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
技術領域：
本發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 波長技術實現對總糖和戊糖、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：
目前，資源短缺與能源危機是全球發展所共同面臨的焦點問題。生物質資源作為一種 巨大的可再生資源，也越來越得到世界的廣泛關注。制漿造紙工業作為生物質資源的巨大 消耗者，必然面臨著嚴峻挑戰。"生物質精煉"己成為近幾年國內外研究的方向和熱點， 國外一批學者提出了 "聯合林產品的生物質精煉(簡稱IFBR)"的構想，其主要是在制漿 前增加預處理段，提取木片中的半纖維素聚糖或單糖，用于后續轉化加工生產高附加值產 品。其中，提取液中主要糖類組分含量的測定，對于優化預提取工藝、確定糖的發酵條件 以及提高研究效率具有重要意義。
現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，該方法準確度和可靠性不高；利用多糖 在強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，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， 但不能實現戊糖和己糖的同時測定，且前兩種方法所測結果的重復性較差。第二類是現代 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，盡管分析結果準確 度高，但所使用的儀器設備和糖分析柱價格昂貴、儀器操作和維護成本很高，且分析前樣 品的處理操作程序復雜。
發明內容
本發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，該方法可以實現快速測定，分析結果準確度 高且不需要昂貴儀器。
本發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糖與間苯三酚產生顯色反應，然后測定總糖在等摩爾吸收波長425nm及戊糖在553nrn處 的吸光度標準曲線求得總糖和戊糖含量，進而求得己糖含量。
總糖在425nm處的吸光度與摩爾濃度之間的標準曲線為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為相關系數。
戊糖在553nm處的吸光度與摩爾濃度之間的標準曲線為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為相關系數。
糖與間苯三酚產生顯色反應包括如下步驟
(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準溶液lmL于25mL比色管中，加入 lOmL顯色反應試劑混合均勻，在沸水浴中反應10min，反應結束后立即冷卻，待進行光 譜分析；
(3) 將步驟(2)中反應結束后的溶液于紫外可見分光光度計中進行全波長掃描，記 錄波長425nm和553nm處的吸光度值，然后以空白樣進行上述相同的顯色反應作為參比。
本發明的原理是利用顯色反應試劑(冰醋酸和濃鹽酸)中的酸性介質，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，然后經脫水分別轉變為糠醛和羥 甲基糠醛，再與間苯三酚發生顯色反應生成相應的有色化合物。圖l顯示了D-木糖和D-葡萄糖顯色反應后的可見光譜，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。為了進一步實現本發明的目的，采用幾組相同摩爾濃度的 戊糖和己糖進行相同的反應，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 知相應的糖濃度可求得標準曲線，然后根據標準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 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)%，可以實現對 總糖和戊糖、己糖含量的準確測定。
本發明與現有技術相比具有如下優點
4(1) 對顯色反應試劑的配制方法進行改進，不加入葡萄糖溶液從而實現對戊糖和己糖 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;試樣與顯色反應試 劑體積比1:10;顯色反應時間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，具體計算方法 見實施例3。
(4)本發明操作簡單、快速，準確度高，且可以實現對戊糖、己糖和總糖含量的同 時測定，非常適合應用于生物質精煉中提取液糖類組分的分析。
圖1是實施例3不同濃度木糖及葡萄糖顯色反應產物的可見光譜；
圖2是實施例4干擾物質顯色反應產物的可見光譜；
圖3是實施例5桉木和蘆葦熱水提取液顯色反應產物的可見光譜；
圖4是實施例6桉木堿提取液顯色反應產物的可見光譜。
具體實施例方式
實施例l:顯色反應試劑的配制
1. 準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。
實施例2:單糖顯色反應
分別移取不同濃度的標準單糖(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實施例1中配好的顯 色反應試劑混合均勻，在沸水浴中反應10min。反應結束后立即冷卻，于紫外-可見分光 光度計中進行全波長掃描，以空白樣進行上述相同的顯色反應作為參比。實施例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后的可見光譜。圖中表明相同摩爾濃度的木糖 和葡萄糖經顯色反應后，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系均 遵循朗伯-比爾定律，即得標準曲線yi.l016x (R2 = 0.9976)和y產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，^和^分別表示戊糖和己糖在425nm處的摩爾吸光系數，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確性，回收 率為(100±3)%。
實施例4:提取液中干擾物質的影響
植物纖維原料經過堿液或熱水預處理，提取液中可以與間苯三酚發生顯色反應的物質 主要為木素、糖醛酸、己糖和戊糖。采用葡萄糖醛酸和木素標準溶液進行顯色反應后的光 譜結果如圖2所示。葡萄糖醛酸的顯色反應產物在553nm產生特征吸收(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入提取液，其所對 應的吸光度也僅為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。木素顯色反應的產物在425 600nm波長范圍內也無明顯吸收，因此可以排除 二者對本測定方法的干擾。
實施例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下進行預處理反應一定 時間，所得到的提取液稀釋一定倍數后按照實施例2進行相同的操作，顯色反應后產物的 可見光譜如圖3所示，說明顯色反應后產物在553nm產生特征吸收(0.55)，產物主要來自 以木糖為主的戊糖類半纖維素組分。
實施例6:闊葉木堿提取液的測定
桉木木片在90'C下進行預處理反應數小時，所得到的提取液稀釋一定倍數后按照實 施例2的操作進行，顯色反應后產物的可見光譜如圖4所示，說明顯色反應后產物在553nm 產生特征吸收(l.O)，產物主要來自以木糖為主的戊糖類半纖維素組分。
權利要求
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生顯色反應，然后測定總糖在等摩爾吸收波長425nm及戊糖在553nm處的吸光度標準曲線求得總糖和戊糖含量，進而求得己糖含量。
2、 根據權利要求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 間的標準曲線為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"為相關系數。
3、 根據權利要求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 度之間的標準曲線為y產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為相關系數。
4、 根據權利要求3所述的方法，其特征在于糖與間苯三酚產生顯色反應包括如下 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準溶液lmL于25mL比色管中，加入 lOmL顯色反應試劑混合均勻，在沸水浴中反應lOmin，反應結束后立即冷卻，待進行光 譜分析；(3) 將步驟(2)中反應結束后的溶液于紫外可見分光光度計中進行全波長掃描，記 錄波長425nm和553nm處的吸光度值，然后以空白樣進行上述相同的顯色反應作為參比。
全文摘要
本發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，利用雙波長技術采用比色法實現對總糖和戊糖、己糖含量的同時測定；本發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，大大簡化了雙波長的計算公式；同時，本發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果都沒有顯著干擾。本發明操作簡單、快速且準確度高，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—可見分光光度計實現，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 優先權日2009年2月24日
發明者曾 張, 遲聰聰 申請人:華南理工大學