Способ количественного определения лигнино-целлюлозного комплекса в растениях Советский патент 1992 года по МПК G01N33/00 

Изобретение относится к аналитической химии природных соединений, в частности к способу определения лигнино-целлюлозного комплекса в растениях.

Известен способ количественного определения лигнина в растениях, включающий экстракцию лигнина щелочным гидролизом, отделение экстрагированного лигнина от негидролизованного остатка фильтрацией, подкисление фильтрата лигнина соляной кислотой до образования осадка лигнина, выделение лигнина на хроматографической колонке, элюирование лигнина из колонки диметилсульфоксидом с последующим спектрофотометрическим определением.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет проводить одновременное определение лигнина w

целлюлозы (лигнино-целлюлозного комплекса) в растениях, а для оценки питательности растительных кормов требуется определение лигнино-целлюлозного комплекса.

Известен способ определения лигнино- целлюлозного комплекса, включающий обезжиривание образца, высушивание после обезжиривания, гидролиз с 2%-ной соляной кислотой, отделение лигнина и целлюлозы фильтрованием, высушивание остатка, гидролиз с 72%-ной серной кислотой, отделение и отмывку лигнина, высушивание лигнина, определение золы и азота в лигнине для поправки к содержанию лигнина и определение целлюлозы по образовавшейся глюкозе.

Недостатком способа является его длительность (48 ч или 7 рабочих дней).

VJ

4 4

Os

00

Цель изобретения - сокращение времени анализа при определении лигнино-цел- люлозного комплекса в растениях.

Поставленная цель достигается тем, что в способе количественного определения лигнино-целлюлозного комплекса в растениях, включающем гидролиз образца, отделение лигнина от целлюлозы фильтрацией и последующий анализ лигнина и целлюлозы, экстракцию лигнина из образца осуществляют 1,5-2%-ным раствором NaOH при 155- 165°С в течение 1,5-2 ч, а негидролизованный остаток после фильтрования последовательно промывают 3-5%- ным раствором HCI и ацетоном до превращения выделения окрашенных веществ, полученный остаток высушивают и по его массе определяют в образце количество целлюлозы.

Использование изобретения позволяет сократить время анализа при определении лигнино-целлюлозного комплекса в растениях в 7 раз по сравнению с известным способом.

Сокращение времени анализа при определении лигнино-целлюлозного комплекса предлагаемым способом достигается за счет проведения щелочного гидролиза с последующим отделением растворенного лиг- нина от мешающих примесей на хроматографической колонке и его спектро- фотометрическим определением. Одновременно при щелочном гидролизе в раствор переходят мешающие определению целлюлозы жиры, белки, низкомолекулярные углеводы, пентазаны и основная часть окрашенных пигментов, а из негидролизо- ванного остатка после несложной операции последовательной промывки его раствором HCI и ацетоном получается чистая целлюлоза, количество которой определяется по ее массе. При этом исключаются имеющиеся в прототипе такие длительные и сложные операции как обезжиривание образца, многократный гидролиз кислотами разной концентрации, определения золы и азота для введения поправки к содержанию лигнина и определение целлюлозы по образовавшейся глюкозе с использованием реакций превращения окиси меди в закись восстановлением глюкозой, восстановления закисью меди железа (III) и оттитровки полученного железа (II) перманганатом калия.

Способ количественного определения лигнино-целлюлозного комплекса в растениях является новым так как впервые для строго количественного определения лигнино-целлюлозного комплекса используют щелочной гидролиз с 1,5-2%-ным раствором NaOH при 155-165°С в течении 1,5-2 ч, а негидролизованный остаток после фильтрационного отделения последовательно промывают 3-5%-ным раствором HCI и аце5 тоном до прекращения выделения окрашен- ных веществ. При этом отделяются адсорбированные на целлюлозе и мешающие ее определению труднорастворимые неорганические и органические соединения

10 и обеспечивается возможность определения целлюлозы.

В изобретении щелочной гидролиз растений при определении лигнино-целлюлозного комплекса проводят с 1,5-2,0%-ным

15 раствором при 155-165°С в течение 1,5-2 ч. Использование концентрации гидроксида натрия, температуры гидролиза и времени гидролиза меньших, чем нижние границы установленных интервалов, приводит к не0 полному отделению целлюлозы от сопутствующих компонентов растений и получению завышенных результатов. Использование концентрации гидроксида натрия, температуры гидролиза и времени гидролиза боль5 ших, чем верхние границы указанных интервалов, приводит к частичному разрушению целлюлозы и получению заниженных результатов (табл.1).

Полное выделение лигнина достигается

0 при щелочном гидролизе растений с 1-2%- ным раствором NaOH при 150-165°С в течение 1-3 ч. Использование концентрации гидроксида натрия, времени гидролиза и температуры меньших, чем нижние границы

5 установленных интервалов, приводит к неполному выделению лигнина из растений. Использование концентраций гидроксида натрия, времени гидролиза и температуры гидролиза больших, чем верхние границы

0 указанных интервалов, приводит к снижению растворимости лигнина, что объясняетсявторичнойконденсациейгидролизованного лигнина.

Выход лигнина и целлюлозы контроли5 ровали способом кислотного гидролиза и предлагаемым способом. Аналогичные результаты получены при исследовании других растительных кормов - соломы и силоса. Исходя из оптимальных условий выде0 ления лигнина и целлюлозы из растений следует, что проведение щелочного гидролиза растений с 1,5-2,0%-ным раствором NaOH при 155-165°С в течение 1,5-2,0 ч обеспечивает возможность одновременно5 го определения лигнина и целлюлозы в анализируемых растениях.

Промывка негидролизованного остатка после фильтрационного отделения экстрагированного лигнина 3-5%-ным раствором HCI необходима для отделения адсорбированных на целлюлозе труднорастворимых неорганических соединений (гидроксидов, фосфатов, фитатов металлов и других соединений) после щелочного гидролиза, которые как установлено экспериментально, могут давать на 1-5% завышенное содержание целлюлозы. Использование для промывки соляной кислоты с меньшей концентрацией не обеспечивает быстрой отмывки труднорастворимых неорганических соединений с поверхности целлюлозы. Использование более высокой концентрации соляной кислоты не целесообразно, так как скорость отмывки адсорбированных труднорастворимых неорганических соединений остается без изменения, а расход соляной кислоты увеличивается.

Промывка негидролизованного остатка после фильтрационного отделения экстрагированного лигнина ацетоном необходима для отделения адсорбированных на целлюлозе водонерастворимых органических соединений, которые, как было установлено экспериментально, могут давать завышенное содержание целлюлозы на 5-10%. Использование ацетона обеспечивает быстрое отделение адсорбированных органических соединений и ускоряет последующее высушивание полученной целлюлозы. Использование других, водонерастворимых органических растворителей (хлороформ, гексан, бензол и др.) не обеспечивает быстрого смачивания насыщенного водой негидролизованного остатка, в результате чего продолжительность отмывки адсорбированных на целлюлозе, сопутствующих органических соединений увеличивается в 3-5 раз.

Использование водорастворимых органических растворителей (метанол, этанол) не обеспечивает быстрой отмывки адсорбированных органических соединений в связи с их худшей растворимостью в спиртах (продолжительность отмывки увеличивается в 2 раза по сравнению с отмывкой ацетоном). Использование водорастворимых диметил- сульфоксида, диоксана, диметилформамида нецелесообразно, так как эти растворители высококипящие, в результате чего увеличивается время высушивания полученной целлюлозы.

Пример конкретного определения лиг- нино-целлюлозного комплекса в растениях.

Навеску растительного материала 0,25- 0,5 г заливают 10-20 мл 1,7-1,8%-ного раствора NaOH и выдерживают в течение 1,7- 1,8 ч при 160°С в герметически закрытой емкости. Полученный щелочной раствор лигнина отфильтровывают и используют

фильтрат для отделения лигнина от мешающих примесей на хроматографической колонке с последующим спектрофотометрическим определением.

Негидролизованный остаток на фильтре

промывают 20-30 мл 3-5%-ного раствора HCI и 40-50 мл ацетона. Отмытый остаток высушивают при 105°Свтечение2,5ч, взвешивают и по массе остатка определяют содержание целлюлозы.

Результаты определения лигнино-цел- люлозного комплекса в люцерновом сене, соломе и кукурузном силосе приведены в табл.З.

В качестве добавки целлюлозы используется беззольная фильтровальная бумага. Аналогично определяют лигнино-целлюлоз- ный комплекс в других растениях. При этом относительное стандартное отклонение не превышает 0,05.

Таким образом, изобретение позволяет в 7 раз сократить продолжительность времени анализа при определении лигнино- целлюлозного комплекса в растениях по сравнению с известным способом, что дает

возможность широко использовать предлагаемый способ в сельскохозяйственном производстве для оперативного контроля за содержанием лигнино-целлюлозного комплекса при организации рационального кормления сельскохозяйственных животных и заготовке кормов.

Формула изобретения Способ количественного определения

лигнино-целлюлозного комплекса в растениях, включающий гидролиз образца, экстрагирование, отделение лигнина от целлюлозы фильтрацией, последующий анализ, отличающийся тем, что, с

целью сокращения времени анализа, экстракцию лигнина из образца осуществляют 1,5-2%-ным раствором NaOH при 150-165°С в течение 1,5-2 ч, а негидролизованный остаток после фильтрационного отделения последовательно промывают 3-5%-ным раствором HCI и ацетоном до прекращения выделения окрашенных веществ, полученный остаток высушивают, а определение целлюлозы в образце осуществляют по массе высушенного остатка.

Таблица 1

Выход целлюлозы из люцерны (% от исходного содержания) в зависимости от концентрации NaOH, температуры и продолжительности гидролиза ()

Таблица2

Выход лигнина (% от исходного содержания) в зависимости от концентрации NaOH, температуры и продолжительности гидролиза (п 3)

Таблица 3

Изобретение относится к аналитической химии природных соединений, в частности к способу определения лигнино-целлюлозного комплекса в растениях. Изобретение позволяет сократить время анализа при определении лигнино- целлюлозного комплекса в 7 раз по сравнению со всеми известными способами. Сокращение времени анализа достигается экстракцией лигнина из образца 1,5-2,0%- ным раствором NaOH при 155-165°С в течение 1,5-2 ч и определением целлюлозы по ее массе после отделения мешающих примесей неорганических и органических веществ последовательной промывкой негидролизо- ванного остатка 3-5%-ным раствором HCI и ацетоном до прекращения выделения окрашенных веществ. 3 табл. со

Результаты определения лигнино-целлюлозного комплекса в растительных кормах

Примечание. }- В качестве добавки целлюлозы используется беззольная фильтровальная бумага.