分光光度法测定芋粉中总还原糖含量.pdf

第 4 卷 第 3 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.4 No.3 2013 年 6 月 Journal of Food Safety and Quality Jun.,2013 基金项目:海口市重点科技计划项目(0000017)Fund:Supported by Haikou City Key Science and Technology Project(0000017)*通讯作者:黄广民,教授/研究员,硕士生导师,主要研究方向为糖及碳水化合物化学和生物质能源。E-mail:*Corresponding author:HUANG Guang-Min,Professor/Researcher,Graduate tutor,College of Food Science,Hainan University,No.58,Renmin Road,Haikou 570228,China.E-mail: 分光光度法测定竹芋粉中总还原糖含量 刘宁彰,黄广民*,吴 蕊(海南大学食品学院,海口 570228)摘摘 要要:目的目的 建立竹芋粉中总还原糖含量的 3,5二硝基水杨酸(DNS)比色测定方法。方法方法 以葡萄糖为标准品,以 3,5二硝基水杨酸(DNS)为显色剂,用分光光度法测定竹芋粉中总还原糖的含量。结果结果 在最大吸收波长为 480 nm,测得回收率为 98.3%101.2%,相对标准偏差为1.7%,竹芋粉中总还原糖含量为 77.83%,竹芋粉中淀粉含量为 70.05%。结论结论 本方法适用于竹芋粉中总还原糖含量的测定。关键词关键词:竹芋;还原糖;分光光度法 Determination of total content of reducing saccharide in dry powder of Maranta arundinacea L.by spectrophotomertry LIU Ning-Zhang,HUANG Guang-Min*,WU Rui(College of Food Science,Hainan University,Haikou 570228,China)ABSTRACT:Objective To establish a method for the determination of total content of reducing saccharide in Maranta arundinacea L.Methods Using glucose as standard and DNS as color developing reagent,the content of total reducing saccharide in Maranta arundinacea L.was determined by spectrophotometry.Results The maximum absorption wavelength of the sample was 480 nm.The recoveries were 98.3%101.2%with the relative standard deviation of 1.7%.The content of total saccharide and starch in Maranta arundinacea L.were 77.83%and 70.05%,respectively.Conclusion This method is suitable for the detection of total reducing saccharide and starch in Maranta arundinacea L.KEY WORDS:Maranta arundinacea L.;reducing saccharide;spectrophotomertry 竹芋(Maranta arundinacea L.)属竹芋科(Mrantaceae)单子叶多年生草本植物,别名细米薯,全世界约有31 个属,500 余个品种,它原产于南美洲热带地区,主要生产国为西印度圣文森特岛1;分布于美洲、亚洲的热带地区,东南亚各热带地区均有栽培,在我国广东、广西、云南、海南等省广为栽培。竹芋匍匐的根状茎上生长着肉质块茎,肉质块茎富含淀粉,不含维生素,蛋白质含量仅 0.2%。竹芋通常在休眠季节前,块茎淀粉含量最高时收获。扒根去皮,加水磨碎,干燥成粉,再洗涤数次即得竹芋淀粉。竹芋淀粉非常适宜于制备燃料乙醇。利用竹芋制备乙醇,既能促进地区经济的发展,也是落实国家有关用非粮作物生产燃料乙醇能源政策的具体举措1-5。用竹芋制备乙醇,其淀粉和还原糖的含量是关键性指标,因此,有必要测定竹芋粉中总还原糖和淀粉含量。竹芋粉中总还原糖含量的测定,尚未见文献报道,为此,本文开第 3 期 刘宁彰,等:分光光度法测定竹芋粉中总还原糖含量 807 展这方面的研究,以有利于推动竹芋粉的开发应用。1 材料与方法 1.1 材料与试剂 1.1.1 材 料 竹芋粉:从海口市郊农庄中采收的新鲜竹芋,扒根去皮,切片,烘干,粉碎至 80100 目,得含水量为 8%12%竹芋粉。备用。1.1.2 试 剂 分析纯试剂:盐酸、氢氧化钠、酒石酸钾钠、苯酚、亚硫酸氢钠、3,5-二硝基水杨酸、葡萄糖等。1.2 仪器与设备 721-型分光光度计(上海精密科学仪器有限公司);EL-204 电子分析天平(梅特勒-托利多仪器有限公司);粉碎机;不锈钢高压反应釜和一批玻璃仪器。1.3 标准溶液的配制 1.3.1 葡萄糖标准溶液的配制 将葡萄糖置于 105 的烘箱中干燥至恒重,准确称取 0.1000 g 于 250 mL 烧杯,加少量蒸馏水溶解,转入 100 mL 容量瓶中,加蒸馏水稀释定容,配成质量浓度为 1 mg/mL 葡萄糖标准溶液6。1.3.2 3,5-二硝基水杨酸(DNS)溶液的配制 甲液:用刻度吸管吸取15.2 mL 10%氢氧化钠溶液于250 mL 烧杯中,加入6.9 g 重蒸馏的苯酚,加水稀释至 69 mL,再加入 6.8 g 亚硫酸氢钠,搅拌溶解,摇匀。乙液:称取 30 g 固体氢氧化钠于 1000 mL 烧杯中,加少量蒸馏水溶解,稀释至 300 mL。加入 225 g酒石酸钾钠,搅拌溶解。再加入 880 mL 1%3,5-二硝基水杨酸(DNS)溶液,激烈振摇,使其混合均匀。将甲液与乙液混合,激烈摇匀,贮于棕色瓶中,置于阴凉处放置一周,备用4。1.4 实验原理 3,5-二硝基水杨酸与葡萄糖在中性或偏碱性条件下共热被还原,生成棕色氨基化合物,其反应式如下:在一定范围内,葡萄糖的质量浓度与溶液的吸光度成正比,利用分光光度法可测定竹芋粉中总还原糖的含量6-9。1.5 样品处理 分别准确称取 5.0000 g 竹芋粉于聚四氟乙烯塑料杯中,按一定料液比加入一定浓度的稀盐酸溶液,调成粉浆,盖上塑料盖,置于不锈钢反应釜中。当加热温度升至指定温度时开始计时,水解一定时间,水解液转移至 250 mL 烧杯中,用氢氧化钠溶液调 pH至 56,转移至 250 mL 容量瓶中,加蒸馏水稀释定容,摇匀,备用。1.6 DNS 比色测定方法 用刻度吸管分别准确吸取 2.0 mL 上述清液于100 mL 容量瓶中,加蒸馏水稀释定容,摇匀。从中吸取 1.0 mL 稀释液于 50 mL 容量瓶,加入 1.5 mL DNS显色剂、2.0 mL 蒸馏水,在沸水浴中加热 5 min 显色,迅速冷却,加蒸馏水稀释定容,摇匀。另取一 50 mL容量瓶,按同样的操作方法,加水稀释定容作空白液。选用 1 cm 比色皿,选择适当的吸收波长,分别测定其吸光度,按下式计算水解液中总还原糖的含量10-12。(0.0411)250 100 50100%2 1000AWM+还原糖含量 式中:A 为水解液的吸光度,W 为竹芋粉的质量,M 为工作曲线的斜率(27.158)。2 结果与分析 2.1 最大吸收波长的选择 用刻度吸管准确吸取 1.0 mg/mL 葡萄糖标准溶液 1.0 mL 于 50 mL 容量瓶中,按 1.6 节 DNS比色测定方法,配成 0.020 mg/mL 葡萄糖标准溶液,在不同吸收波长处分别测定其吸光度10-12,其结果见图 1。图 1 波长与吸光度的关系 Fig.1 Relationship between wavelength and absorbance 808 食品安全质量检测学报 第 4 卷 从图1可以看出,最大吸收波长为480 nm,故选择最佳测定波长为 480 nm。2.2 葡萄糖质量浓度对吸光度的影响 在01.0 mL范围内,按 0.1 mL增序,用刻度吸管分别准确吸取 1.0 mg/mL 葡萄糖标准溶液于50 mL 容量瓶,按 1.6 节步骤,配成葡萄糖质量浓度为 0、0.002、0.004、0.006、0.008、0.010、0.012、0.014、0.016、0.018、0.020 mg/mL 标准溶液。选择 1 cm 比色皿,在最大吸收波长 480 nm 处,测定其吸光度。以葡萄糖质量浓度为横坐标,吸光度为纵坐标绘制标准工作曲线7-9,结果见图 2。图 2 葡萄糖含量测定标准曲线 Fig.2 Standard curve for glucose determination 从图2可以看出,溶液的吸光度随着葡萄糖质量浓度的增大呈线性增大。作一元回归分析,得到吸光度对葡萄糖质量浓度的回归方程为:Y=27.158X 0.0411(R2=0.9983)。2.3 盐酸浓度对竹芋粉浆水解的影响 分别准确称取 5.0000 g 竹芋粉于聚四氟乙烯塑料杯中,按 1:20 的料液比加入 0.11.5 mol/L 的盐酸溶液,浓度增序为 0.1 mol/L,调成淀粉浆。盖上塑料盖子,置于不锈钢高压水解反应釜中,加热升温,当温度达到 110 时开始计时,水解时间 1.0 h,按1.5 节和 1.6 节方法操作,在最大吸收波长 480 nm处测定其吸光度10-11。结果见图 3。图 3 盐酸浓度对竹芋粉浆水解的影响 Fig.3 Effects of hydrochloric acid concentration on hydrolysis of Maranta arundinacea L.powder 从图 3可以看出,盐酸浓度0.6 mol/L时,竹芋粉水解液的吸光度随着盐酸浓度的增大呈线性迅速增大;盐酸浓度为 0.6 mol/L 时,水解液的吸光度达到最大值,表明竹芋粉中所有淀粉几乎已经全部水解为葡萄糖;盐酸浓度0.6 mol/L时,其水解液的吸光度随着盐酸浓度的增大,下降至一定值后几乎保持不变。因此,竹芋粉水解最佳盐酸浓度为 0.6 mol/L。2.4 料液比对竹芋粉浆水解的影响11 分别准确称取 5.0000 g 竹芋粉于聚四氟乙烯塑料杯中,按料液比 1:5、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30 的比例加入 0.6 mol/L 盐酸溶液,调成淀粉浆。盖上塑料盖子,置于不锈钢高压水解反应釜中,加热升温,当温度达到 110 时开始计时,水解时间 1.0 h,按 1.5 节和 1.6 节方法,在最大吸收波长 480 nm 处测定其吸光度。结果见图 4。图 4 料液比对竹芋粉浆水解的影响 Fig.4 Effects of ratio of material-liquid on hydrolysis of Maranta arundinacea L.powder 从图 4 可以看出,料液比1:10 时,竹芋粉水解液的吸光度随着料液比的增大而增大;当料液比为 1:10 时,水解液的吸光度达到最大值;料液比1:10时,水解液的吸光度随着料液比的增大缓慢下降,最后达到一定值稳定不变。因此最佳料液比为 1:10。2.5 水解温度对竹芋粉浆水解的影响 分别准确称取 5.0000 g 竹芋粉于聚四氟乙烯塑料杯中,按料液比 1:10 的比例加入 0.6 mol/L 盐酸溶液,调成粉浆。盖上塑料盖子,置于不锈钢高压水解反应釜中,加热升温,当温度达到 100130时开始计时,水解温度增序为 5,水解时间 1.0 h10,11,按 1.5 节和 1.6 节方法,在最大吸收波长480 nm 处测定其吸光度,结果见图 5。第 3 期 刘宁彰,等:分光光度法测定竹芋粉中总还原糖含量 809 图 5 水解温度对竹芋粉浆水解的影响 Fig.5 Effects of hydrolytic temperature on hydrolysis of Maranta arundinacea L.powder 从图 5 可以看出,水解温度110 时,竹芋粉水解液的吸光度随着水解温度的增大迅速增大;水解温度为 110 时,水解液的吸光度达到最大值;水解温度110 时,水解液的吸光度呈线性迅速下降,且色泽逐渐加深。这表明竹芋粉水解时,水解温度升高,水解液中葡萄糖分解严重,水解液中副产物增多,颜色加深。因此竹芋粉水解的最佳温度应为 110。2.6 水解时间对竹芋粉浆水解的影响 分别准确称取 5.0000 g 竹芋粉于聚四氟乙烯塑料杯中,按料液比 1:10 的比例加入 0.6 mol/L 盐酸溶液,调成粉浆。盖上塑料盖子,置于不锈钢高压水解反应釜中。加热升温,当温度分别达到 110 时开始计时,水解时间分别为0.53 h,按1.5节和1.6 节方法,在最大吸收波长 480 nm 处测定其吸光度,结果见图 6。图 6 水解时间对竹芋粉浆水解的影响 Fig.6 Effects of hydrolytic time on hydrolysis of Maranta arundinacea L.powder 由图6可以看出,水解时间1.0 h时,竹芋粉水解液的吸光度随着水解时间的增加呈线性迅速增大;水解时间为 1.0 h 时,水解液的吸光度达到最大值;当水解时间1.0 h 时,随着水解时间的延长,水解液的吸光度稍微下降而稳定在某一定值不变。可认为水解时间1.0 h 后,竹芋粉几乎全部水解转化为葡萄糖,继续延长水解时间,水解液的吸光度变化不大。考虑到节能和水解周期,竹芋粉最佳水解时间为1.0 h。2.7 竹芋粉水解的正交试验 竹芋粉酸水解的影响因素诸多,如盐酸浓度、水解温度、水解时间、料液比、粉碎粒度等都是常见的影响因素13。为进一步考察主要的影响因素,本文选择 L9(34)正交表进行试验,以盐酸浓度、料液比、水解温度、水解时间作为优先考察的参数,其试验设计见表 1。其操作方法如下:分别准确称取 5.0000 g 竹芋粉于聚四氟乙烯塑料杯中,按 L9(34)正交表的料液比,加入一定量的盐酸溶液,调成淀粉浆。盖上塑料盖子,置于不锈钢水解反应釜中,加热升温,当达到正交表中规定的温度时开始计时,严格按正交表规定的时间进行水解。按1.5 节和 1.6 节方法,在最大吸收波长 480 nm 处测定其吸光度。其试验结果与直观分析见表 2。由表2极差R分析可知:影响竹芋粉水解的因素主次顺序:料液比(B)水解温度(C)盐酸浓度(A)水解时间(D)。料液比是竹芋粉酸水解主要的影响因素,其余依次是水解温度、盐酸浓度、水解时间。这表明同等条件下,竹芋粉浆越稀,其淀粉越易水解。其原因是粉浆越稀,竹芋淀粉分子越容易被盐酸溶液中的氢离子催化水解,反应速度越快;水解温度越高,分子热运动越快,淀粉分子中的-糖苷键越易断裂,越容易被水解。根据正交试验直观分析表可知,表 1 正交试验水平因素表 Table1 Factors and levels in L9(34)orthogonal test 水平 因子 盐酸浓度(mol/L)(A)料液比(B)水解温度/(C)水解时间/h(D)1 0.2 1:5 105 0.5 2 0.6 1:15 115 1.5 3 1.0 1:25 125 2.5 810 食品安全质量检测学报 第 4 卷 表 2 L9(34)正交试验结果与极差分析 Table 2 Analysis of variance and results of L9(34)orthogonal test 序号 盐酸浓度(mol/L)料液比 水解温度()水解时间(h)吸光度(A)A B C D 1 1 1 1 1 0.025 2 1 2 2 2 0.094 3 1 3 3 3 0.156 4 2 1 2 3 0.136 5 2 2 3 1 0.141 6 2 3 1 2 0.149 7 3 1 3 2 0.101 8 3 2 1 3 0.105 9 3 3 2 1 0.190 1jK 0.092 0.087 0.093 0.119 2 jK 0.142 0.113 0.114 0.115 3jK 0.132 0.165 0.133 0.132 Rj 0.050 0.078 0.040 0.017 最佳反应组合是 A3B3C2D1,即盐酸浓度 1.0 mol/L、料液比 1:25、水解温度 115、水解时间 0.5 h,竹芋粉水解液的吸光度最高,达到 0.190。2.8 重现性实验 分别准确称取 5.0000 g 竹芋粉于聚四氟乙烯塑料杯中,按料液比 1:25 加入 1.0 mol/L 盐酸溶液,调成粉浆。盖上塑料盖子,置于不锈钢水解反应釜中。加热升温,当温度达到 115 时开始计时,水解时间为 0.5 h。按 1.5 节和 1.6 节方法,在最大吸收波长 480 nm 处测定其吸光度10-11,其结果见表 3。表 3 竹芋粉还原糖测定的重现性实验 Table 3 Results of repeatability experiment on determination of reducing saccharidein from Maranta arundinacea L.powder 吸光度平均值/A 0.1280.00256 相对平均标准偏差 2.0%从表 3 可以看出,相对平均标准偏差为2.0%,重现性好,相对误差小。根据标准回归曲线和计算公式,可计算出竹芋粉中总还原糖(葡萄糖)含量为77.83%。将竹芋粉中总还原糖的含量乘于 0.9 可近似计算竹芋粉中淀粉含量14为 70.05%。2.9 回收率实验 分别准确称取 5.0000 g 竹芋粉于聚四氟乙烯塑料杯中,按料液比 1:25 加入 1.0 mol/L 盐酸溶液,调成粉浆。盖上塑料盖子,置于不锈钢水解反应釜。加热升温,当温度达到 115 时开始计时,水解时间为 0.5 h。按 1.5 节和 1.6 节方法,加入 1 mg/mL 标准葡萄糖溶液 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL,在最大吸收波长 480 nm 处测定其吸光度。其结果见表 4。由表 4 可以看出,以葡萄糖作标准品、3,5-二硝基水杨酸(DNS)作显色剂,测定竹芋粉中总还原糖的含量,回收率最高为 101.2%、最低为 98.3%,相对标准偏差为1.7%,相对误差小,回收率高,效果好10-11,15。3 结 论 本方法操作简便,重现性好,可对发酵法制 第 3 期 刘宁彰,等:分光光度法测定竹芋粉中总还原糖含量 811 表 4 竹芋粉浆中总还原糖回收率 Table 4 Recoveries of reducing saccharide from Maranta arundinacea L.powder 项目 结果 水解液中D-葡萄糖的量(mg/mL)0.00623 水解液的吸光度/A 0.128 加入标准D-葡萄糖的量(mL)0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 溶液的吸光度A 0.182 0.237 0.291 0.348 0.395 实测得葡萄糖的含量(mg/mL)0.00821 0.01024 0.01223 0.01433 0.01606 回收率(%)101.0 100.2 100.0 101.2 98.3 相对标准偏差(%)+1.0+0.2 0+1.2 1.7 备乙醇的生产中原料及其发酵过程进行还原糖检测。本法实测得竹芋粉中总还原糖含量为77.83%,竹芋粉中淀粉近似含量为 70.05%。参考文献 1 宋新南,宋爽.纤维素生物燃料酒精技术的现状及发展方向J.酿酒科技,2007,09:8687.Song XN,Song S.Present status and development trend of bio-fuel alcohol production by cellulose J.Liquor-Making Sci Technol,2007,09:8687.2 徐惠娟,王世锋,龙敏南.燃料酒精生产的研究进展J.厦门大学学报(自然科学版),2006,45(9):3742.Xu HJ,Wang SF,Long MN.Research progress in the production of fuel ethanol J.J Xiamen Univ(Natural Sci),2006,45(9):3742.3 张扬建,向威达,周涛等.我国燃料乙醇发展现状和趋势分析J.中国能源,2009,01:3133.Zhang YJ,Xiang 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