孫 秀 艷, 韓 祥, 金 鳳 夑, 魚 紅 閃

( 大連工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

本實(shí)驗(yàn)室在前期工作中得到Absidiasp. O84s菌種所產(chǎn)的酶,此酶可水解麥冬多糖得到低聚合度的多糖,運(yùn)用黏度計(jì)法測定麥冬多糖和麥冬多糖酶解產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量。黏度法測定高分子溶液黏度實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單,操作便利,有相當(dāng)好的精確度,是表征聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的有效手段之一[1]。一定質(zhì)量濃度的多糖溶液,其黏度直接反應(yīng)相對(duì)分子質(zhì)量。在其他因素固定不變的情況下,多糖相對(duì)分子質(zhì)量越高,其溶液的黏度就越大；反之則越小[2]。本文利用Mark-Houwink經(jīng)驗(yàn)公式[η]=KMα計(jì)算多糖分子的平均相對(duì)分子質(zhì)量。作為一種測試高聚物分子質(zhì)量的重要手段,黏度法測定高聚物分子質(zhì)量在工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中的應(yīng)用也較廣泛[3-4]。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

麥冬,市售,浙江慈溪產(chǎn)；葡萄糖,天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心；右旋糖苷(葡聚糖),Sigma公司；麥冬多糖,實(shí)驗(yàn)室自制；麥冬多糖酶水解產(chǎn)物,實(shí)驗(yàn)室自制。數(shù)字式黏度計(jì) DV-1,上海尼潤。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 麥冬多糖的提取

本實(shí)驗(yàn)室采用水提醇沉法提取麥冬多糖。先將麥冬塊根在60 ℃烘干,粉碎成粗粉,取一定量的麥冬粉末,加入10倍體積量的水,煎煮3次,每次0.5 h,過濾,并合并濾液,70 ℃減壓濃縮至1∶1,再加入乙醇至體積分?jǐn)?shù)為80%,靜置析出沉淀,真空干燥并得到黃褐色或淡黃色的麥冬多糖粉末。

1.2.2 黏度法測定麥冬多糖和麥冬多糖酶水解產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量

1.2.2.1α值和K值的確定

在一定溫度下,高分子溶液的特性黏度[η]與高聚物分子質(zhì)量之間存在有以下經(jīng)驗(yàn)式：

[η]=KMα[5]

(1)

對(duì)某一高聚物-溶劑體系,公式中K,α是常數(shù)；M為黏均分子質(zhì)量。常見高聚物-溶劑體系的K,α值都可以從有關(guān)手冊(cè)中查到。

1.2.2.2 麥冬多糖和麥冬多糖酶水解產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量的測定

特性黏度[η]的定義為溶液質(zhì)量濃度無限稀釋情況下的增比比濃黏度(ηsp/ρ)或比濃對(duì)數(shù)相對(duì)黏度(lnηr/ρ)。

(2)

式中,ηr=η/η0(η,η0分別為溶液和純?nèi)軇┰谕粶囟认碌酿ざ?稱為相對(duì)黏度,當(dāng)用同一支黏度計(jì)來測定黏度時(shí),ηr≈t/t0(t,t0分別為一定體積的稀溶液及純?nèi)軇┯猛火ざ扔?jì)在同一溫度下測得的流出時(shí)間)；ηsp稱為增比黏度,其公式為：

ηsp=(η-η0)/η0=ηr-1

(3)

增比比濃黏度ηsp/ρ和比濃對(duì)數(shù)相對(duì)黏度lnηr/ρ與質(zhì)量濃度ρ呈線性關(guān)系。因此以ηsp/ρ對(duì)ρ或lnηr/ρ對(duì)ρ作圖可得兩條直線(見圖1)。按式(2)的定義,將ρ外推時(shí),兩條直線在ρ=0處,即縱軸上應(yīng)交于一點(diǎn)[6],通常是在ηsp/ρ對(duì)ρ的圖上,或lnηr/ρ對(duì)ρ的圖上來外推,此點(diǎn)的截距即是特性黏度[η],然后根據(jù)式(1)即可求出高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量。

1.2.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)量取溶劑30 mL純凈水,選用0號(hào)轉(zhuǎn)子,測定其黏度并定義為η0；

(2)選用純凈水溶解麥冬多糖粉末,配制成5種不同質(zhì)量濃度的麥冬多糖溶液,分別為ρ1,ρ2,ρ3,ρ4,ρ5；

(3)采用數(shù)字式黏度計(jì),在溫度為(20±0.02) ℃時(shí)測定對(duì)應(yīng)5種溶液的黏度,分別為η1,η2,η3,η4,η5；

(4)從上述的5個(gè)黏度值,可分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的5組相對(duì)黏度ηr；5組增比黏度ηsp,以及5組比濃黏度ηsp/ρ和5組比濃對(duì)數(shù)黏度lnηr/ρ；

(5)最后,采用外推法以ηsp/ρ或lnηr/ρ對(duì)溶液質(zhì)量濃度ρ作圖,當(dāng)溶液質(zhì)量濃度ρ無限稀釋至0時(shí),得到被測物質(zhì)的特性黏度[η],將[η]代入式[η]=KMα,便可計(jì)算出麥冬多糖的平均相對(duì)分子質(zhì)量。

其他物質(zhì)平均相對(duì)分子質(zhì)量的測定原理和方法同上。

2 結(jié)果與討論

2.1 α值的確定

α是與溶液、大分子化合物、溫度有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。查《物化手冊(cè)》可得6%的右旋糖苷的α值為0.7[7]。由于麥冬多糖的結(jié)構(gòu)與銀耳多糖相似,根據(jù)文獻(xiàn)[7],在溫度、溶劑不變的情況下,銀耳多糖與右旋糖苷都是單糖中等聚合度的聚合物(即結(jié)構(gòu)相似),因此在測定麥冬多糖的相對(duì)分子質(zhì)量時(shí)可以把α近似為0.7。

2.2 K值的確定

以水做溶劑用右旋糖苷(葡聚糖)標(biāo)定K值結(jié)果如表1所示。

表1 右旋糖苷溶液的黏度測定結(jié)果

以ηsp/ρ對(duì)溶液質(zhì)量濃度ρ作圖,由圖1用外推法得到被測物質(zhì)的特性黏度,[η]=1.479。已知右旋糖苷的相對(duì)分子質(zhì)量M=40 000,由式(1)得,K=8.88×10-4。

2.3 黏度法測定麥冬多糖相對(duì)分子質(zhì)量

根據(jù)Huggins公式,以ηsp/ρ對(duì)溶液ρ作圖,如圖2所示。由圖2得麥冬多糖的特性黏度[η]=2.118,代入[η]=KMα式得M=66 837.04。

按照“1.2.2.3”的方法，將麥冬多糖配制成5種不同濃度的溶液，采用黏度法并按照實(shí)驗(yàn)方法的步驟分別測定溶劑和上述5種不同濃度溶液的黏度，通過計(jì)算和外推法得到麥冬多糖的特性黏度[η]，便可求出麥冬多糖的平均相對(duì)分子質(zhì)量，結(jié)果如表2所示。

圖1 右旋糖苷溶液比濃黏度和質(zhì)量濃度的關(guān)系

表2 麥冬多糖溶液的黏度測定結(jié)果

圖2 麥冬多糖溶液比濃黏度和質(zhì)量濃度的關(guān)系

2.4 黏度法測定酶水解產(chǎn)物的平均相對(duì)分子質(zhì)量

按照“1.2.2.3”的方法,將酶反應(yīng)條件確定后的酶水解產(chǎn)物配制成5種不同質(zhì)量濃度的溶液,采用黏度法并按照實(shí)驗(yàn)方法的步驟分別測定溶劑(酶液)和上述5種不同質(zhì)量濃度溶液的黏度,通過計(jì)算和外推法得到酶反應(yīng)條件確定后的酶水解產(chǎn)物的特性黏度[η],便可求出上述酶水解產(chǎn)物的平均相對(duì)分子質(zhì)量,結(jié)果如表3所示。

根據(jù)Huggins公式,用上表黏度法算得的比濃黏度ηsp/ρ對(duì)質(zhì)量濃度ρ作圖,結(jié)果如圖3所示。

表3 麥冬多糖酶水解產(chǎn)物溶液的黏度測定結(jié)果

圖3 麥冬多糖本科水解產(chǎn)物溶液比濃黏度和質(zhì)量濃度的關(guān)系

圖3中,趨勢線采用外推法將直線外推至與Y軸的交點(diǎn)為0.014 65,即當(dāng)酶反應(yīng)條件確定后的酶水解產(chǎn)物溶液無限稀釋時(shí)的比濃黏度為0.014 65×102,即酶反應(yīng)條件確定后的酶水解產(chǎn)物溶液的特性黏度[η]=1.465。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)方程[η]=KMα,其中α=0.7,K=8.88×10-4,便可算出酶反應(yīng)條件確定后的酶水解產(chǎn)物的平均相對(duì)分子質(zhì)量M=39 474.5。

3 結(jié) 論

通過用黏度法對(duì)麥冬多糖及其酶解產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量的測定,確定麥冬多糖的相對(duì)分子質(zhì)量為66 836.5,降解后產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量為39 474.5,說明用黏度法測定多糖相對(duì)分子質(zhì)量的方法可行。同時(shí),通過實(shí)驗(yàn)得到的麥冬多糖降解產(chǎn)物的相對(duì)分子質(zhì)量,對(duì)今后開發(fā)應(yīng)用麥冬多糖降解產(chǎn)物提供了依據(jù)。在今后的實(shí)驗(yàn)中,還要對(duì)麥冬多糖酶解產(chǎn)物進(jìn)行大量制備,為麥冬多糖的酶解產(chǎn)物的繼續(xù)研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

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