40检测分析
2005,No.8
粮食与饲料工业
CEREAL&FEEDINDUSTRY
稻壳中纤维素、半纤维素和木质素的测定
熊素敏,左秀凤,朱永义
(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052)
摘 要:阐述了几种不同的测定稻壳中纤维素、半纤维素和木质素含量的方法。最终选定测定稻壳中纤维素、半纤维素和木
质素含量的方法分别为72%浓硫酸水解法、2mol/L盐酸水解法和浓硫酸法。结果测得纤维素、、木质素含量分别为21.9%、19.0%、17.8%。
关键词:稻壳;纤维素;半纤维素;木质素;测定中图分类号:TS210.1 文献标识码:A 文章编号:DeterminationofCellulose,HemiigininiABSTRACT:Dhemi2celluloseandligininricehullwereintroduced.Thefinallyse2lectedmethodsfordetermofhemi2celluloseandligininricehullwerethehydrolysisof72%H2SO4,thehydrolysisof2mol/LHClandtheofconcentratedsulfuricacidrespectively.Thedeterminationresultsindicatedthatthecontentsofcellu2lose,hemi-celluloseandliginwere21.9%,19.0%and17.8%respectively.KEYWORDS:ricehull;cellulose;hemi2cellulose;ligin;determination 稻壳是碾米工业的主要副产品之一,约占稻谷质量的
[1]
20%。据有关报道,稻壳中约含有40%的粗纤维(包括木质素和纤维素)和20%的五碳糖聚合物(主要是半纤维素),另外约含有20%的灰分及少量粗蛋白质、粗脂肪等有机化合物。有效、合理地利用稻壳,不仅可以提高企业经济效益,而且可减少环境污染,具有明显的社会效益和经济效益。在合理利用稻壳之前,必须了解稻壳本身的理化特性。笔者阐述了国内稻壳中的纤维素、半纤维素、木质素含量的测定方法,以期为稻壳的综合利用提供一些基础资料。
1 纤维素
纤维素是由β-D-葡萄糖基通过1,4-糖苷键联结而成的高分子化合物。天然纤维中,除棉花纤维的纤维素纯度高之外,其它各种纤维被半纤维素和木质素所包裹。
在纤维素测定过程中,由于测定方法、测定条件的不同,半纤维素、木质素溶出的程度不同,因而得到的纤维素含量亦有所差别。根据半纤维素和木质素残留情况,纤维素通常可分为以下几种[2]:综纤维素、克-贝纤维素(又称为C-B纤维素)、硝酸-乙醇纤维素、纤维素及β-纤维素和γ-纤维素。
纤维素含量的常用测定方法有浓酸水解定糖法、硝酸-乙醇法、氯化法等。王玉万等[3]用中性洗涤剂与2mol/L盐酸水解法和地衣酚比色定糖法相结合,测定了甘蔗渣中的纤维素、半纤维素及木质素的含量。薛惠琴等[4]在王玉万方法的基础上,用浓酸水解法测定稻草秸秆中的纤维素含量。PBhamaIyer等[5]利用红外光谱的差异确定纤维中纤维素成分含量,但此方法对光谱图的分析较为繁琐。笔者对已有方法加以改进,采用72%浓硫酸水解法测定稻壳纤维素含量[6]。
具体方法:将稻壳粉碎后过30目筛,称取0.05～0.10g
稻壳置于试管中,加入5ml醋酸和硝酸混合液,盖上球形玻盖,置沸水浴中加热25min,并不断搅拌;取出、冷却后离心,弃去上清液,沉淀用蒸馏水冲洗3次;向沉淀中加入10ml质量分数10%的硫酸和10ml0.1mol/L的重铬酸钾溶液,摇匀,浸入沸水浴中10min,取出后倒入三角瓶中,用适量蒸馏水冲洗试管3次,一并倒入三角瓶中;溶液冷却后加5ml质量分数20%KI溶液和1ml质量分数0.5%的淀粉溶液,用0.2mol/L硫代硫酸钠滴定(碘量法),另外单独滴定入加入了10ml质量分数10%硫酸的0.1mol/L的重铬酸钾溶液10m作l为空白样。
纤维素含量按下式计算:X=K(a-b)/(n×24),式中:“24”为1molC6H10O5相当于硫代硫酸钠的当量数;K为硫代硫酸钠浓度,mol/L;a为空白滴定所耗硫代硫酸钠体积,ml;b为溶液所耗硫代硫酸钠体积,ml;n为稻壳质量,g。
按此方法测定河南方欣米业提供的稻壳中纤维素含量为21.9%。
2 半纤维素
植物细胞壁中的纤维素和木质素是由聚糖混合物紧密地相互交织在一起,此聚糖混合物称为半纤维素。半纤维素是一种复合糖,要绝对分离各组分几乎是不可能的,只能达到一定程度的分离。目前没有任何一种分离方法适用于所有半纤维素的分离,对于不同的植物原料,采用不同的方法。常用的有浓碱溶解硼酸络合分级抽提法、2mol/L盐酸水解法、2%盐酸水解法以及将中性洗涤剂和酸性洗涤剂结合使用的洗涤剂法等[3]。半纤维素的主要成分是戊聚糖。戊聚糖含量的测定方法很多,如气相色谱法、地衣酚-盐酸法、间
[7、8～10]
苯三酚-冰醋酸法以及Duffau蒸馏法等。
收稿日期:2005-06-09
作者简介:熊素敏(1980-),女,硕士研究生,主要从事谷物资源开发与低聚糖的研究。
熊素敏等:稻壳中纤维素、半纤维素和木质素的测定/2005年第8期在上述方法的基础上,笔者采用2mol/L盐酸水解法测
12]
定稻壳中半纤维素含量,并结合DNS法[11、测定还原糖含量;采用地衣二酚法的双波长吸光度差值法(580nm,
[9][3,6]
670nm)测定戊糖和多缩戊糖含量。具体方法是:将稻壳粉碎后过30目筛,取0.1～0.2g于烧杯中,加入10ml质量分数80%硝酸钙溶液,置电炉上加热,小火煮沸5min,冷却后离心;将沉淀用热水冲洗3次,然后向沉淀中加10ml浓度为2mol/L的盐酸,盖上玻盖,混匀,置沸水浴中,不时搅拌下沸腾45min;冷却后离心,将上清液移入100ml容量瓶中,将沉淀冲洗3次,洗涤液并入容量瓶中;向容量瓶中加1滴酚酞,用NaOH中和至显玫瑰色,稀释至刻度,随后将其过滤至烧杯中,弃去最初滤出的几滴滤液。用DNS法测定溶液中的还原糖,即取2ml滤液于试管中并加入1.5ml试剂,于沸水浴中5min,冷却,在540nm,[11].,0.9得半纤维素含量,即19.0%实验还对稻壳半纤维素中的戊糖和多缩戊糖进行了测定:从测定半纤维素所剩的溶液中取5m移l入50ml容量瓶中,用盐酸中和至中性,定容至刻度,混匀;然后取溶液1ml于试管中,加入4ml质量浓度为2mg/m的l地衣二酚试剂,沸水浴中加热15min,冷却,在
[5]
580nm和670nm下测定吸光度;对照木糖标准曲线进行分析,测得稻壳中戊糖含量为15.1%。
3 木质素3.1 直接法
41
的氯化钡溶液,摇匀,离心。沉淀用蒸馏水冲洗2次,再向冲
洗过的木质素沉淀中加10ml质量分数10%的硫酸和0.1mol/L重铬酸钾溶液,将试管放入沸水浴中15min,并不时搅拌。冷却后将试管中所有物质转入烧杯中作滴定用,并用15～20ml蒸馏水洗涤残余部分。然后向烧杯中加入5ml质量分数20%KI溶液和1ml质量分数0.5%淀粉液,用硫代硫酸钠滴定。另外单独滴定加入了10ml质量分数10%硫酸的0.1mol/L的重铬酸钾溶液10ml作为空白样。木质素含量按下式计算:
X=K(a-b)/(n×48),
式中,“48”为1molCH;K,ml;n为稻壳质,g按此方法测定稻壳中木质素含量为17.8%。
4 结语
测定纤维素的方法很多,通过对各种方法的比较,笔者选定用72%浓硫酸水解法测定稻壳中纤维素,测得纤维素含量为21.9%。此方法所得的纤维素含量由于部分水解而流失,测定结果比实际含量偏低2%～3%。在测定半纤维素过程中,对还原糖含量的测定改进为DNS还原糖测定法,不仅简单、快速,而且准确。用双波长吸光度差值法测定稻壳戊糖和多缩戊糖,这样可以避免测定过程中己糖的干扰,测定结果更为准确。测定木质素过程中,用72%硫酸溶液酸解稻壳,可完全去除稻壳中的纤维素和半纤维素,同时会有极少量的木质素流失,测定结果比实际含量均偏低1%～2%。
[参考文献]
[1] 朱永义.谷物加工工艺与设备[M].北京:科学出版社,2002.[2] 邬义明.植物纤维化学[M].北京:中国轻工业出版社,1991.[3] 王玉万,徐文玉.木质纤维素固体基质发酵物中半纤维素、纤维
直接法主要是基于分离酸不溶木质素及其质量的测定,
按硫酸木质素法进行测定。将样品过60～80目筛,在索氏抽提器中用乙醇与苯(体积比1∶2)的混合溶液脱脂6～8h。对于含单宁多的试样,在此之前最好预先以质量分数95%的乙醇抽提4h。脱脂风干后,精确称量1g移入100ml的烧杯中,加入质量分数72%的浓硫酸15ml,充分搅拌后,于20℃下放置4h,之后转移到1000ml体积的三角瓶中,用
560ml蒸馏水洗涤烧杯,洗涤液也转移到三角瓶,此时瓶中
素和木质素的定量分析程序[J].微生物学通报,1987(2):82～84.
[4] 薛惠琴,杭怡琼.稻草秸秆中木质素、纤维素测定方法的研讨
[J].上海畜牧医通讯,2001(2):15.
[5] PBhamalyer.测定木质纤维素纤维中纤维素含量的方法[M].
硫酸的质量分数为3%。接上回流冷却管,使其煮沸4h。生成的不溶性残渣用已恒重的玻璃过滤器抽吸过滤,以热水洗净,105℃恒重干燥后称量。3.2 间接法
用间接法测定木质素含量主要方法有:①先测定糖再计算求得;②用分光光度计法测定;③用木质素与氧化剂反应的结果求得。此外还有紫外分光光度法、红外光谱定量分析法和同位素标记法。
笔者用浓硫酸法[6]测定稻壳中木质素含量。具体方法为:将稻壳粉碎后过30目筛,称取0.05～0.10g装入离心管中,加入质量分数1%醋酸10ml,摇匀后离心。将沉淀用质量分数1%醋酸5m洗l一次,然后加3～4ml乙醇和乙醚混合液(体积比1∶1),浸泡3min,弃去上清液,共浸洗3次。将离心管中的沉淀在沸水浴中蒸干,然后向沉淀中加入质量分数72%的硫酸3ml,用玻棒搅匀,室温下静置16h,使全部纤维素溶解。然后向试管中加入10ml蒸馏水,用玻棒搅匀,置沸水浴中5min,冷却后加5ml蒸馏水和0.5ml质量分数10%
郑宗林译.国外纺织技术,1998(9):37～40.
[6] XH波钦诺克.植物生物化学分析方法[M].荆家海,丁钟荣
译.北京:科学出版社,1981.
[7] 陈惠萍,谭文良,邢廷铣.混合糠中戊聚糖的化学分析测定方法
[J].饲料研究,1996(7):22～23.
[8] 李利民,朱永义,宫俊华,等.谷物中戊聚糖含量测定方法的比
较研究[J].郑州工程学院学报,2004,25(3):64～66.
[9] 李 胤,陆 健,顾国贤.啤酒中戊聚糖的测定———地衣酚-盐
酸法[J].食品与发酵工业,2003,29(9):35～38.
[10] 潘亚非,邢亚铣.米糠中戊聚糖气相色谱分析测定方法研究
[J].动物营养学报,1997,9(3):45～49.
[11] 陈毓荃.生物化学实验方法和技术[M].北京:科学出版社,
2002.
[12] 周利均,周淑平,韩 峰,等.DNS比色法测定烟草中的糖分
含量[J].贵州农业科学,1997,25(6):41～43.
(责任编辑:黄文雄
)
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2005,No.8
粮食与饲料工业
CEREAL&FEEDINDUSTRY
稻壳中纤维素、半纤维素和木质素的测定
熊素敏,左秀凤,朱永义
(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052)
摘 要:阐述了几种不同的测定稻壳中纤维素、半纤维素和木质素含量的方法。最终选定测定稻壳中纤维素、半纤维素和木
质素含量的方法分别为72%浓硫酸水解法、2mol/L盐酸水解法和浓硫酸法。结果测得纤维素、、木质素含量分别为21.9%、19.0%、17.8%。
关键词:稻壳;纤维素;半纤维素;木质素;测定中图分类号:TS210.1 文献标识码:A 文章编号:DeterminationofCellulose,HemiigininiABSTRACT:Dhemi2celluloseandligininricehullwereintroduced.Thefinallyse2lectedmethodsfordetermofhemi2celluloseandligininricehullwerethehydrolysisof72%H2SO4,thehydrolysisof2mol/LHClandtheofconcentratedsulfuricacidrespectively.Thedeterminationresultsindicatedthatthecontentsofcellu2lose,hemi-celluloseandliginwere21.9%,19.0%and17.8%respectively.KEYWORDS:ricehull;cellulose;hemi2cellulose;ligin;determination 稻壳是碾米工业的主要副产品之一,约占稻谷质量的
[1]
20%。据有关报道,稻壳中约含有40%的粗纤维(包括木质素和纤维素)和20%的五碳糖聚合物(主要是半纤维素),另外约含有20%的灰分及少量粗蛋白质、粗脂肪等有机化合物。有效、合理地利用稻壳,不仅可以提高企业经济效益,而且可减少环境污染,具有明显的社会效益和经济效益。在合理利用稻壳之前,必须了解稻壳本身的理化特性。笔者阐述了国内稻壳中的纤维素、半纤维素、木质素含量的测定方法,以期为稻壳的综合利用提供一些基础资料。
1 纤维素
纤维素是由β-D-葡萄糖基通过1,4-糖苷键联结而成的高分子化合物。天然纤维中,除棉花纤维的纤维素纯度高之外,其它各种纤维被半纤维素和木质素所包裹。
在纤维素测定过程中,由于测定方法、测定条件的不同,半纤维素、木质素溶出的程度不同,因而得到的纤维素含量亦有所差别。根据半纤维素和木质素残留情况,纤维素通常可分为以下几种[2]:综纤维素、克-贝纤维素(又称为C-B纤维素)、硝酸-乙醇纤维素、纤维素及β-纤维素和γ-纤维素。
纤维素含量的常用测定方法有浓酸水解定糖法、硝酸-乙醇法、氯化法等。王玉万等[3]用中性洗涤剂与2mol/L盐酸水解法和地衣酚比色定糖法相结合,测定了甘蔗渣中的纤维素、半纤维素及木质素的含量。薛惠琴等[4]在王玉万方法的基础上,用浓酸水解法测定稻草秸秆中的纤维素含量。PBhamaIyer等[5]利用红外光谱的差异确定纤维中纤维素成分含量,但此方法对光谱图的分析较为繁琐。笔者对已有方法加以改进,采用72%浓硫酸水解法测定稻壳纤维素含量[6]。
具体方法:将稻壳粉碎后过30目筛,称取0.05～0.10g
稻壳置于试管中,加入5ml醋酸和硝酸混合液,盖上球形玻盖,置沸水浴中加热25min,并不断搅拌;取出、冷却后离心,弃去上清液,沉淀用蒸馏水冲洗3次;向沉淀中加入10ml质量分数10%的硫酸和10ml0.1mol/L的重铬酸钾溶液,摇匀,浸入沸水浴中10min,取出后倒入三角瓶中,用适量蒸馏水冲洗试管3次,一并倒入三角瓶中;溶液冷却后加5ml质量分数20%KI溶液和1ml质量分数0.5%的淀粉溶液,用0.2mol/L硫代硫酸钠滴定(碘量法),另外单独滴定入加入了10ml质量分数10%硫酸的0.1mol/L的重铬酸钾溶液10m作l为空白样。
纤维素含量按下式计算:X=K(a-b)/(n×24),式中:“24”为1molC6H10O5相当于硫代硫酸钠的当量数;K为硫代硫酸钠浓度,mol/L;a为空白滴定所耗硫代硫酸钠体积,ml;b为溶液所耗硫代硫酸钠体积,ml;n为稻壳质量,g。
按此方法测定河南方欣米业提供的稻壳中纤维素含量为21.9%。
2 半纤维素
植物细胞壁中的纤维素和木质素是由聚糖混合物紧密地相互交织在一起,此聚糖混合物称为半纤维素。半纤维素是一种复合糖,要绝对分离各组分几乎是不可能的,只能达到一定程度的分离。目前没有任何一种分离方法适用于所有半纤维素的分离,对于不同的植物原料,采用不同的方法。常用的有浓碱溶解硼酸络合分级抽提法、2mol/L盐酸水解法、2%盐酸水解法以及将中性洗涤剂和酸性洗涤剂结合使用的洗涤剂法等[3]。半纤维素的主要成分是戊聚糖。戊聚糖含量的测定方法很多,如气相色谱法、地衣酚-盐酸法、间
[7、8～10]
苯三酚-冰醋酸法以及Duffau蒸馏法等。
收稿日期:2005-06-09
作者简介:熊素敏(1980-),女,硕士研究生,主要从事谷物资源开发与低聚糖的研究。
熊素敏等:稻壳中纤维素、半纤维素和木质素的测定/2005年第8期在上述方法的基础上,笔者采用2mol/L盐酸水解法测
12]
定稻壳中半纤维素含量,并结合DNS法[11、测定还原糖含量;采用地衣二酚法的双波长吸光度差值法(580nm,
[9][3,6]
670nm)测定戊糖和多缩戊糖含量。具体方法是:将稻壳粉碎后过30目筛,取0.1～0.2g于烧杯中,加入10ml质量分数80%硝酸钙溶液,置电炉上加热,小火煮沸5min,冷却后离心;将沉淀用热水冲洗3次,然后向沉淀中加10ml浓度为2mol/L的盐酸,盖上玻盖,混匀,置沸水浴中,不时搅拌下沸腾45min;冷却后离心,将上清液移入100ml容量瓶中,将沉淀冲洗3次,洗涤液并入容量瓶中;向容量瓶中加1滴酚酞,用NaOH中和至显玫瑰色,稀释至刻度,随后将其过滤至烧杯中,弃去最初滤出的几滴滤液。用DNS法测定溶液中的还原糖,即取2ml滤液于试管中并加入1.5ml试剂,于沸水浴中5min,冷却,在540nm,[11].,0.9得半纤维素含量,即19.0%实验还对稻壳半纤维素中的戊糖和多缩戊糖进行了测定:从测定半纤维素所剩的溶液中取5m移l入50ml容量瓶中,用盐酸中和至中性,定容至刻度,混匀;然后取溶液1ml于试管中,加入4ml质量浓度为2mg/m的l地衣二酚试剂,沸水浴中加热15min,冷却,在
[5]
580nm和670nm下测定吸光度;对照木糖标准曲线进行分析,测得稻壳中戊糖含量为15.1%。
3 木质素3.1 直接法
41
的氯化钡溶液,摇匀,离心。沉淀用蒸馏水冲洗2次,再向冲
洗过的木质素沉淀中加10ml质量分数10%的硫酸和0.1mol/L重铬酸钾溶液,将试管放入沸水浴中15min,并不时搅拌。冷却后将试管中所有物质转入烧杯中作滴定用,并用15～20ml蒸馏水洗涤残余部分。然后向烧杯中加入5ml质量分数20%KI溶液和1ml质量分数0.5%淀粉液,用硫代硫酸钠滴定。另外单独滴定加入了10ml质量分数10%硫酸的0.1mol/L的重铬酸钾溶液10ml作为空白样。木质素含量按下式计算:
X=K(a-b)/(n×48),
式中,“48”为1molCH;K,ml;n为稻壳质,g按此方法测定稻壳中木质素含量为17.8%。
4 结语
测定纤维素的方法很多,通过对各种方法的比较,笔者选定用72%浓硫酸水解法测定稻壳中纤维素,测得纤维素含量为21.9%。此方法所得的纤维素含量由于部分水解而流失,测定结果比实际含量偏低2%～3%。在测定半纤维素过程中,对还原糖含量的测定改进为DNS还原糖测定法,不仅简单、快速,而且准确。用双波长吸光度差值法测定稻壳戊糖和多缩戊糖,这样可以避免测定过程中己糖的干扰,测定结果更为准确。测定木质素过程中,用72%硫酸溶液酸解稻壳,可完全去除稻壳中的纤维素和半纤维素,同时会有极少量的木质素流失,测定结果比实际含量均偏低1%～2%。
[参考文献]
[1] 朱永义.谷物加工工艺与设备[M].北京:科学出版社,2002.[2] 邬义明.植物纤维化学[M].北京:中国轻工业出版社,1991.[3] 王玉万,徐文玉.木质纤维素固体基质发酵物中半纤维素、纤维
直接法主要是基于分离酸不溶木质素及其质量的测定,
按硫酸木质素法进行测定。将样品过60～80目筛,在索氏抽提器中用乙醇与苯(体积比1∶2)的混合溶液脱脂6～8h。对于含单宁多的试样,在此之前最好预先以质量分数95%的乙醇抽提4h。脱脂风干后,精确称量1g移入100ml的烧杯中,加入质量分数72%的浓硫酸15ml,充分搅拌后,于20℃下放置4h,之后转移到1000ml体积的三角瓶中,用
560ml蒸馏水洗涤烧杯,洗涤液也转移到三角瓶,此时瓶中
素和木质素的定量分析程序[J].微生物学通报,1987(2):82～84.
[4] 薛惠琴,杭怡琼.稻草秸秆中木质素、纤维素测定方法的研讨
[J].上海畜牧医通讯,2001(2):15.
[5] PBhamalyer.测定木质纤维素纤维中纤维素含量的方法[M].
硫酸的质量分数为3%。接上回流冷却管,使其煮沸4h。生成的不溶性残渣用已恒重的玻璃过滤器抽吸过滤,以热水洗净,105℃恒重干燥后称量。3.2 间接法
用间接法测定木质素含量主要方法有:①先测定糖再计算求得;②用分光光度计法测定;③用木质素与氧化剂反应的结果求得。此外还有紫外分光光度法、红外光谱定量分析法和同位素标记法。
笔者用浓硫酸法[6]测定稻壳中木质素含量。具体方法为:将稻壳粉碎后过30目筛,称取0.05～0.10g装入离心管中,加入质量分数1%醋酸10ml,摇匀后离心。将沉淀用质量分数1%醋酸5m洗l一次,然后加3～4ml乙醇和乙醚混合液(体积比1∶1),浸泡3min,弃去上清液,共浸洗3次。将离心管中的沉淀在沸水浴中蒸干,然后向沉淀中加入质量分数72%的硫酸3ml,用玻棒搅匀,室温下静置16h,使全部纤维素溶解。然后向试管中加入10ml蒸馏水,用玻棒搅匀,置沸水浴中5min,冷却后加5ml蒸馏水和0.5ml质量分数10%
郑宗林译.国外纺织技术,1998(9):37～40.
[6] XH波钦诺克.植物生物化学分析方法[M].荆家海,丁钟荣
译.北京:科学出版社,1981.
[7] 陈惠萍,谭文良,邢廷铣.混合糠中戊聚糖的化学分析测定方法
[J].饲料研究,1996(7):22～23.
[8] 李利民,朱永义,宫俊华,等.谷物中戊聚糖含量测定方法的比
较研究[J].郑州工程学院学报,2004,25(3):64～66.
[9] 李 胤,陆 健,顾国贤.啤酒中戊聚糖的测定———地衣酚-盐
酸法[J].食品与发酵工业,2003,29(9):35～38.
[10] 潘亚非,邢亚铣.米糠中戊聚糖气相色谱分析测定方法研究
[J].动物营养学报,1997,9(3):45～49.
[11] 陈毓荃.生物化学实验方法和技术[M].北京:科学出版社,
2002.
[12] 周利均,周淑平,韩 峰,等.DNS比色法测定烟草中的糖分
含量[J].贵州农业科学,1997,25(6):41～43.
(责任编辑:黄文雄
)