植物资源化学实验讲义131202

实验一预备试验一、实验室安全二、实验室规章制度三、试样的采取与制备原料的化学成分，不仅因品种不同而异，即使同一品种，也因生长条件（气候、土壤等），生长的年龄，以及试样采取的部位不同而有差异。对于试样采集和制备要求的原则如下：1、采用时必须做到所获得的试样具有代表性。2、制样时，不得使样品性质有所变化，为此必须注意下列几点：（1）制样过程不得混入任何杂质，也不得使试样有所损失。（2）制样过程如需磨细，磨细时温度不许过高。（3）制样过程中对试样加以干燥（如果原来水分太大），应采取风干的方法，一般不得加热干燥，不允许在太阳下晒干。（4）制样过程和已经制备好的试样都不得受到有害气体的侵蚀（例如：氯气、氯化氢等）。（5）制样过程和已经制备好的试样都不得长时间在阳光下照射。（一）木材原料的采集采集试材，须选择能代表该地区该树种一般的生长情况，树龄须在壮年，并避免过熟或生长不正常的树木。采取同一产地，同一树种的原木3~4棵，记明原木的树种、树龄，产地、砍伐年月、外观品级等。用手锯在每棵原木梢部、腰部、底部各锯2~3个园盘（厚约3~5厘米），一在树干基部距地面1米处，一在树梢，一在中段（全长1/3以上）。截下园盘，风干后，以供制样用。每棵原木上、中、下三个园盘，用锯对剖成四份，各取相对扇形一对用作试料，其它一对留存供参照用。将试验用木块切成小薄片，充分混合。制备：按四分法取上述均匀样品1000克，然后再置于粉碎机磨细至全部通过40目筛的细末。用标准筛筛选，截取能通过40目筛，但不能通过60目筛的部分细末，贮于具有磨口玻塞的广口瓶中。瓶上贴好标签，注明样品名称、来源、采样日期等。留供分析试验用。（二）非木材原料试样的采集无髓的草类原料如稻草、麦草、芦苇等约500克，记录其草种、产地、采集年月、贮存年月、品质情况（变质情况及清洁程度等），用切草刀切去原料的根及穗部。制备：将已去除根及穗的原料全部切碎。风干后，再置于粉碎机磨细至全部通过40目筛的细末。用标准筛筛选，截取能通过40目筛，但不能通过60目筛的部分细末，贮于具有磨口玻塞的广口瓶中。瓶上贴好标签，注明样品名称、来源、采样日期等。留供分析试验用。目：通常指1英寸（25.4mm）宽度上经线的根数或网孔的个数。试样需在磨口瓶中放置24~48小时，使水分均一后，方能使用。实验二有机溶剂抽出物含量的测定、目的、意义植物纤维原料中，除含有木质素、纤维素和半纤维素三大主要成分外，还含有少量成分，主要有：脂肪、蜡、树脂、单宁、色素等。通常对这些少量成分不单独测定，因为测定这些成分，有些操作手续麻烦、费时间，还有些成分到现在为止尚无很好的分析方法。因此一般采用有机溶剂抽出物来表示这些少量成分的综合含量。常用的有机溶剂有乙醚、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。能被有机溶剂抽提出来的物质种类很多，如：脂肪、脂肪酸、树脂、树脂酸、植物甾醇、萜烯、酚类化合物、蜡、可溶性单宁、香精油、色素以及不挥发性的碳氢化合物等。有机溶剂抽出物含量的高低，可以反映出原料中所含脂肪、蜡、树脂的含量。测定有机溶剂抽出物含量，第一种：有采用蒸干抽出物中过剩溶剂，烘干后称取其抽出物量。第二种：将已抽提过的试样烘干恒重，测定其抽提后的失重，从而求得抽出物的量。两种方法比较，第一种方法易出较准确结果；第二种方法，则由于纤维所吸附的有机溶剂不易驱除，会造成测定结果偏低，特别是在使用乙醇或苯-乙醇混合液为溶剂时，这一影响更为显著。二、测定原理以中性有机溶剂抽提试样，其中树脂、蜡、脂肪、单宁等物溶于溶剂中，然后将所得抽出液加以蒸发，烘干，称量不易挥发的残渣。所用的试样和溶剂不同，所得抽出物的含量和成分也各不相同。常用的有机溶剂如乙醚、乙醇、甲醇、苯和丙酮。实验室中苯-醇混合液。三、仪器、器皿及药品仪器及器皿索氏抽提器具有温度调节器的恒温水浴锅烘箱干燥器扁形称量瓶应用试剂及溶液苯-乙醇混合液，苯-乙醇的配比为：33份化学纯乙醇和67份化学纯苯混合四、实验步骤1、精确称取样品3~5克（称准至0.0001克）。实验时分别称量两份样品，各自用滤纸包好，不可包得太紧亦防止过松（1份1克左右，抽提后供测定木质素含量用，另1份2克左右，抽提后供测定综纤维素含量用）。同时称取样品测定水分（纤维原料中都含有水分，在测定纤维原料其它化学成分时，必须首先测定水分，然后才能计算出绝干试样中其它化学成分的相对含量）。2、将滤纸包置于索氏抽提器中，在底瓶中加约2/3容积的苯-醇混合液，然后将抽提器、冷凝器和底瓶连接起来。3、将仪器放在水浴上，加热，保持底瓶中的苯-乙醇混合液沸腾较激烈，每小时抽提4~6次，抽提6小时。4、抽提完毕后，提起冷凝器，仔细地用镊子取出盛有试样的滤纸包。然后将冷凝器和抽提器重新连接起来，回收一部分溶剂，直至底瓶中只剩下少量苯-醇混合液为止。5、取下底瓶，将其内容物移入已烘干恒重的扁形称量瓶中，并用苯-醇混合液漂洗烧瓶3~4

次，每次用极少量混合液，洗后倾入扁形称量瓶中。6、将称量瓶置于水浴上，仔细加热（温度不宜过高，防止内容物溅出），蒸去多余的溶剂7、擦净称量瓶的外部，置于烘箱中，于100〜105。。温度下烘干至恒重。五、计算苯-乙醇抽出物％=x100(G-G)x苯-乙醇抽出物％=x100G(100-W)2式中：G——扁形称量瓶重（克）G]扁形称量瓶重连同已烘干残余物重（克）g2——风干试样重（克）W——试样水分（％）。同时进行两份测定，取其算术平均值作为测定结果。数字要求准确到小数点后第二位两份测定计算值间误差不应超过0.1%。注：抽提完毕，如发现抽出物中有滤纸毛或其他固形物，则应通过滤纸将抽出液滤入称量瓶中，再用少量苯-乙醇混合液分次漂洗底瓶及滤纸。实验三Klason实验三Klason木质素含量的测定目的、意义木质素是植物纤维原料中的主要组分之一，不同的植物纤维原料，其木质素含量也不相同，一般木材原料的木质素含量较多，非木材原料的木质素含量较少。二、测定方法及原理直接法：主要有硫酸法、盐酸法及盐酸与硫酸共同使用的混合酸法。其中以硫酸法最被广泛采用。所有这些方法都是利用浓酸水解试样中非木质素部分，剩下的残渣即为木质素。硫酸法分析木质素是克拉桑首先提出的，所以又称为Klason法，经过很多化学家进行研究并加以修改。一般认为这一方法测定木质素含量，能得到比较满意的结果。脱提取物的植物纤维原料中的碳水化合物在硫酸的作用下水解、溶出，定量地测定其残余物，即可测得酸不溶木质素的含量。使用硫酸法测定木质素含量必须注意几个重要的因素：酸的浓度、酸作用时间及温度、酸作用后的处理条件。否则就会造成很大的误差，特别是对多戊糖含量较高的非木材原料更应注意。酸的浓度：一般采用72%浓硫酸。过浓的酸易造成原料中碳水化合物的碳化；过稀则造成水解所需的时间太长或水解不完全。酸作用的时间与温度：木材原料应为2小时，非木材原料应为2.5小时。浓酸作用时，温度以25°C为宜。用72%的硫酸处理已经脱提取物的木粉，其中不溶于酸溶液的部分称为酸不溶木质素（即Klason木质素），溶解在酸溶液中的部分木质素称为酸溶木质素。在针叶材中，酸溶木质素的量很小，约为0.2~0.4%；在阔叶材中，酸溶木质素的量约为3~5%。三、应用仪器及药品1、应用仪器及器皿可调电炉100ml烧杯1000ml锥形瓶2000ml吸滤瓶直形或球形冷凝管g3玻璃滤器（玻砂漏斗）25ml、1000ml的量筒表面皿2、应用试剂和溶液72%硫酸：徐徐倾665ml硫酸（比重1.84）于300ml蒸馏水中，冷却，加水稀释至1000ml,充分摇匀，调节硫酸温度为20C，倾此溶液于量筒中，用比重计测定其比重是否为1.6338，若不是此数值，应加硫酸或蒸馏水，调节至所规定的比重。10%氯化钡：溶解10克氯化钡于90毫升蒸馏水中。四、实验步骤1、精确称取相当于绝干1克重的脱脂木粉（称准至0.0001克）同时称取试样测定其水分含量。2、试样放入100ml的烧杯内，缓慢加入预先冷至10〜15C的72%的硫酸15ml,同时用玻棒搅拌使其浸渍，样品分散后，用一块表面皿盖住烧杯，将烧杯置于201C的水浴中保温2小时，在这期间要不时搅拌。（结晶区与无定型区发生润胀，破坏纤维素的超分子结构。3、到达规定时间后，将烧杯内的反应物转移到1000ml锥形瓶内，用蒸馏水吹洗所用的烧杯，所有洗涤水都倾入锥形瓶内，然后加水稀释至酸的浓度成为3%，加入蒸馏水的量包括吹洗所用的水在内，总体积为560ml。4、将1000ml锥形瓶装上回流冷凝器，在电炉上煮沸4小时，（若要测定酸溶木质素的含量，就不用回流冷凝器，不要煮沸，而是用添加热水的方法，使溶液总体积维持在575ml,目的是让糠醛、羟甲基糠醛挥发掉）煮沸完毕，静置，使不溶物沉淀，用预先恒重的G3玻璃滤器（玻砂漏斗）过滤，再用热蒸馏水洗涤，至洗液用10%氯化钡试之不显混浊为止。5、用蒸馏水漂洗滤器外部，移入烘箱中于105±3°C烘干至恒重。五、酸不溶木质素含量计算酸不溶木质素%=x100(G-G)x100酸不溶木质素%=x100G(100-W)2式中：G——玻璃滤器恒重的重量（克）；G]——烘干后玻璃滤器和残渣恒重的重量（克）g2——风干试样重量（克）W——试样水分（％）。酸不溶木质素含量测定

（实验采用的方法）

实验步骤：1、称取0.6克（准确到0.0001克）样品，进行有机溶剂抽提，同时称取样品测定水分；2、脱脂后原料，转移到10mL小烧杯中，加入6mL72%的硫酸，轻轻搅拌，使其完全混合后，置于3O±3°C的水浴中，恒温60min,期间5~10min轻轻搅拌一次。3、到时间后，取出烧杯，用168mL去离子水将小烧杯中的物质全部转入250mL的水解瓶中，盖上瓶盖并旋紧，将瓶子置于灭菌锅的样品架上放入压力灭菌锅中，在121±3°C下水解60min；4、水解到时间后，取出水解瓶，用已恒重的砂芯坩埚在真空下进行过滤，滤液收集于吸滤瓶中，取原始滤液50mL左右用瓶子保存，留着原料中总糖等的分析；5、用去离子水将水解瓶中残渣全部转移到砂芯坩埚中，并用热去离子水反复淋洗沉淀，直至滤液用10%BaCl2检验不显混浊为止；6、将砂芯坩埚及木质素移入105±3°C的烘箱中烘干至恒重。数据记录与处理：实验四综纤维素含量的测定一、测定目的和意义综纤维素是指植物纤维原料在除去木质素后所保留的全部半纤维素及纤维素的总量。二、测定方法及原理综纤维素含量的测定方法有很多种，脱脂原料在缓和条件下脱除木质素，主要有：氯-乙醇胺法（Cl2+NH2CH2CH2OH）；二氧化氯和碳酸钠法（C102+NaHC03）；酸性亚氯酸钠法（NaC102）；过醋酸法（CH3COOOH）等。本实验采用酸性亚氯酸钠法（NaClO2）处理已脱提取物试样，除去脱提取物后试样中所含的木质素，从而定量地测定残余物（综纤维素）的量。三、实验仪器及主要药品主要仪器：恒温水浴锅容量250ml锥形瓶容量25ml锥形瓶g2玻砂漏斗吸（抽）滤瓶药品及试剂：1、化学纯亚氯酸钠2、化学纯冰醋酸3、丙酮四、实验步骤1、称取2克左右样品（同时称样测定水分），用滤纸包好，在索氏抽提器中进行有机溶剂抽提（实验是经过苯-醇抽提）；2、风干后的抽提试样，仔细移入容量250ml锥形瓶中，加入65ml蒸馏水，滴入10滴（0.5ml）冰醋酸及加入0.6克亚氯酸钠（实际根据纯度换算），摇匀；3、在锥形瓶口上倒扣一个容量25ml的小锥形瓶，放在75°C水浴中加热1小时；在加热过程中，应经常旋转并摇动锥形瓶；4、1小时后，不必等溶液冷却，重复步骤2、3；5、如此重复进行，直止试样变白，木质素含量在2~4%为止。（木质素和纤维素及半纤维素之间既有物理连接，又有化学连接，脱木质素后是否越白越好？不是，因为这样会损失更多的半纤维素）。6、将锥形瓶自水浴中取出，放进冰水中冷却，用已恒重的G2玻砂漏斗过滤，用冰冷的蒸馏水洗涤至洗液不呈酸性（甲基橙检验）。7、再用丙酮洗3次，吸干洗液，取出滤器，用蒸馏水将滤器外部吹洗干净，移入烘箱8、于1053C下烘干至恒重，所增加的重量，即为综纤维素的量。如为草类原料，则尚须测定综纤维素中所含的灰分，为此可将已恒重的盛有综纤维素的玻璃滤器置入一较大的磁坩埚中，移入高温炉，徐徐升温至500~550C，并继续保持此温度灼烧，直至残渣全部灰化，达恒重为止。五、数据记录及计算

综纤维素含量，可按下式计算1、木材原料（G-G）x100…综纤维素含量％=「x100G（100-W）2式中：G——烘干后的玻砂漏斗恒重（克）G]——盛有烘干综纤维素的玻砂漏斗恒重（克）g2——风干试样重（克）W——试样水分（％）。2、草类原料(G-G)4G(100-W)2x(G-G)4G(100-W)2x100综纤维素含量％=1x100-G(100-W)2式中：G、G1、G2、W与（1）相同，g3——灼烧后玻砂漏斗连同灰分恒重（克）g4——灼烧后玻砂漏斗恒重（克）同时进行两次测定，取其算术平均值作为测定结果，要求准确到小数点后第二位两次测定计算值间误差不超过0.4%。实验五植物原料中总糖含量测定一、糖含量标准曲线的绘制准备一系列包含要量化的化合物的校准标准样，参照表1中的建议浓度范围。使用四点校准。如果标准的准备在建议范围以外，这些校准曲线的新范围必须验证。表1校准标准样的建议浓度范围成分建议浓度范围（mg/mL）D-纤维二糖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不同浓度的糖标准溶液通过0.2微米膜的过滤器过滤后，将其装于自动进样小瓶中，并密封和标记。使用线性回归，为每一个分析样创建一个校准曲线。通过这些曲线，用HPLC测定分析样中每个组分的浓度（mg/mL），如果需要，可通过其稀释倍数进行校正。二、原料总糖含量的测定1、将测定Klason木质素含量时所得的水解液大约20mL转入50mL的锥形瓶，用碳酸钙将每个样品中和至pH5〜6，用pH试纸监测，防止中和导致pH超过6。当pH达到4时，缓慢添加碳酸钙，充分涡旋混匀样品。当pH达到5~6时，停止加入碳酸钙，将样品静置，取上清液。在静置后，pH值大约为7。（样品pH值绝不允许超过9，因为这将导致糖分的损失。）2、通过0.2微米膜过滤到自动样品瓶，制备进行高效液相色谱分析的样品，密封并标记小瓶，中和后的样品可在冰箱中存放3