способ количественного определения пектиновых веществ

Формула изобретения

СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ, включающий перевод пектина в раствор, деметоксилирование его щелочью и обработку полученного раствора пектовой кислоты соединением кальция, отличающийся тем, что деметоксилирование проводят едким калием, после чего раствор деминерализуют с помощью фенольно-формальдегидного сульфокатионита в Н⁺-форме в статических условиях при использовании избытка катионита по отношению к едкому калию, до достижения постоянной величины pH раствора, а обработку раствора пектовой кислоты осуществляют путем титрования ее гидроксидом кальция в присутствии 0,002 мас. ч. ацетата меди и 6 мас. ч. хлорида натрия на 1 мас. ч. пектина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам количественного определения пектинов и может найти применение в фармации, медицине, пищевой промышленности.

В литературе описание способов определения пектинов ограничено.

Широко распространенным методом количественного определения пектинов является метод анализа, основанный на взаимодействии продуктов кислотного гидролиза пектинов с карбазолом, окрашенные продукты взаимодействия анализируются фотоколориметрическим способом.

Недостатками способа является: трудоемкость анализа, необходимость проведения кислотного гидролиза пектинов, т. е. метод является непрямым, высокая относительная погрешность (около 3,5% ), мешающее влияние нейтральных сахаров на результаты анализа пектинов, что способствует завышению результатов, возможность анализа только сильно разбавленных растворов пектинов (0,01-0,04% ).

Наиболее близким к предлагаемому является способ количественного определения пектиновых веществ, при котором пектины переводят в раствор, омыляют и осаждают в виде кальциевой соли, которая учитывается массовым методом.

Недостатком этого способа является возможность перехода в осадок непектиновых примесей.

Предлагаемый способ лишен этого недостатка.

В соответствии с изобретением предложен способ количественного определения пектиновых веществ, включающий перевод пектина в раствор, деметоксилирование его щелочью и обработку полученного раствора пектовой кислоты соединением кальция, в котором деметоксилирование проводят едким калием, после чего раствор деминерализуют с помощью фенольно-формальдегидного сульфокатионита в Н⁺-форме в статических условиях при использовании избытка катионита по отношению к едкому калию, до достижения постоянной величины рН раствора, а обработку раствора пектовой кислоты осуществляют путем титрования ее гидроксидом кальция в присутствии 0,002 мас. ч. ацетата меди и 5 мас. ч. хлорида натрия на 1 мас. ч. пектина.

Для анализа были использованы промышленные образцы пектинов: свекловичный пектин, яблочный и цитрусовый пектины.

В качестве титранта был использован раствор гидроксида кальция, не содержащий карбонатов (для этого титрант готовили путем растворения металлического кальция в воде с последующим процеживанием приготовленного раствора через ватный тампон и установления нормальности титранта, приготовленный титрант хранили в колбе с хлоркальциевой трубкой). При титровании пектинов гидроксидом кальция (см. фиг. 1, кривая 2) и получалась почти вертикальная кривая потенциометрического титрования, в то время как кривая титрования пектинов гидроксидом калия (кривая 1) была пологой.

Полученные результаты свидетельствуют о выборе оптимального титранта-гидроксида калия.

При титровании гидроксидом кальция или калия учитываются кислотные свойства пектинов благодаря наличию в них остатков галуктуроновых кислот, имеющих карбоксильные группы.

На фиг. 2 показан характер кривой потенциометрического титрования свекловичного пектина в присутствии хлорида натрия (1) и в отсутствие него (2).

Пектин состоит из галактуроновых кислот, связанных между собой -1 -> 4-гликозидной связью. Каждая цепь полигалактуроновой кислоты связана с соседней цепью с помощью водородной связи. В цепях полигалактуроновых кислот имеются как свободные, так и метоксилированные карбоксильные группы.

В предлагаемом способе при титровании гидроксидом кальция происходит кислотно-основное взаимодействие:

2+ Ca(OH)₂___ (R-C )₂Ca+2H₂O.

Предварительная обработка едким калием раствора пектина в течение нескольких часов способствует омылению этерифицированных групп:

+KOH ___ +.

Таким образом, щелочная обработка пектина приводит к высвобождению всех карбоксильных групп пектина. Параллельно было изучено деметоксилирование с помощью гидроксида калия и гидроксида аммония и установлено, что с помощью едкого калия более полно происходит деметоксилирование, чем с помощью гидроксида аммония (см. табл. 1). Объем раствора едкого калия, необходимый для омыления пектинов определяли экспериментально: после добавления различных объемов едкого калия к раствору пектина и выдерживания этих растворов в течение ночи, проверяли рН полученных растворов: если рН был более 7, то, следовательно, щелочи было достаточно для полного омыления пектина и часть щелочи осталась в избытке, если рН меньше 7, то, следовательно, вся щелочь израсходовалась на омыление. Эти результаты представлены в табл. 1.

Из представленной табл. 1 видно, что оптимальный объем 0,0835 н. КОН, необходимый для полного омыления пектинов составляет: для свекловичного и цитрусового пектинов - по 7 мл, для яблочного пектина - 9 мл, т. е. добавляли щелочь в небольшом избытке, по сравнению с необходимым количеством ее для омыления, это не влияло на результаты анабиза, т. к. в последствии ионы калия были удалены с помощью катионита КУ= 1 в Н⁺-форме.

Для переведения полученного пектата калия в пектовую кислоту и для деминерализации пектина (так как пектину сопутствуют ионы натрия, калия, магния, кальция, железа после щелочной обработки, пектин обрабатывают катионитом КУ= 1 в Н⁺-форме. Обработка катионитом проводится с перемешиванием в статических условиях, чтобы предотвратить выделение газов (СО₂, SO₂), которые могут привести к образованию каналов в слое ионита и к его закупорке. Кроме того, статический ионообмен предотвращает разведение раствора пектина промывной водой (что имеет место при динамическом ионообмене) и, следовательно, повышение рН раствора пектина. Далее, так как растворы пектина склонны к выделению осадка, то для них возможен только статический ионообмен.

Количество катионита КУ-1 добавляли в избытке, по сравнению с введенным количеством ионов калия в составе КОН, так как катионит добавляется не только для удаления ионов калия, но и для деминерализации ионов металлов, сопровождающих пектин. Статистическая обменная емкость катионита КУ-1 составляет мг ионов металлов на 1 г сухого ионита: в 7 мл 0,0835 и раствора КОН добавляемого к 100 мл 0,15% -ных растворов свекловичного и цитрусового пектинов содержится 22,85 мг ионов калия, в 9 мл 0,0835 н. раствора КОН, добавляемого к такому же объему яблочного пектина, содержится 29,38 мг ионов калия. Следовательно, необходимо катионита КУ-1 для свекловичного и цитрусового пектинов по 4,57 г, для яблочного пектина - 5,88 г. Для деминерализации введенных ионов калия и самого пектина произвольно брали избыток катионита, по сравнению с рассчитанным выше. Достаточность добавленного количества катионита (в г) определяли по постоянству величины рН раствора. Эти результаты представлены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что при добавлении к исследуемым пектинам по 8,0 г катионита вполне достаточно для полной деминерализации пектинов, так как дальнейшее увеличение количества КУ-1 не приводит к изменению кислотности пектинов.

Для усиления кислотных свойств пектинов при анализе их был использован электролит - 1М раствор натрия хлорида, который разрывает водородные связи между цепями полигалактуроновых кислот и способствует взаимодействию карбоксильных групп с гидроксидом кальция или калия. Это отражается на величине рН. Так, если исходный раствор свекловичного пектина имеет рН 3,45, то при добавлении 1М раствора натрия хлорида рН уменьшается до 3,38. Кривая потенциометрического титрования свекловичного пектина в присутствии электролита и без него имеет различный вид: более вертикальная в присутствии хлорида натрия и более пологая - без него (см. фиг. 2).

В предлагаемом способе для ускорения потенциометрического титрования к анализируемой смеси добавляют 1 каплю 0,01 М раствора ацетата меди. В присутствии катализатора - ионов меди, титрование осуществляется быстрое, так как быстро устанавливается рН. Если титрование без ионов меди занимает 15 мин, то в присутствии последних продолжительность титрования составляет 10 мин, при этом характер кривых потенциометрического титрования сохраняется.

Данный способ характеризуется относительной погрешностью 0,72% и позволяет анализировать растворы пектинов в интервале концентраций 0,01-5,0% .

Способ определения пектинов поясняется следующими примерами конкретного выполнения, в которых количество ацетата меди равно 0,02 мас. ч. , а хлорида натрия 5 мас. ч. , на 1 мас. ч. пектина.

П р и м е р 1. Около 0,1500 г свекловичного пектина, взвешенного с точностью 0,002 г, растворяют в стакане с примерно 70 мл дистиллированной воды с помощью магнитной мешалки. К полученному раствору пектина добавляют 7 мл примерно 0,1 н. (0,0835 н. ) раствора КОН, полученный раствор переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, добавляют водой до метки. Раствор оставляют для омыления пектинов на ночь. Затем универсальной индикаторной бумагой проверяют рН раствора; рН составил примерно 8, т. е. щелочи было достаточно для полного омыления пектинов. Далее раствор из колбы переносят в стакан и добавляют 8,0 г катионита КУ-1 в Н⁺-форме, раствор с катионитом оставляют на 1 ч при комнатной температуре, периодически перемешивая раствор. Далее из анализируемого раствора с помощью бюретки ведут берут аликвоту 40 мл, вносят в стакан для титрования, добавляют 5 мл 1М раствора натрия хлорида, 1 каплю 0,01М раствора ацетата меди, титруют 0,0392 н. раствором гидроксида кальция на иономере марки И-135. Индикаторный электрод - хлорсеребряный, электрод сравнения - стеклянный.

Навеска свекловичного пектина составила 0,1535 г. Точку эквивалентности определяли дифференциальным методом. Полученные результаты представлены в табл. 3, по данным которой стоили график 3 зависимости в системе координат рН/ U-U (титранта, мл). График представлен на фиг. 2.

Из табл. 3 и фиг. 3 видно, что объем титранта-раствора гидроксида кальция, в точке эквивалентности составляет 6,6 мл.

Эквивалентная масса чистой стандартной галактуроновой кислоты составляет 176.

Количественное содержание пектина определяли по формуле:

= ,

где С_н.титр. - нормальная концентрация титранта;

V - объем титранта в точке эквивалентности, мл;

Э_{гал.к-ты} - эквивалентная масса стандартной галактуроновой кислоты, моль/л;

V_алик. - объем аликвоты, взятой для анализа, мл;

V_общ. - общий объем исходного раствора, мл;

а - исходная навеска пектина, г.

Подставляя полученные результаты в формулу расчета, получаем:

X = = 74,166 % .

П р и м е р 2. Около 0,1500 г цитрусового пектина, взвешенного с точностью 0,0002 г, растворяют в стакане в примерно 70 мл дистиллированной воды с помощью магнитной мешалки. К полученному раствору пектина добавляют 7 мл примерно 0,1 н. (0,835 н) раствора гидроксида калия, полученный раствор переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, доводят водой до метки. Раствор оставляют для омыления пектинов на ночь. Затем универсальной индикаторной бумагой проверяют рН раствора, рН составил примерно 8, т. е. щелочи было достаточно для полного омыления пектинов. Далее раствор из колбы переносят в стакан и добавляют 8,0 г катионита КУ-1 в Н⁺-форме, раствор с катионитом оставляют на 1 ч при комнатной температуре, периодически перемешивают раствор. Далее из анализируемого раствора с помощью бюретки ведут аликвоту 40 мл, вносят в стакан для титрования, добавляют 5 мл 1М раствора натрия хлорида, 1 каплю 0,01 М раствора ацетата меди, титруют 0,0392 н. раствором гидроксида кальция на иономере марки И-135.

Навеска цитрусового пектина составила 0,1572 г. Точку эквивалентности определяли дифференциальным методом так же, как это описано в примере 1. Объем титранта - гидроксида кальция, в точке эквивалентности составил 7,5 мл.

Количественное содержание цитрусового пектина:

X = = 82,29 % .

П р и м е р 3. Около 0,1500 г яблочного пектина, взвешенного с точностью 0,0002 г, растворяют в стакане с примерно 70 мл дистиллированной воды с помощью магнитной мешалки. К полученному раствору пектина добавляют 9 мл примерно 0,1 н. (0,0835 н. ) раствора КОН, полученный раствор переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл, доводят водой до метки. Раствор оставляют для омыления пектинов на ночь. Затем универсальный индикаторной бумагой проверяют рН раствора, рН составил примерно 8, т. е. щелочи было достаточно для полного омыления пектинов. Далее раствор из колбы переносят в стакан и добавляют 8,0 г катионита КУ-1 в Н⁺-форме, раствор с катионитом оставляют на 1 ч при комнатной температуре, периодически перемешивают раствор. Далее из анализируемого раствора с помощью бюретки ведут берут аликвоту 40 мл, вносят в стакан для титрования, добавляют 5 мл 1М раствора натрия хлорида, 1 каплю 0,01М раствора титана меди, титруют 0,0392 н. раствором гидроксида кальция на иономере И-135.

Навеска яблочного пектина составила 0,1571 г. Точку аквивалентности определяли дифференциальным методом так же, как это описано в примере 1. Объем титранта - гидроксида кальция, в точке эквивалентности составил 6,3 мл.

Количественное содержание яблочного пектина:

X = = 74,66 % . (56) Филиппов М. П. и др. Зависимость холоднометрической реакции галактуроновой кислоты и нейтральных моносахаридов с карбазолом от условий ее проведения. - Ж. Известия А. Н. Молд. ССР. Серия биологических и химических наук, Кишинев, 1976, N 1, с. 75-80.

Шелухина Н. П. и др. Галактуроновая кислота, методы ее получения и определения. ИЛим. г. Фрунзе, 1972, с. 20.