植物資源化學(xué)實(shí)驗(yàn)講義131202

實(shí)驗(yàn)一預(yù)備試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)室安全二、實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度三、試樣的采取與制備原料的化學(xué)成分，不僅因品種不同而異，即使同一品種，也因生長條件（氣候、土壤等），生長的年齡，以及試樣采取的部位不同而有差異。對于試樣采集和制備要求的原則如下：1、采用時(shí)必須做到所獲得的試樣具有代表性。2、制樣時(shí)，不得使樣品性質(zhì)有所變化，為此必須注意下列幾點(diǎn)：（1）制樣過程不得混入任何雜質(zhì)，也不得使試樣有所損失。（2）制樣過程如需磨細(xì)，磨細(xì)時(shí)溫度不許過高。（3）制樣過程中對試樣加以干燥（如果原來水分太大），應(yīng)采取風(fēng)干的方法，一般不得加熱干燥，不允許在太陽下曬干。（4）制樣過程和已經(jīng)制備好的試樣都不得受到有害氣體的侵蝕（例如：氯氣、氯化氫等）。（5）制樣過程和已經(jīng)制備好的試樣都不得長時(shí)間在陽光下照射。（一）木材原料的采集采集試材，須選擇能代表該地區(qū)該樹種一般的生長情況，樹齡須在壯年，并避免過熟或生長不正常的樹木。采取同一產(chǎn)地，同一樹種的原木3~4棵，記明原木的樹種、樹齡，產(chǎn)地、砍伐年月、外觀品級等。用手鋸在每棵原木梢部、腰部、底部各鋸2~3個(gè)園盤（厚約3~5厘米），一在樹干基部距地面1米處，一在樹梢，一在中段（全長1/3以上）。截下園盤，風(fēng)干后，以供制樣用。每棵原木上、中、下三個(gè)園盤，用鋸對剖成四份，各取相對扇形一對用作試料，其它一對留存供參照用。將試驗(yàn)用木塊切成小薄片，充分混合。制備：按四分法取上述均勻樣品1000克，然后再置于粉碎機(jī)磨細(xì)至全部通過40目篩的細(xì)末。用標(biāo)準(zhǔn)篩篩選，截取能通過40目篩，但不能通過60目篩的部分細(xì)末，貯于具有磨口玻塞的廣口瓶中。瓶上貼好標(biāo)簽，注明樣品名稱、來源、采樣日期等。留供分析試驗(yàn)用。（二）非木材原料試樣的采集無髓的草類原料如稻草、麥草、蘆葦?shù)燃s500克，記錄其草種、產(chǎn)地、采集年月、貯存年月、品質(zhì)情況（變質(zhì)情況及清潔程度等），用切草刀切去原料的根及穗部。制備：將已去除根及穗的原料全部切碎。風(fēng)干后，再置于粉碎機(jī)磨細(xì)至全部通過40目篩的細(xì)末。用標(biāo)準(zhǔn)篩篩選，截取能通過40目篩，但不能通過60目篩的部分細(xì)末，貯于具有磨口玻塞的廣口瓶中。瓶上貼好標(biāo)簽，注明樣品名稱、來源、采樣日期等。留供分析試驗(yàn)用。目：通常指1英寸（25.4mm）寬度上經(jīng)線的根數(shù)或網(wǎng)孔的個(gè)數(shù)。試樣需在磨口瓶中放置24~48小時(shí)，使水分均一后，方能使用。實(shí)驗(yàn)二有機(jī)溶劑抽出物含量的測定、目的、意義植物纖維原料中，除含有木質(zhì)素、纖維素和半纖維素三大主要成分外，還含有少量成分，主要有：脂肪、蠟、樹脂、單寧、色素等。通常對這些少量成分不單獨(dú)測定，因?yàn)闇y定這些成分，有些操作手續(xù)麻煩、費(fèi)時(shí)間，還有些成分到現(xiàn)在為止尚無很好的分析方法。因此一般采用有機(jī)溶劑抽出物來表示這些少量成分的綜合含量。常用的有機(jī)溶劑有乙醚、苯、乙醇、苯-醇混合液、二氯甲烷、二氯乙烷、石油醚、四氯化碳、三氯甲烷、丙酮等。能被有機(jī)溶劑抽提出來的物質(zhì)種類很多，如：脂肪、脂肪酸、樹脂、樹脂酸、植物甾醇、萜烯、酚類化合物、蠟、可溶性單寧、香精油、色素以及不揮發(fā)性的碳?xì)浠衔锏?。有機(jī)溶劑抽出物含量的高低，可以反映出原料中所含脂肪、蠟、樹脂的含量。測定有機(jī)溶劑抽出物含量，第一種：有采用蒸干抽出物中過剩溶劑，烘干后稱取其抽出物量。第二種：將已抽提過的試樣烘干恒重，測定其抽提后的失重，從而求得抽出物的量。兩種方法比較，第一種方法易出較準(zhǔn)確結(jié)果；第二種方法，則由于纖維所吸附的有機(jī)溶劑不易驅(qū)除，會(huì)造成測定結(jié)果偏低，特別是在使用乙醇或苯-乙醇混合液為溶劑時(shí)，這一影響更為顯著。二、測定原理以中性有機(jī)溶劑抽提試樣，其中樹脂、蠟、脂肪、單寧等物溶于溶劑中，然后將所得抽出液加以蒸發(fā)，烘干，稱量不易揮發(fā)的殘?jiān)?。所用的試樣和溶劑不同，所得抽出物的含量和成分也各不相同。常用的有機(jī)溶劑如乙醚、乙醇、甲醇、苯和丙酮。實(shí)驗(yàn)室中苯-醇混合液。三、儀器、器皿及藥品儀器及器皿索氏抽提器具有溫度調(diào)節(jié)器的恒溫水浴鍋烘箱干燥器扁形稱量瓶應(yīng)用試劑及溶液苯-乙醇混合液，苯-乙醇的配比為：33份化學(xué)純乙醇和67份化學(xué)純苯混合四、實(shí)驗(yàn)步驟1、精確稱取樣品3~5克（稱準(zhǔn)至0.0001克）。實(shí)驗(yàn)時(shí)分別稱量兩份樣品，各自用濾紙包好，不可包得太緊亦防止過松（1份1克左右，抽提后供測定木質(zhì)素含量用，另1份2克左右，抽提后供測定綜纖維素含量用）。同時(shí)稱取樣品測定水分（纖維原料中都含有水分，在測定纖維原料其它化學(xué)成分時(shí)，必須首先測定水分，然后才能計(jì)算出絕干試樣中其它化學(xué)成分的相對含量）。2、將濾紙包置于索氏抽提器中，在底瓶中加約2/3容積的苯-醇混合液，然后將抽提器、冷凝器和底瓶連接起來。3、將儀器放在水浴上，加熱，保持底瓶中的苯-乙醇混合液沸騰較激烈，每小時(shí)抽提4~6次，抽提6小時(shí)。4、抽提完畢后，提起冷凝器，仔細(xì)地用鑷子取出盛有試樣的濾紙包。然后將冷凝器和抽提器重新連接起來，回收一部分溶劑，直至底瓶中只剩下少量苯-醇混合液為止。5、取下底瓶，將其內(nèi)容物移入已烘干恒重的扁形稱量瓶中，并用苯-醇混合液漂洗燒瓶3~4

次，每次用極少量混合液，洗后傾入扁形稱量瓶中。6、將稱量瓶置于水浴上，仔細(xì)加熱（溫度不宜過高，防止內(nèi)容物濺出），蒸去多余的溶劑7、擦凈稱量瓶的外部，置于烘箱中，于100?105。。溫度下烘干至恒重。五、計(jì)算苯-乙醇抽出物％=x100(G-G)x苯-乙醇抽出物％=x100G(100-W)2式中：G——扁形稱量瓶重（克）G]扁形稱量瓶重連同已烘干殘余物重（克）g2——風(fēng)干試樣重（克）W——試樣水分（％）。同時(shí)進(jìn)行兩份測定，取其算術(shù)平均值作為測定結(jié)果。數(shù)字要求準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后第二位兩份測定計(jì)算值間誤差不應(yīng)超過0.1%。注：抽提完畢，如發(fā)現(xiàn)抽出物中有濾紙毛或其他固形物，則應(yīng)通過濾紙將抽出液濾入稱量瓶中，再用少量苯-乙醇混合液分次漂洗底瓶及濾紙。實(shí)驗(yàn)三Klason實(shí)驗(yàn)三Klason木質(zhì)素含量的測定目的、意義木質(zhì)素是植物纖維原料中的主要組分之一，不同的植物纖維原料，其木質(zhì)素含量也不相同，一般木材原料的木質(zhì)素含量較多，非木材原料的木質(zhì)素含量較少。二、測定方法及原理直接法：主要有硫酸法、鹽酸法及鹽酸與硫酸共同使用的混合酸法。其中以硫酸法最被廣泛采用。所有這些方法都是利用濃酸水解試樣中非木質(zhì)素部分，剩下的殘?jiān)礊槟举|(zhì)素。硫酸法分析木質(zhì)素是克拉桑首先提出的，所以又稱為Klason法，經(jīng)過很多化學(xué)家進(jìn)行研究并加以修改。一般認(rèn)為這一方法測定木質(zhì)素含量，能得到比較滿意的結(jié)果。脫提取物的植物纖維原料中的碳水化合物在硫酸的作用下水解、溶出，定量地測定其殘余物，即可測得酸不溶木質(zhì)素的含量。使用硫酸法測定木質(zhì)素含量必須注意幾個(gè)重要的因素：酸的濃度、酸作用時(shí)間及溫度、酸作用后的處理?xiàng)l件。否則就會(huì)造成很大的誤差，特別是對多戊糖含量較高的非木材原料更應(yīng)注意。酸的濃度：一般采用72%濃硫酸。過濃的酸易造成原料中碳水化合物的碳化；過稀則造成水解所需的時(shí)間太長或水解不完全。酸作用的時(shí)間與溫度：木材原料應(yīng)為2小時(shí)，非木材原料應(yīng)為2.5小時(shí)。濃酸作用時(shí)，溫度以25°C為宜。用72%的硫酸處理已經(jīng)脫提取物的木粉，其中不溶于酸溶液的部分稱為酸不溶木質(zhì)素（即Klason木質(zhì)素），溶解在酸溶液中的部分木質(zhì)素稱為酸溶木質(zhì)素。在針葉材中，酸溶木質(zhì)素的量很小，約為0.2~0.4%；在闊葉材中，酸溶木質(zhì)素的量約為3~5%。三、應(yīng)用儀器及藥品1、應(yīng)用儀器及器皿可調(diào)電爐100ml燒杯1000ml錐形瓶2000ml吸濾瓶直形或球形冷凝管g3玻璃濾器（玻砂漏斗）25ml、1000ml的量筒表面皿2、應(yīng)用試劑和溶液72%硫酸：徐徐傾665ml硫酸（比重1.84）于300ml蒸餾水中，冷卻，加水稀釋至1000ml,充分搖勻，調(diào)節(jié)硫酸溫度為20C，傾此溶液于量筒中，用比重計(jì)測定其比重是否為1.6338，若不是此數(shù)值，應(yīng)加硫酸或蒸餾水，調(diào)節(jié)至所規(guī)定的比重。10%氯化鋇：溶解10克氯化鋇于90毫升蒸餾水中。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、精確稱取相當(dāng)于絕干1克重的脫脂木粉（稱準(zhǔn)至0.0001克）同時(shí)稱取試樣測定其水分含量。2、試樣放入100ml的燒杯內(nèi)，緩慢加入預(yù)先冷至10?15C的72%的硫酸15ml,同時(shí)用玻棒攪拌使其浸漬，樣品分散后，用一塊表面皿蓋住燒杯，將燒杯置于201C的水浴中保溫2小時(shí)，在這期間要不時(shí)攪拌。（結(jié)晶區(qū)與無定型區(qū)發(fā)生潤脹，破壞纖維素的超分子結(jié)構(gòu)。3、到達(dá)規(guī)定時(shí)間后，將燒杯內(nèi)的反應(yīng)物轉(zhuǎn)移到1000ml錐形瓶內(nèi)，用蒸餾水吹洗所用的燒杯，所有洗滌水都傾入錐形瓶內(nèi)，然后加水稀釋至酸的濃度成為3%，加入蒸餾水的量包括吹洗所用的水在內(nèi)，總體積為560ml。4、將1000ml錐形瓶裝上回流冷凝器，在電爐上煮沸4小時(shí)，（若要測定酸溶木質(zhì)素的含量，就不用回流冷凝器，不要煮沸，而是用添加熱水的方法，使溶液總體積維持在575ml,目的是讓糠醛、羥甲基糠醛揮發(fā)掉）煮沸完畢，靜置，使不溶物沉淀，用預(yù)先恒重的G3玻璃濾器（玻砂漏斗）過濾，再用熱蒸餾水洗滌，至洗液用10%氯化鋇試之不顯混濁為止。5、用蒸餾水漂洗濾器外部，移入烘箱中于105±3°C烘干至恒重。五、酸不溶木質(zhì)素含量計(jì)算酸不溶木質(zhì)素%=x100(G-G)x100酸不溶木質(zhì)素%=x100G(100-W)2式中：G——玻璃濾器恒重的重量（克）；G]——烘干后玻璃濾器和殘?jiān)阒氐闹亓浚耍ゞ2——風(fēng)干試樣重量（克）W——試樣水分（％）。酸不溶木質(zhì)素含量測定

（實(shí)驗(yàn)采用的方法）

實(shí)驗(yàn)步驟：1、稱取0.6克（準(zhǔn)確到0.0001克）樣品，進(jìn)行有機(jī)溶劑抽提，同時(shí)稱取樣品測定水分；2、脫脂后原料，轉(zhuǎn)移到10mL小燒杯中，加入6mL72%的硫酸，輕輕攪拌，使其完全混合后，置于3O±3°C的水浴中，恒溫60min,期間5~10min輕輕攪拌一次。3、到時(shí)間后，取出燒杯，用168mL去離子水將小燒杯中的物質(zhì)全部轉(zhuǎn)入250mL的水解瓶中，蓋上瓶蓋并旋緊，將瓶子置于滅菌鍋的樣品架上放入壓力滅菌鍋中，在121±3°C下水解60min；4、水解到時(shí)間后，取出水解瓶，用已恒重的砂芯坩堝在真空下進(jìn)行過濾，濾液收集于吸濾瓶中，取原始濾液50mL左右用瓶子保存，留著原料中總糖等的分析；5、用去離子水將水解瓶中殘?jiān)哭D(zhuǎn)移到砂芯坩堝中，并用熱去離子水反復(fù)淋洗沉淀，直至濾液用10%BaCl2檢驗(yàn)不顯混濁為止；6、將砂芯坩堝及木質(zhì)素移入105±3°C的烘箱中烘干至恒重。數(shù)據(jù)記錄與處理：實(shí)驗(yàn)四綜纖維素含量的測定一、測定目的和意義綜纖維素是指植物纖維原料在除去木質(zhì)素后所保留的全部半纖維素及纖維素的總量。二、測定方法及原理綜纖維素含量的測定方法有很多種，脫脂原料在緩和條件下脫除木質(zhì)素，主要有：氯-乙醇胺法（Cl2+NH2CH2CH2OH）；二氧化氯和碳酸鈉法（C102+NaHC03）；酸性亞氯酸鈉法（NaC102）；過醋酸法（CH3COOOH）等。本實(shí)驗(yàn)采用酸性亞氯酸鈉法（NaClO2）處理已脫提取物試樣，除去脫提取物后試樣中所含的木質(zhì)素，從而定量地測定殘余物（綜纖維素）的量。三、實(shí)驗(yàn)儀器及主要藥品主要儀器：恒溫水浴鍋容量250ml錐形瓶容量25ml錐形瓶g2玻砂漏斗吸（抽）濾瓶藥品及試劑：1、化學(xué)純亞氯酸鈉2、化學(xué)純冰醋酸3、丙酮四、實(shí)驗(yàn)步驟1、稱取2克左右樣品（同時(shí)稱樣測定水分），用濾紙包好，在索氏抽提器中進(jìn)行有機(jī)溶劑抽提（實(shí)驗(yàn)是經(jīng)過苯-醇抽提）；2、風(fēng)干后的抽提試樣，仔細(xì)移入容量250ml錐形瓶中，加入65ml蒸餾水，滴入10滴（0.5ml）冰醋酸及加入0.6克亞氯酸鈉（實(shí)際根據(jù)純度換算），搖勻；3、在錐形瓶口上倒扣一個(gè)容量25ml的小錐形瓶，放在75°C水浴中加熱1小時(shí)；在加熱過程中，應(yīng)經(jīng)常旋轉(zhuǎn)并搖動(dòng)錐形瓶；4、1小時(shí)后，不必等溶液冷卻，重復(fù)步驟2、3；5、如此重復(fù)進(jìn)行，直止試樣變白，木質(zhì)素含量在2~4%為止。（木質(zhì)素和纖維素及半纖維素之間既有物理連接，又有化學(xué)連接，脫木質(zhì)素后是否越白越好？不是，因?yàn)檫@樣會(huì)損失更多的半纖維素）。6、將錐形瓶自水浴中取出，放進(jìn)冰水中冷卻，用已恒重的G2玻砂漏斗過濾，用冰冷的蒸餾水洗滌至洗液不呈酸性（甲基橙檢驗(yàn)）。7、再用丙酮洗3次，吸干洗液，取出濾器，用蒸餾水將濾器外部吹洗干凈，移入烘箱8、于1053C下烘干至恒重，所增加的重量，即為綜纖維素的量。如為草類原料，則尚須測定綜纖維素中所含的灰分，為此可將已恒重的盛有綜纖維素的玻璃濾器置入一較大的磁坩堝中，移入高溫爐，徐徐升溫至500~550C，并繼續(xù)保持此溫度灼燒，直至殘?jiān)炕一?，達(dá)恒重為止。五、數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算

綜纖維素含量，可按下式計(jì)算1、木材原料（G-G）x100…綜纖維素含量％=「x100G（100-W）2式中：G——烘干后的玻砂漏斗恒重（克）G]——盛有烘干綜纖維素的玻砂漏斗恒重（克）g2——風(fēng)干試樣重（克）W——試樣水分（％）。2、草類原料(G-G)4G(100-W)2x(G-G)4G(100-W)2x100綜纖維素含量％=1x100-G(100-W)2式中：G、G1、G2、W與（1）相同，g3——灼燒后玻砂漏斗連同灰分恒重（克）g4——灼燒后玻砂漏斗恒重（克）同時(shí)進(jìn)行兩次測定，取其算術(shù)平均值作為測定結(jié)果，要求準(zhǔn)確到小數(shù)點(diǎn)后第二位兩次測定計(jì)算值間誤差不超過0.4%。實(shí)驗(yàn)五植物原料中總糖含量測定一、糖含量標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制準(zhǔn)備一系列包含要量化的化合物的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)樣，參照表1中的建議濃度范圍。使用四點(diǎn)校準(zhǔn)。如果標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)備在建議范圍以外，這些校準(zhǔn)曲線的新范圍必須驗(yàn)證。表1校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)樣的建議濃度范圍成分建議濃度范圍（mg/mL）D-纖維二糖0.1-0.4D（+）葡萄糖0.1-0.4D(+)木糖0.1-0.4D（+）半乳糖0.1-0.4D（+）阿拉伯糖0.1-0.4D（+）甘露糖0.1-0.4不同濃度的糖標(biāo)準(zhǔn)溶液通過0.2微米膜的過濾器過濾后，將其裝于自動(dòng)進(jìn)樣小瓶中，并密封和標(biāo)記。使用線性回歸，為每一個(gè)分析樣創(chuàng)建一個(gè)校準(zhǔn)曲線。通過這些曲線，用HPLC測定分析樣中每個(gè)組分的濃度（mg/mL），如果需要，可通過其稀釋倍數(shù)進(jìn)行校正。二、原料總糖含量的測定1、將測定Klason木質(zhì)素含量時(shí)所得的水解液大約20mL轉(zhuǎn)入50mL的錐形瓶，用碳酸鈣將每個(gè)樣品中和至pH5?6，用pH試紙監(jiān)測，防止中和導(dǎo)致pH超過6。當(dāng)pH達(dá)到4時(shí)，緩慢添加碳酸鈣，充分渦旋混勻樣品。當(dāng)pH達(dá)到5~6時(shí)，停止加入碳酸鈣，將樣品靜置，取上清液。在靜置后，pH值大約為7。（樣品pH值絕不允許超過9，因?yàn)檫@將導(dǎo)致糖分的損失。）2、通過0.2微米膜過濾到自動(dòng)樣品瓶，制備進(jìn)行高效液相色譜分析的樣品，密封并標(biāo)記小瓶，中和后的樣品可在冰箱中存放3