СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОЙ ДОЛИ ФРАКЦИЙ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ В РАСТИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТАХ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИМ ТИТРОВАНИЕМ
METHOD FOR DETERMINATION OF WEIGHT PERCENTAGE OF PECTIN SUBSTANCES FRACTION IN VEGETAL OBJECTS BY WAY OF CONDUCTOMETRIC TITRATION

Изобретение относится к технической биохимии, а именно к определению количества пектиновых веществ в растительном сырье.
Вне зависимости от природы растительного материала и методики количественного определения содержания пектиновых веществ в нем, первым шагом всегда является приготовление «стандартизированных» растворов гидратопектина и протопектина, суть которого заключается в поэтапном и максимально полном извлечение всего гидратопектина и протопектина из растительной ткани [Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов. - М.: ДеЛи, 2000. - С.209-210]. Полученные таким образом экстракты гидратопектина и протопектина исследуют одним из существующих способов.
Известен способ количественного определения пектиновых веществ, который основан на осаждении пектиновых кислот в виде кальциевых солей - пектатов - и учете их количества весовым способом («кальций-пектатный» метод).
Началу проведения анализа предшествует высушивание необходимого количества бумажных складчатых фильтров при температуре 100-105°С до постоянной массы. Далее следует стадия омыления карбоксильных групп гидратопектина или протопектина, (в зависимости от исследуемого «стандартизованного» раствора), 0,1 н (0,4%) раствором NaOH в течение 8-10 часов при комнатной температуре. По истечении указанного времени получают осадки пектата кальция соответствующих фракций пектина, которые отфильтровывают через заранее высушенные до постоянной массы фильтры. Затем осадки на фильтрах многократно промывают дистиллированной водой с целью снижения зольности. Фильтры с промытым осадком аккуратно переносят в бюксы и сушат при температуре 100-105°С до постоянной массы, после чего вычисляют количество фракций пектиновых веществ исследуемого материала [Методы количественного определения пектиновых веществ в растительном сырье. Методические указания к практическим занятиям / Донченко Л.В., Кондратенко В.В., Кондратенко Т.Ю. - Краснодар, 2005. - 30 с.].
К недостаткам описанного способа следует отнести высокую погрешность определения, равную 0,3%, что может быть связано с переходом в осадок пектата кальция непектиновых примесей, а также высокую трудоемкость и большую продолжительность процесса анализа (нередко появляется необходимость переделывать анализ по причине превышения массы пектата кальция 0,03 г.).
Известен кондуктометрический метод количественного определения пектиновых веществ, для реализации которого к 200 мл диффузионного сока прибавляют 2 мл 40%-го раствора едкого натра, после чего смесь оставляют на 10-15 мин при комнат температуре. Омыленный пектин осаждают 5 мл концентрированной HCl, осадок отделяют центрифугированием при 2000 об/мин, промывают в центрифужной пробирке двухкратно 0,1 н раствором HCl с последующим центрифугированием. Надосадочную жидкость сливают, осадок пектовой кислоты суспендируют в небольшом количестве дистиллированной воды, переносят из центрифужной пробирки в стакан для кондуктометрического титрования и титруют 0,2 н NaOH.
На основании полученных данных строят кривую кондуктометрического титрования, исходя из которой рассчитывают содержание пектина (г/100 мл) по формуле (1):
<mrow><mi>%</mi><mi>p</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>176</mn><mo>×</mo><mi>N</mi><mo>×</mo><mi>V</mi></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>×</mo><mi>g</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где N - нормальность титранта;
V - объем титранта, израсходованного на титрование пектовой кислоты, мл;
176 - эквивалент пектовой кислоты;
g - вес диффузионного сока, взятого для анализа.
[Шелухина Н.П. Научные основы технологии пектина. - Фрунзе: Илим, 1988. - 168 с.]
К недостаткам данного способа можно отнести тот факт, что разработан он для анализа общего количества пектиновых веществ в жидких объектах. Кроме того, для осаждения омыленного NaOH пектина рекомендовано избыточное количество концентрированной HCl, а приведенные параметры центрифугирования пригодны лишь для небольшого числа исследуемых объектов, так как далеко не все пектиновые вещества обладают одинаковой способностью к образованию осадка в условиях повышенного тяготения. Кроме того, к недостаткам может быть причислена необходимость двухкратной промывки образовавшихся в результате центрифугирования осадков 0,1 н HCl с последующим повторным центрифугированием, что значительно увеличивает общую продолжительность анализа.
Техническим результатом изобретения является возможность определения массовой доли пектиновых веществ по фракциям в различных растительных объектах, сокращение затрат труда, времени и количества реактивов, необходимых для проведения анализов.
Технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем омыление пектиновых веществ 40%-ным раствором NaOH в течение 10…15 мин, осаждение омыленных пектиновых веществ концентрированной HCl, отделение осадков центрифугированием, суспендирование полученных осадков, кондуктометрическое титрование, построение графиков, расчет массовой доли пектиновых веществ, отличающийся тем, что предварительно готовят «стандартизованные» растворы фракций пектиновых веществ, затем отбирают пробы растворов фракций, а омыление фракций пектиновых веществ в пробах анализируемых растворов проводят 2,5 мл 40%-ного раствора NaOH, фракции пектиновых веществ осаждают 2,5 мл концентрированной HCl, после чего анализируемые растворы центрифугируют в пробирках по 50 мл при частоте вращения ротора не менее 5000 об/мин в течение 5…7 минут, суспендируют осадки фракций пектиновых веществ дистиллированной водой в стакане для титрования на магнитной мешалке не менее 30 минут, после чего при перемешивании проводят кондуктометрическое титрование суспензий осадков фракций пектиновых веществ, по результатам которого строят графики для установления объема титранта, израсходованного на титрование пектовой кислоты, а вычисление массовой доли фракций пектиновых веществ осуществляют по формуле (2):
<mrow><mi>ω</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>176</mn><mo>×</mo><mn>0,2</mn><mo>×</mo><mi>V</mi></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>×</mo><mn>200</mn></mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100,</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где 176 - эквивалент пектовой кислоты;
0,2 - нормальность титранта;
V - объем титранта, израсходованного на титрование пектовой кислоты, мл;
200 - объем раствора соответствующей фракции пектиновых веществ, взятого для анализа, мл;
10 - перевод в миллиэквиваленты кислоты (1 мл 0,1 н NaOH соответствует 0,1 м-экв кислоты);
100 - коэффициент перевода в проценты.
Анализ «стандартизированных» растворов фракций пектиновых веществ позволяет определять массовую долю соответствующих фракций пектиновых веществ в анализируемом сырье.
Омыление соответствующей фракции пектиновых веществ 2,5 мл 40%-ного раствора NaOH в течение 15 минут позволяет достичь максимальной полноты искомого результата, а осаждение 2,5 мл концентрированной HCl позволяет сократить затраты реактива в 2 раза при получении необходимого эффекта.
Центрифугирование подготовленных проб растворов в пробирках по 50 мл при частоте вращения ротора не менее 5000 об/мин в течение 5 минут позволяет максимально осадить фракции пектина для последующего анализа,
Суспендирование осадков фракций пектиновых веществ дистиллированной водой в стакане для титрования на магнитной мешалке в течение не менее чем 30 минут позволяет получить равномерную суспензию, а проведение кондуктометрического титрования полученных суспензий осадков фракций пектиновых веществ при одновременном их перемешивании позволяет добиться равномерного распределения раствора титранта в объеме титруемых образцов, что существенно повышает точность результатов анализов.
Способ реализуют следующим образом. Готовят «стандартизованные» растворы фракций пектиновых веществ. Отбирают пробы растворов фракций. Омыление фракций пектиновых веществ в пробах анализируемых растворов проводят 2,5 мл 40%-ного раствора NaOH. Фракции пектиновых веществ осаждают 2,5 мл концентрированной HCl. Анализируемые растворы центрифугируют в пробирках по 50 мл при частоте вращения ротора не менее 5000 об/мин в течение 5…7 минут. Суспендируют осадки фракций пектиновых веществ дистиллированной водой в стакане для титрования на магнитной мешалке не менее 30 минут. Проводят кондуктометрическое титрование суспензий осадков фракций пектиновых веществ при перемешивании. По результатам кондуктометрического титрования строят графики, по которым устанавливают объем титранта, израсходованного на титрование пектовой кислоты. Вычисление массовой доли фракций пектиновых веществ осуществляют по формуле (2):
<mrow><mi>ω</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>176</mn><mo>×</mo><mn>0,2</mn><mo>×</mo><mi>V</mi></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>×</mo><mn>200</mn></mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100,</mn><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где 176 - эквивалент пектовой кислоты;
0,2 - нормальность титранта;
V - объем титранта, израсходованного на титрование пектовой кислоты, мл;
200 - объем раствора соответствующей фракции пектиновых веществ, взятого для анализа, мл;
10 - перевод в миллиэквиваленты кислоты (1 мл 0,1 н NaOH соответствует 0,1 м-экв кислоты);
100 - коэффициент перевода в проценты.
Пример осуществления заявляемого способа
Определения проводят в трех повторностях.
Берут навеску 10 г сухого свекловичного жома и готовят «стандартизированные» растворы гидратопектина и протопектина.
Затем из общего количества приготовленных растворов фракций пектиновых веществ отбирают пробы объемом по 200 мл, прибавляют к каждой пробе по 2,5 мл 40%-ного раствора NaOH и выдерживают при комнатной температуре 15 минут, омыляя пектиновые вещества, после чего образовавшуюся пектиновую кислоту осаждают 2,5 мл концентрированной HCl, полученные осадки отделяют от жидкой фазы центрифугированием в пробирках по 50 мл при 5000 об/мин в течение 5 минут, затем осадки фракций пектиновых веществ переносят в стаканы для титрования и суспендируют в дистиллированной воде на магнитной мешалке в течение 30 минут, после чего при перемешивании проводят кондуктометрическое титрование суспензий осадков фракций пектиновых веществ (гидратопектина и протопектина), по результатам которого строят графики для установления объема титранта, израсходованного на титрование пектовой кислоты гидратопектина (фиг.1-3) и протопектина (фиг.4-6), а вычисление массовой доли фракций пектиновых веществ осуществляют по формуле (2).
Определение количества гидратопектина:
<mrow><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>176</mn><mo>×</mo><mn>0,2</mn><mo>×</mo><mn>3,25</mn></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>×</mo><mn>200</mn></mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>=</mo><mn>5,72</mn><mi>%</mi></mrow>
1)
;
<mrow><mi>ω</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>176</mn><mo>×</mo><mn>0,2</mn><mo>×</mo><mn>3,2</mn></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>×</mo><mn>200</mn></mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>=</mo><mn>5,63</mn><mi>%</mi></mrow>
2)
;
<mrow><mi>ω</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>176</mn><mo>×</mo><mn>0,2</mn><mo>×</mo><mn>3,15</mn></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>×</mo><mn>200</mn></mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>=</mo><mn>5,5</mn><mi>%</mi></mrow>
3)
.
Определение количества протопектина:
<mrow><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>176</mn><mo>×</mo><mn>0,2</mn><mo>×</mo><mn>15,5</mn></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>×</mo><mn>200</mn></mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>=</mo><mn>27,28</mn><mi>%</mi></mrow>
1)
;
<mrow><mi>ω</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>176</mn><mo>×</mo><mn>0,2</mn><mo>×</mo><mn>15,3</mn></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>×</mo><mn>200</mn></mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>=</mo><mn>26,9</mn><mi>%</mi></mrow>
2)
;
<mrow><mi>ω</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>176</mn><mo>×</mo><mn>0,2</mn><mo>×</mo><mn>15,7</mn></mrow><mrow><mn>10</mn><mo>×</mo><mn>200</mn></mrow></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>=</mo><mn>27,6</mn><mi>%</mi></mrow>
3)
.
Технический результат достигается только при сочетании описанных параметров процесса, что позволяет получить точные данные при высокой сходимости параллельных анализов.
Положительный эффект при реализации разработанного способа заключается в простоте выполнения и экономии затрат труда и времени на всех стадиях процесса.