原糖的产率不高。由于超临界水离子积常数相对普通液态水增大许多,一般认为超临界水中大量的H+能促进纤维素的水解。基于此,许多研究者研究了在超临界水中以酸作为催化剂[36,37]对纤维素水解的影响。
李星纬等[38]从提供H+催化加速纤维素水解,同时减小对设备腐蚀的角度出发,以有机酸为催化剂,采用间歇式反应器在超临界条件下研究3种有机酸(甲酸、乙酸和丙酸)对稻秆水解糖化的作用。实验表明:有机酸的加入有利于水解糖化,稻秆水解速率和还原糖产量都有所提高,而这种趋势在加入甲酸时最为明显。稻秆超临界水解糖化的最佳条件:甲酸体积分数3%、固液比4∶60(g/mL)、反应温度410℃、反应5min,该条件下还原糖产量最高达到6.65g/L。
除了添加酸以外,人们还研究了硫酸盐、金属离子等作为催化剂来提高超临界条件下纤维素、低聚糖的水解速率及还原糖的产率。Kim等[39]采用H2SO4及CuSO4、FeSO4和MgSO4等硫酸盐为催化剂对纤维二糖在超临界水中的转化进行了研究。当保持温度400℃、30 MPa,在不添加催化剂时,在0.05~0.15s间改变停留时间,纤维二糖的转化率从36.7%增加到59.3%,而葡萄糖的产率从19.9%减小到12.8%。当添加少量H2SO4(6.4×10-5~3.2×10-4 mol/L),纤维二糖的转化率增加到54.2%~93.9%,葡萄糖的产率也达到35.4%~73.5%。在硫酸盐体系中,当CuSO4的添加量为3.2×10-4 mol/L时催化效果最好,纤维二糖的转化率高达82.3%~96.7%,同时葡萄糖的产率和选择性分别达44.6%~51.5%和46.1%~62.5%,是无催化剂体系的3~4倍。
2.3 超/亚临界水两步法联合处理生物质制还原糖的进展
从木质纤维素→低聚糖等中间产物→葡萄糖等还原糖的水解过程来看,结合前期的研究发现:亚临界条件下低聚糖等纤维素水解产物的水解速率高于葡萄糖等还原糖的水解速率,有利于葡萄糖等还原糖的积累。同时,因为亚临界条件无法打破纤维素的结晶结构,纤维素的水解效率低下。在超临界条件下,纤维素的水解速率迅速提升几个数量级,并远远超过低聚糖与葡萄糖的水解速率,有利于低聚糖等中间产物的积累。结合两种情况下纤维素水解的特点,超临界-亚临界联合处理更有利于纤维素的水解与还原糖的高产率。
Ehara等[40]首先提出在超/亚临界水两步法对纤维素进行联合处理。单独的超临界条件下,纤维素水解获得的低聚糖产率较高,同时葡萄糖的分解产物也较高。单独亚临界条件下,不溶物的比例较高,当反应时间达到240s,葡萄糖的产率最高为14.8%。采用超/亚临界水联合处理(超临界条件:400℃、40 MPa、0.1s;亚临界条件:280℃、40 MPa、45s),葡萄糖的产率最高达到29.2%,相比单独亚临界处理增加约1倍,更是单独超临界处理的2倍以上。
赵岩等[23]改变超/亚临界联合处理条件,先在380℃首次水解处理16s,紧接着在不同温度二次水解。经首次处理得到28.1%的低聚糖和26.3%的单糖。低温二次处理能显著增加单糖的产率。280℃处理44s可以获得最大产率为39.5%的单糖,包括32.5%的葡萄糖和7.0%的果糖。
超/亚临界水联合处理一般先超临界水处理,打破纤维素的包裹作用,提高纤维素的水解率,获得高产率的低聚糖等纤维素水解产物;再进行亚临界水处理,降低葡萄糖等还原糖的水解速率,将低聚糖等水解成还原糖,实现还原糖的积累。与此同时也有学者尝试先将原料进行低温段水解,提取半纤维素糖类,增加纤维素含量;再超临界水处理,破坏纤维素结晶结构,使其孔隙率增大,有利于纤维素水解反应的进行。刘慧屏等以稻秆[41]和玉米秸秆[42]为原料,采用两种间歇式反应工艺,研究了超/亚临界水条件下两步水解过程,并与超临界一步法水解工艺进行了比较。结果表明,对稻秆和玉米秸秆进行低温段水解,液固比100∶1、190℃、40min条件下最大还原糖产率分别为21%、24%。将低温段水解残渣作为高温段第二步水解的原料,在380℃、20s条件下获得最大还原糖产率分别为57%、34%,超/亚临界两步法水解稻秆、玉米秸秆工艺所获得的总还原糖产率(按原料质量分数计算)分别为45%、58%。超/亚临界水条件下两步水解法比超临界一步法水解工艺的还原糖得率提高了13%、17%。
超临界-亚临界联合处理工艺极大提升了还原糖的产率与品质,但工艺掌握难度大,主要问题有:超临界、亚临界水处理的先后顺序选择;各个阶段反应温度的设定;反应时间的长短等等。如何利用超临界-亚临界联合处理工艺实现还原糖产率的可控调节,仍需要细致而系统的研究。
3 结束语
生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的世界第四大能源,在整个能源系统中占有重要地位。超(亚)临界水技术作为一种环境友好型、可持续发展的高新技术,是生物质转化成能源的重要手段,具有反应速率快、催化剂用量少、无污染等优势,应用前景广泛。目前相关理论与实验研究仍需要深入,离工业化应用生产还有很多技术性与经济问题需要克服,今后有待从以下几个方面的研究突破。
(1)不同生物质在超(亚)临界水体系中水解过程的优化与化学机理的研究。由于生物质种类的多样性,不同物质的水解过程、水解效率、产物差别明显。这不仅与物质本身的结构有关,也受其工艺条件如温度、压强、时间、催化剂等的显著影响。分析水解的关键化学过程与机理,最终实现水解过程的优化控制,获得高产率的还原糖,依然是研究的重点方向。
(2)在超(亚)临界体系下,生物质水解制还原糖的催化剂选择与催化过程研究。单纯超(亚)临界水处理生物质获得还原糖的产率与品质有限,所以催化剂的选择与添加量是获得高产率与高品质的突破口。开发高效催化剂是研究的核心内容,是热点也是难点。
还原性糖 篇9
关键词：发芽糙米,总糖,还原糖
稻米几千年来一直是我国人民的主要粮食, 是地球上最主要的粮食作物之一, 我国是世界上100多个水稻生产国中的“稻米王国”。Saman等人分析了谷物发芽产品的营养价值, 发现发芽稻谷比原物料具有更高的营养价值。糙米经过发芽后, 其组织软化, 不仅可改善其适口性, 而且其营养价值也得到了大幅度的提高。发芽糙米 (Germinated brown rice, GBR) 是将糙米在一定温度、湿度下进行培养, 经发芽至一定芽长, 所得到的由幼芽和带糠层的胚乳组成的糙米制品。糙米发芽过程中, 大量酶被激活和释放, 产生了许多生理活性物质, 使得发芽糙米具有多种生理功能。发芽糙米所富含的γ-氨基丁酸 (γ-Aminobutyric Acid, GABA) 、膳食纤维、磷酸肌醇、谷维醇等生理活性成分具有降低心脑血管疾病发病率、预防消化道肿瘤、抗衰老等诸多保健功能。同时, 发芽后的糙米糠层纤维变软化, 从而改善了糙米的蒸煮、口感和消化性, 其营养价值超过糙米, 更胜于精白米。
白米是我国传统的主食, 因而对白米加工利用的研究报道较多, 而对糙米尤其是对糙米在发芽过程中的糖分变化以及发芽糙米的开发利用缺乏研究。本试验主要研究糙米在发芽过程中总糖和还原糖的含量变化, 同时对影响糙米发芽率的多种因素进行了分析, 希望能为发芽糙米产业化提供一点参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
材料:江苏省淮安市当地水稻。
试剂:葡萄糖、浓硫酸、苯酚、3, 5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、亚硫酸氢钠、重结晶酚、氢氧化钠、乙醇等, 以上均为分析纯。
1.2 主要仪器
FA 1004N电子天平, 上海电子天平厂;HH, S 11-4型电热恒温水浴锅, 上海医疗器械五厂;721型分光光度计, 上海精密科学仪器厂;OHP-9052电热恒温培养箱, 江苏宏凯仪器厂;烘箱202A-4电热鼓风恒温干燥箱, 苏州江东精密仪器厂。
1.3 方法
1.3.1 糙米发芽工艺流程
糙米→除杂→筛选→分级→清洗→沥干→浸泡→发芽→干燥→除根→发芽糙米
(1) 原料准备:除去杂质及嫩、瘦等成熟度差的糙米颗粒, 选取大小均匀一致的糙米粒。用自来水洗去糙米表面灰尘, 再用蒸馏水清洗, 沥干。
(2) 浸泡:在28℃恒温水浴锅中浸泡。
(3) 发芽:将吸水胀润的糙米放入恒温培养箱中进行催芽 (30℃) 。
1.3.2 总糖测定葡萄糖标准曲线
依次取100μg/mL葡萄糖标准液0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2mL于各试管中, 用蒸馏水补足到2mL, 再加1.0mL苯酚液于试管中, 然后再加入5.0mL浓硫酸, 混匀后放置5min, 置沸水浴15min后流水冷却, 摇匀后与490nm波长处测定OD值。
以葡萄糖浓度 (mg/mL) 为纵坐标Y, 相应OD490nm值为横坐标X得标准曲线为:Y=1.814X-0.0432, 相关系数R2=0.993。
1.3.3 还原糖测定葡萄糖标准曲线
依次取1mg/m L葡萄糖标准液0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7mL于各试管中, 用蒸馏水补足到1.0mL, 再加0.5mL DNS试剂于试管中, 混匀, 沸水浴5min后流水冷却, 每管再加6.0mL蒸馏水, 摇匀后于540nm波长处测定OD值。以葡萄糖浓度 (mg/mL) 为纵坐标Y, 相应OD540nm值为横坐标X得标准曲线为:Y=1.39X-0.0085, 相关系数R2=0.9978。
1.3.4 样品总糖的提取和测定
发芽米烘干粉碎, 精确称取样品0.10~0.30g, 于刻度试管中, 然后加入5~10mL蒸馏水, 塑料薄膜封口, 于沸水中提取30min, 提取液过滤入100mL容量瓶中, 反复冲洗试管及残渣, 定容。采用硫酸-苯酚法测定, 吸取1mL提取液于试管中, 加蒸馏水1mL, 按葡萄糖标准曲线中的测定方法, 以样液为参比液, 读其OD490nm的值, 用标准曲线求得样品提取液的总糖含量。发芽米总糖含量的计算公式:
总糖=[C× (V/a) ×n]/ (W×103)
式中:C为标准方程求得糖量, μg;a为吸取样品液体积, mL;V为提取液量, mL;n为稀释倍数;W为样品质量, mg。
1.3.5 样品还原糖的提取和测定
发芽米烘干粉碎, 精确称取样品约1.000g于小烧杯中, 然后加入50mL的85%乙醇, 50℃保温20min, 过滤回收乙醇, 用蒸馏水定容到50mL即为样品还原糖的提取液。采用3, 5-二硝基水杨酸法测定。取1mL提取液按制作葡萄糖标准曲线法操作, 读其OD540nm的值, 用标准曲线求得样品提取液的还原糖含量。发芽米还原糖含量的计算公式:
还原糖= (Y×50) /W×100%
式中:Y为由标准方程计算出的样品提取液中还原糖的浓度, mg/m L;50为样品还原糖的提取液总体积, mL;W为样品质量, mg。
2 结果与分析
2.1 浸泡时间对糙米发芽率的影响
将100g糙米置于28℃恒温水浴锅中浸泡, 每隔1h取出10g, 置于恒温培养箱中培养 (30℃) 20h, 计算发芽率, 观察浸泡时间对发芽率的影响。
由图1可知:浸泡时间在9h内, 随浸泡时间增加糙米发芽率逐渐增大;浸泡时间在9~12h发芽率维持在80%左右;浸泡时间超过12h, 发芽率反而有下降趋势, 此时浸泡液逐渐变浑浊, 并产生异味, 这是由于过久浸泡造成糙米表层发生部分溶解, 微生物大量滋生所致。因此, 浸泡时间不宜过长, 该研究选择28℃浸泡9h作为浸泡条件。
2.2 培养时间对糙米发芽率及生根率的影响
将100g糙米置于28℃恒温水浴锅中浸泡后, 置于恒温培养箱中培养 (30℃) , 每隔2h取出10g, 计算发芽率及生根率, 观察培养时间对发芽率及生根率的影响。
在培养过程中, 通过观察可以发现糙米在12h后开始发芽。由图2可知:培养12~20h糙米的发芽率随培养时间的增加迅速增大;培养20h之后, 发芽率随培养时间的延长增幅较小。同时, 在培养的前20h内, 生根率变化较小, 当培养时间超过20h之后, 生根率迅速增大。由于生根会大量消耗糙米中的营养物质, 并且影响发芽糙米的感官品质与口感。在发芽糙米生产过程中, 希望得到最大的发芽率和最小生根率, 因此, 该研究选择30℃培养20h作为培养条件。
2.3 样品总糖的测定结果及分析
由图3可知:总糖的含量随着发芽时间的延长而降低。在与发芽率的比较当中我们发现, 当发芽率迅速提高的时候, 总糖的含量降低比较明显。在20h时总糖的含量降低约为初始含量的70%。这主要是因为糙米中的多糖有淀粉、纤维素、半纤维素、果胶等, 其中淀粉是糙米中最重要的多糖。而糙米中含有大量的酶, 如淀粉酶、纤维素酶、麦芽糖酶等。在发芽期间, 各种酶得以活化, 同时发芽时糙米的呼吸作用需要消耗大量的能量, 因此发芽糙米中总糖的含量会明显降低。同时糙米在淀粉酶的作用下, 淀粉逐渐水解成较小的分子, 在纤维素酶的作用下纤维素得以降解, 从而软化糙米皮层。因此发芽糙米的热量较低, 同时口感比较柔软, 适合食用。
2.4 样品还原糖的测定结果及分析
由图4可知:随着发芽时间的延长, 还原糖的含量迅速增加, 在培养时间为20h时还原糖的含量增加了将近90倍。另外, 通过图中还可以看出还原糖的增加速率与发芽率之间并没有明显的相关性。糙米中主要的多糖物质为淀粉, 在糙米发芽过程中, 随着淀粉酶活力的升高, 内部的淀粉被淀粉酶水解为麦芽糖, 麦芽糖继续被麦芽糖酶水解生成葡萄糖;而蔗糖在蔗糖酶的作用下, 水解生成葡萄糖和果糖等还原糖, 从而使得淀粉含量逐渐减少, 还原糖含量则逐渐增加。糙米在发芽过程中还原糖的增加主要是为幼芽和幼根生长提供能量, 这些低分子的还原糖比植物多糖更容易被人体消化吸收。由此我们可以得出发芽糙米相比糙米而言是一种更容易被人体消化的健康食品。
3 讨论与结论
3.1 讨论
浸泡温度、时间、培养温度和氧气量对糙米的发芽有重要的影响。水分不足则糙米不易发芽, 水分过多会影响通气, 间接造成氧气不足, 不仅使发芽率下降, 甚至腐烂。因此, 在充分吸水后, 培养时间使糙米保持湿润的状态, 但不宜有流水。适宜的温度是使酶的活性增强, 增大物质转化的必要条件。温度过高过低都不行, 当温度太低, 发芽速度过于缓慢, 延长周转时间。但是温度过高会抑制糙米正常的生理活性, 引起酶的失活。一般来说, 提高氧气分压可促进种子发芽, 氧气不充足或种子呼吸作用产生的二氧化碳都会抑制种子发芽。不过糙米籽粒有一定的耐缺氧的能力。但是在发芽过程中间隔一定时间后, 上下翻动糙米, 更有利于糙米发芽。
3.2 结论
糙米在适宜的环境下发芽后, 其内部经历了一系列生理生化变化和物质转变, 胚乳中淀粉向还原糖转变, 制得的米饭口感变软, 人体原来不能消化的糙米营养成分也能被有效地消化吸收, 并且富含化了各种营养成分。
该研究以糙米为原料, 以水为浸泡液, 于28℃浸泡9h, 再转入30℃恒温培养箱培养20h, 在此生产工艺条件下制得发芽糙米, 其发芽率可维持在80%左右。在一定的培养时间内, 其总糖的含量随发芽时间的延长而降低, 但其还原糖的含量随发芽时间的延长而迅速增加。糙米发芽期间, 其中的多糖类物质发生降解, 生成较易被人体吸收的小分子物质。糙米在萌芽过程中, 淀粉在淀粉酶的作用下逐步分解为葡萄糖等小分子糖类, 为幼芽和幼根生长提供能量, 因此随着淀粉酶活力的升高, 淀粉含量逐渐减少, 还原糖含量则逐渐增加。总而言之, 发芽糙米相比糙米而言是一种低热量、易消化的健康食品。
参考文献
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