摘 要：大麻纤维成分含量测试方法主要参考GB/T5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》,由于纤维性能和成分存在差异,导致测试结果不准确。针对该问题对果胶和水溶物两种成分测试方法进行优化改进,减少由于水溶性果胶造成的水溶物含量偏高、果胶含量偏低的问题。结论如下:采用沉淀法一步提取果胶和水溶物,可同时获得水溶性与不溶性果胶的总含量以及水溶物含量,两种成分测量结果更加准确。此方法简化了整个测试系统,缩短了试验时间。经优化确定的最佳提取条件为:提取浴比1∶24,提取时间1h。验证试验结果显示,同一批麻样的CV值均小于10%,表明该方法准确可靠,具有良好的稳定性和重现性。
关键词：大麻纤维;果胶;水溶物;沉淀法;定量分析;浴比;提取时间
成分含量是评定大麻纤维性能和决定大麻纺纱加工参数的重要依据。目前没有专门针对大麻纤维化学成分定量分析方法的国家标准,大麻纤维成分含量的测试方法多参考GB/T5889—1986《苎麻化学成分定量分析方法》。此测试方法系1986年制订,操作和测试方法已经相对落后,而且与苎麻相比,大麻纤维性能和成分有较大的差异,采用苎麻分析方法会导致大麻成分含量测试结果不准确,给大麻纤维的性能评判带来一定障碍,从而无法准确评价原麻或者精干麻的质量。
大麻纤维非纤维素胶质成分中,果胶与水溶物含量占据一定比例。果胶类物质主要由半乳糖醛酸、聚木半乳糖醛酸、聚鼠李半乳糖醛酸和其他少量多糖伴生结合在一起形成[1]。果胶一般分为不溶性果胶与水溶性果胶[2]。不溶性果胶有果胶酸盐,水溶性果胶主要是果胶酸、果胶酸酯[3]。不溶性果胶的提取可以采用钙离子螯合剂,主要有草酸铵和乙二胺四乙酸(EDTA)[4-5],在GB/T5889—1986中使用的就是草酸铵溶液。水溶物一般指溶解于热水中的物质,其中有部分无机盐类、色素、单宁、部分多糖类物质、黄酮、植物碱等,其都可在热水中降解,称为水溶物[6-7]。
在苎麻标准中,先测水溶物含量会存在水溶性果胶同时水解的问题,导致水溶物含量偏高和果胶含量偏低。鉴于这种情况下无法完全独立测试水溶物和果胶含量,可以将它们结合在同一步骤中进行测定,即同时提取果胶和水溶物,减去果胶的含量就是水溶物的含量。本文参考沉淀法[8-12],通过一步沉淀测定大麻纤维中果胶和水溶物含量,并与GB/T5889—1986中的草酸铵提取法进行对比,证实将果胶和水溶物含量合并测定的可能性及准确性。
1 试验
1.1 试验原料、试剂与仪器
原料:6种大麻,分别为河南信阳固始工业大麻原麻、云南大麻原麻、黑龙江大麻梳成麻、庆大麻打成麻、皖大麻原麻及皖麻1号原麻。
试剂:冰乙酸,分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司制;氢氧化钠、碳酸钠、氯化钙,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司制。
仪器:高速粉碎机(r>25000r/min),电子分析天平(精确度0.0001g),COD型恒温加热器,恒温干燥箱,干燥器,SHZ-D型循环水真空泵。
1.2 大麻果胶与水溶物含量测试方法
工艺流程:大麻原麻经脂蜡质提取、果胶与水溶物提取,沉淀果胶后用失重法测试果胶与水溶物的总含量,用沉淀法测试果胶含量,经计算得到水溶物含量。
具体试验步骤如下。
1.2.1 试样整理
用高速粉碎机将大麻原麻粉碎2min,取5g重的试样3个(平行样)。用已知干燥质量的500目尼龙筛绢(m0)包裹试样,放入105℃干燥箱中烘至恒重。试样取出迅速放于干燥器中冷却30min,精确称重并记录为m1。
1.2.2 脂蜡质提取
将试样放入索式提取器内,在平底烧瓶中加入150mL正己烷,在恒温下进行提取,控制回流速度为4~6次/h。从提取液开始滴落起计时,提取3h。
1.2.3 果胶和水溶物的提取
将提取脂蜡质后的试样放入105℃干燥箱中烘至恒重,取出迅速放入干燥器中冷却30min,精确称重并记录为m2。将试样分别放入COD加热管中,加入120mLNa2CO3-NaOH溶液(Na2CO3质量分数为2%,NaOH质量分数为0.16%)。装好配套冷凝器,沸煮1h后取出试样,充分挤干,每次用10mL蒸馏水进行冲洗,共4次。合并洗液和提取液,全部转移至250mL烧杯中。将洗净后的试样在105℃干燥箱中烘至恒重,取出,迅速放于干燥器中冷却30min,精确称重并记录为m3。
1.2.4 果胶沉淀
在装有果胶和水溶物提取液的烧杯中缓慢加入4mL冰乙酸,不断搅拌,静置5min。再缓慢加入4mL质量分数为25%的CaCl2溶液,不断搅拌,混合均匀。将烧杯放在电加热台上,在搅拌的条件下加热至沸腾,冷却10min后抽滤。每次用10mL质量分数为0.1%的醋酸溶液冲洗沉淀,共3到4次。抽滤结束后取下滤纸(已知干燥质量为m4),将其放入105℃干燥箱中烘至恒重后取出,迅速放于干燥器中冷却30min,精确称重并记录为m5。
1.3 果胶和水溶物含量计算
果胶含量W1计算见式(1),式中0.9235为果胶酸钙与果胶酸的换算系数[12]。
式中:W1———试样的果胶含量,%;
m0———筛绢的干燥质量,g;
m1———抽取脂腊质前试样与筛绢的总质量,g;
m4———滤纸的干燥质量,g;
m5———滤纸与沉淀的总质量,g。
水溶物含量W2的计算见式(2):
式中:W2———试样的水溶物质量分数,%;
m2———抽取脂蜡质后试样和筛绢的总干燥质量,g;
m3———抽取果胶和水溶物后试样和筛绢的总干燥质量,g。
2 结果与讨论
2.1 提取浴比的确定
要同时提取果胶和水溶物,需要适当提高提取浴比,以保证提取完全。本试验分别选定浴比为1∶12、1∶18、1∶24、1∶30来提取果胶和水溶物,提取液体积对应为60、90、120、150mL。得到的果胶与水溶物总质量分数见图1。
图1 不同浴比提取果胶和水溶物总质量分数
由图1所示,随着提取浴比增大,果胶与水溶物提取量也在提高。浴比为1∶18时,果胶和水溶物的提取量基本达到最大水平,但是考虑到90mL的提取液可能不能完全充分浸没试样,最终选用浴比1∶24、体积120mL的提取液进行试验。
2.2 提取时间的确定
确定了提取浴比后,需要确定多长时间内果胶及水溶物可以提取完全,使得果胶及水溶物含量测定更为准确。本试验选取提取时间分别为30、60、90、120min,测定的果胶及水溶物总质量分数见图2。
图2 不同提取时间果胶和水溶物总质量分数
由图2可知,延长提取时间有利于果胶与水溶物的提取。提取时间为60min时基本可以将果胶和水溶物提取完全,60min以后果胶和水溶物含量变化趋于平缓。为节省时间、提高提取效率,最终确定果胶和水溶物的提取时间为60min。
2.3 一步沉淀法与GB/T5889—1986标准方法对比
确定果胶与水溶物的最佳提取工艺后,本文将一步沉淀法与GB/T5889—1986标准方法进行对比,一个试样平行测试3次。GB/T5889—1986标准方法水溶物质量分数为12.38%、13.57%、13.50%,平均值为13.15%,CV值为5.08;果胶质量分数为6.12%、5.59%、5.31%,平均值为5.67%,CV值为7.25。一步沉淀法测试水溶物质量分数为11.84%、12.15%、11.09%,平均值为11.69%,CV值为4.66;果胶质量分数为7.40%、6.86%、7.18%,平均值为7.15%,CV值为3.80。可以得出,采用一步沉淀法测得的果胶含量高于GB/T5889—1986标准方法,因为其中包含了水溶性果胶的含量。两种方法测得的果胶和水溶物的总含量十分接近,说明一步沉淀法可以同时将果胶和水溶物提取完全。沉淀法可一步提取果胶和水溶物,获得水溶性果胶和不溶性果胶的总含量,使果胶检测结果更加准确,同时也得到了水溶物含量。所以选择果胶沉淀法同时测定果胶和水溶物含量,简化了整个试验系统的复杂性,大大缩短了试验时间。经优化后确定的最佳提取条件为:提取浴比1∶24,提取时间1h。
2.4 稳定性分析
在确定果胶与水溶物提取试验方案和各项参数后,为验证试验方法的准确性和稳定性,对来自5个地区的6个大麻品种进行大麻果胶和水溶物含量的验证试验,并选择3家实验室对同一批麻样进行测试。每个试样平行测试3次,其结果分别见表1、2。
表1 不同品种麻样水溶物、果胶含量测试结果 单位:%
表2 不同实验室大麻成分含量测试结果 单位:%
由表1和表2试验数据可知,使用不同产地、不同种类的大麻原料,以及选择3个不同实验室进行测定,果胶和水溶物含量的CV值均在10%以下。结果表明这种方法准确可靠,具有良好的稳定性和重现性。
3 结语
本文采用果胶沉淀法可以一步提取果胶和水溶物,同时获得水溶性与不溶性果胶的总含量以及水溶物含量,两种成分测量结果更加准确。该方法简化了整个测试系统的复杂性,大大缩短了试验时间。经试验优化确定的果胶与水溶物的最佳提取条件为:提取浴比1∶24,提取时间1h。
对来自5个地区的6个大麻品种进行大麻果胶和水溶物含量的验证试验,并选择3家实验室对同一批麻样进行测试,结果CV值均在10%以下,证明了该方法准确可靠,具有良好的稳定性和重现性。
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文章摘自：秦煜,李娴,郁崇文.一步沉淀法测定大麻纤维果胶与水溶物含量[J].上海纺织科技,2025,53(03):84-86+94-95.
