СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДОРАСТВОРИМЫХ УГЛЕВОДОВ И КРАХМАЛА ИЗ ОДНОЙ НАВЕСКИ
METHOD FOR DETERMINING CONTENT OF WATER-SOLUBLE CARBOHYDRATES AND STARCH FROM ONE SAMPLE

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в селекции растений для изучения углеводного статуса тканей и органов растений в онтогенезе; в пищевой и фармацевтической промышленности для оценки качества урожая и лекарственного сырья по содержанию крахмала и растворимых сахаров.
Аналогами способа определения водорастворимых углеводов и крахмала из одной навески являются следующие методики.
1. Определение растворимых углеводов фотометрически с пикриновой кислотой (модификация Соловьева): Практикум по агрохимии // Под редакцией акад. РАСХН Минеева В.Г. - М.: Изд-во МГУ, 2001. 2-изд. С.419-422.
2. Определение крахмала в растениях методом кислотного гидролиза: Практикум по агрохимии // Под редакцией Ягодина Б.А. - М.: Агропромиздат, 1987. С.191-197.
В ходе роста, развития, созревания, послеуборочного дозревания и хранения сельскохозяйственной продукции растворимые (сахара) и нерастворимые (крахмал) углеводы претерпевают взаимные превращения, вследствие чего важно для оценки качества продукции одновременно определять количество обоих компонентов. Методика №1 позволяет определять только содержание растворимых углеводов, в то время как методика №2 - только содержание крахмала.
Предлагаемый способ позволяет определять в одной навеске растительного материала количество моносахаров, сумму водорастворимых углеводов и количество крахмала, что ранее было невозможно. Данная методика сравнительно проста, быстра и надежна.
Среди углеводов различают моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды хорошо растворимы в воде. Ди- и полисахариды образуются из моносахаридов в процессе полимеризации. Большинство из них (вплоть до инулина) также хорошо растворимы в воде. Крахмал нерастворим в воде или образует коллоидные растворы.
Одновременное определение разных форм углеводов в растительном материале открывает более широкие возможности для установления закономерностей обмена этих веществ при вегетативном росте, формировании урожая, созревании и хранении сельскохозяйственной продукции, а также при адаптации растений в новых условиях произрастания и выживания в неблагоприятных условиях среды.
Ход работы
Из анализируемого растительного материала формируют среднюю пробу, из которой выделяют навеску массой 2-5 г, в зависимости от ожидаемого содержания углеводов, измельчают в ступке до однородной массы с добавлением дистиллированной воды, переносят в колбу емкостью 100 мл, доливают до половины дистиллированной водой и ставят на водяную баню. Экстракцию ведут при 40-50°С в течение 1 часа.
2
4
После экстракции растворимых углеводов проводят осаждение белков в растворе. Для этого при анализе зерна и зеленых частей растений в колбу с экстрактом приливают 5-6 капель 10%-ного уксуснокислого свинца и 12-14 капель насыщенного раствора NaSO, тщательно перемешивают и оставляют на 20 мин для созревания осадка, затем доводят до метки дистиллированной водой.
После осаждения белков одержимое колбы переносят в центрифужную пробирку и центрифугируют в течение 5 мин при 4000 g (об./мин). Надосадочную жидкость переливают в чистую колбу емкостью 100 мл. Осадок, сформировавшийся после центрифугирования, тщательно переносят в другую колбу емкостью 100 мл, приливают 50 мл 2%-ного НСl и ставят в кипящую водяную баню на 1,5-2 часа для гидролиза крахмала. Окончание гидролиза устанавливают по отсутствию синего окрашивания гидролизуемого раствора с раствором йода в KJ: для проверки берут 2-3 капли гидролизата и добавляют 1 каплю раствора йода.
По окончании гидролиза крахмала повторно проводят осаждение белков 10%-ным уксуснокислым свинцом, доливают дистиллированной водой до метки и оставляют на 20 мин для созревания осадка.
Фильтруют раствор через бумажный фильтр средней плотности в колбу на 100 мл.
Определение моносахаридов
3
3
3
В сухую химическую пробирку емкостью 20-40 см берут пипеткой 1-3 смнадосадочной жидкости (аликвоту), полученной после центрифугирования (в зависимости от ожидаемого количества водорастворимых углеводов). Если аликвота менее 3 см, то до этого объема доводят дистиллированной водой.
3
3
2
3
В пробирку приливают 3 см насыщенного раствора пикриновой кислоты и 3 см 20%-ного раствора НаСО (соотношение компонентов 1:1:1), тщательно перемешивают и ставят пробирку в кипящую водяную баню на 30 мин. Уровень воды должен быть не ниже 2/3 высоты объема смеси в пробирках.
3
Через 30 мин пробирки вынимают и охлаждают, содержимое пробирок через воронку без фильтра переносят в мерные колбы на 50 см, ополаскивая несколько раз пробирки дистиллированной водой. Содержимое колбочек доводят до метки дистиллированной водой. Раствор колориметрируют (спектрофотометрируют) при длине волны 490 нм.
3
3
3
3
3
2
4
2
3
Контрольный раствор готовят одновременно. В колбу 100 см наливают 50 смдистиллированной воды, добавляют 0,7 см уксуснокислого свинца и 1,4 см насыщенного раствора NaSO, доводят до метки дистиллированной водой. Из колбы берут 3 см раствора в пробирку, приливают 3 см насыщенного раствора пикриновой кислоты и 3 см 20%-ного раствора NaCO, перемешивают, выдерживают 30 мин в кипящей водяной бане. Охлаждают и переносят в мерную колбу на 50 см. Раствор, полученный таким образом, используют как раствор сравнения при колориметрировании.
Расчет:
где С - количество глюкозы по графику, мг; Р - разведение (100/3); Н - навеска материала, г.
Определение суммы водорастворимых углеводов
3
3
3
3
3
3
2
3
2
3
В сухую пробирку пипеткой берут 1 см надосадочной жидкости, полученной после центрифугирования, прибавляют 1 см 10%-ного раствора НС1 и ставят в кипящую водяную баню на 5 мин для гидролиза полисахаридов. После окончания гидролиза содержимое пробирок охлаждают, добавляют 1 см 20%-ного раствора NaCO для нейтрализации соляной кислоты. Добавляют в пробирку 3 см насыщенного раствора пикриновой кислоты и 3 см 20%-ного раствора NаСО, перемешивают. Ставят пробирку в кипящую водяную баню на 30 мин, охлаждают, через воронку без фильтра переносят в мерную колбу на 50 см, доводят до метки дистиллированной водой, колориметрируют при 490 нм.
Сумма водорастворимых углеводов рассчитывается по формуле, приведенной выше.
Количество полисахаридов определяется по разнице: содержание полисахаридов (%) = (сумма водорастворимых углеводов % минус содержание моносахаридов %)×0,95, где 0,95 - коэффициент пересчета глюкозы в полисахариды.
Определение содержания крахмала
3
3
В сухую химическую пробирку пипеткой берут 1-3 см фильтрата, полученного после гидролиза крахмала (в зависимости от ожидаемого количества). Если аликвота менее 3 см, то до этого объема доводят дистиллированной водой. Далее поступают как при определении моносахаридов.
Содержание крахмала определяют по формуле:
где С - количество глюкозы по графику, мг; Р - разведение (100/3); Н - навеска материала, г; К - коэффициент пересчета глюкозы в крахмал.
Построение калибровочного графика
1 г высушенной в течение 2 ч при температуре 60-70°С глюкозы растворяют в 1 дм дистиллированной воды. Для построения графика набирают в пробирки 0,2; 0,4;
3
3
0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6 см стандартного раствора, доводят до 3 смводой и далее поступают так же, как в случае определения моносахаридов. При построении графика и колориметрировании углеводов сравнение ведут по контрольному раствору.
Реактивы
3
1. Насыщенный раствор пикриновой кислоты: 20-30 г пикриновой кислоты заливают примерно 500 см дистиллированной воды. Тщательно перемешивают в течение 5-10 мин. Для работы из этого объема отфильтровывают необходимое количество надосадочной жидкости, а в исходный раствор периодически доливают воду, до тех пор, пока на дне есть осадок не растворившейся пикриновой кислоты. Раствор в емкости из темного стекла хранится неопределенно долго.
2
3
3
2. 20%-ный раствор NaCO: 200 г соды растворяют в 800 см дистиллированной воды, после растворения соды раствор фильтруют.
3
3
3. 10%-ный раствор РbСНСООН: 10 г уксуснокислого свинца растворяют в 100 см дистиллированной воды.
3
3
3
4. 10%-ный раствор НС1: 236,8 см концентрированной НСl (d=1,19) выливают в мерную колбу объемом 1 дм, предварительно налив туда 500 см воды, доводят до метки.
3
3
3
5. 2%-ный раствор НС1: 45,2 см концентрированной НСl выливают в мерную колбу объемом 1 дм, предварительно налив туда 500 см воды, доводят до метки.
2
4
2
4
3
6. Насыщенный раствор NaSO: 165 г NaSO растворяют в 1 дм дистиллированной воды.
Для апробации предлагаемого способа определения водорастворимых углеводов и крахмала из одной навески был проанализирован усредненный образец из запасающих чешуи луковиц Tulipa bifloriformis L. (образцы отобраны осенью 2003 г.) в 5-кратной повторности. Полученные результаты статистически обработаны и представлены в таблице 1.
Таблица 1.Содержание моносахаридов, водорастворимых полисахаридов и крахмала в луковицах Tulipa bifloriformis L. в 1 мг/г сухого вещества.
Содержание моносахаридов
Содержание водорастворимых полисахаридов
Содержание крахмала
Значения
8,83
30,40
563,10
9,01
26,95
598,20
13,90
21,96
506,10
9,51
32,30
443,10
11,30
30,40
390,40
Среднее значение, мг/г
10,51
28,40
500,18
Среднее квадратическое отклонение
2,13
4,09
79,55
Средняя ошибка
0,95
1,83
35,51
Интервал среднего результата, мг/г
10,51±0,95
28,40±1,83
500,18±35,51
Показатель точности, %
9,04
6,43
7,10
Коэффициент вариации, %
20,27
14,40
15,90
Как видно из табл.1, показатель точности и коэффициент вариации предлагаемого способа определения водорастворимых углеводов и крахмала из одной навески не превышают допустимых значений (Р% меньше 10%; V% меньше 25-30%).
Для оценки точности предлагаемого способа определения крахмала было также определено содержание крахмала по методу кислотного гидролиза. Анализы проводились в 3-кратной повторности на усредненном образце клубней картофеля сорта Никулинский (урожай 2003 г.). Результаты статистически обработаны и представлены в табл.2.
Полученные данные свидетельствуют, что предлагаемый способ определения содержания крахмала позволяет получать результаты, практически совпадающие с показателями, полученными методом кислотного гидролиза. При этом средняя ошибка, показатель точности анализа и коэффициент вариации данных, полученных предлагаемым способом определения содержания крахмала, ниже, чем аналогичные показатели, полученные методом кислотного гидролиза.
Таблица 2.Содержание крахмала в клубнях картофеля сорта Никулинский в % от сырой массы.
Содержание крахмала по предлагаемому способу определения
Содержание крахмала по методу кислотного гидролиза
Значения
14,28
13,80
13,00
13,70
14,63
17,40
Среднее значение, мг/г
13,97
14,97
Среднее квадратическое отклонение
0,86
2,11
Средняя ошибка
0,50
1,22
Интервал среднего результата, мг/г
13,97±0,50
14,97±1,22
Показатель точности, %
3,56
8,15
Коэффициент вариации, %
6,16
14,09
Результаты, приведенные в табл. 1 и 2, свидетельствуют, что предлагаемый способ определения водорастворимых углеводов и крахмала из одной навески может применяться в качестве унифицированного метода при работе с растительными объектами. Статистические характеристики предлагаемого способа свидетельствуют о надежности и воспроизводимости результатов анализа.
Применение предлагаемого способа определения водорастворимых углеводов и крахмала из одной навески позволило провести одновременное определение разных форм углеводов в растительном материале таких объектов, как лапчатка белая (Potentilla alba L), шалфей мускатный (Salvia Sclarea L.), подснежник снежный (Galanthus nivalis L.), дикие виды и культурные сорта тюльпанов. Результаты этих исследований опубликованы в следующих работах:
1. Воронкова Т.В. Пул запасных углеводов и элементы анатомического строения зимующих растений шалфея мускатного // VI съезд об-ва физиологов растений России. Матер. Международн. научн. конф. «Современная физиология растений: от молекул до экосистем». Ч.2. Сыктывкар, Респ. Коми, 2007. С.79-81.
2. Воронкова Т.В., Семенова М.В., Олехнович Л.С. Динамика фитогормонов и углеводов в луковичных чешуях подснежника снежного (Galanthus nivalis L.) в зимний период при интродукции в Средней полосе России // Матер. Международн. научн. конф. «Теоретические и прикладные аспекты интродукции растений как перспективного направления развития науки и народного хозяйства» Т.2. Минск: Эдит В.В, 2007. С.107-109.
3. В.В.Кондратьева, О.В.Шелепова, Т.В.Воронкова, Н.Н.Данилина. Физиолого-биохимические основы многоцветковости у различных групп и сортов культурных и видовых тюльпанов. // Матер. V Международн. научной конференции «Цветоводство без границ». Харьков, 2006. С.66-69.
4. Шелепова О.В., Воронкова Т.В. Динамика углеводного обмена, баланса элементов минерального питания и анатомическое строение корневищ Potentilla alba L. в процессе зимовки // Матер. Международн. научн. конф. «Теоретические и прикладные аспекты интродукции растений как перспективного направления развития науки и народного хозяйства». Т.2. Минск: Эдит В.В, 2007. С.166-167.