Методи кількісного та якісного аналізу вуглеводів у сільськогосподарських рослинах

Аналіз вуглеводного складу рослин необхідний для оцінки поживності кормів, прогнозування лежкості овочів і контролю дозрівання культур. Різні групи вуглеводів — від простих цукрів до структурної целюлози та лігніну — потребують специфічних підходів у лабораторії. Точні дані допомагають агроному вчасно скоригувати технологію вирощування, строки збирання врожаю та режими зберігання продукції.

Аналіз простих цукрів і пектинів

Визначення простих (редукуючих) цукрів ґрунтується на їхній здатності легко окислюватися та відновлювати інші сполуки. У лабораторній практиці для цього найчастіше використовують рідину Фелінга — лужну суміш мідного купоросу із сегнетову сіллю. Завдяки присутності сегнетової солі гідроксид міді в лужному середовищі не випадає в осад, утворюючи комплексну сполуку. Реактив окислює альдегідні та кетонні групи цукрів, у результаті чого утворюється осад закису міді.

Кількість закису міді, що утворився, за якою судять про концентрацію цукру в пробі, визначають об'ємним способом:

1. На осад закису міді діють сірчанокислим окисним залізом або залізоамонієвими галунами в кислому розчині, переводячи мідь в окисну форму і відновлюючи залізо.
2. Кількість двовалентного заліза, що утворилося, визначають титруванням перманганатом калію в кислому середовищі.

Для швидкого визначення загальної кількості всіх розчинних цукрів зручно використовувати експрес-метод на основі кольорової реакції з фенолом. Він містить такі послідовні етапи:

1. Вилучення розчинних цукрів із рослинного матеріалу етиловим спиртом.
2. Видалення спирту випаровуванням і подальше розчинення сухого залишку цукрів у воді.
3. Додавання до водного розчину фенолу та концентрованої сірчаної кислоти для забарвлення суміші в жовто-помаранчевий колір.
4. Визначення інтенсивності забарвлення розчину на фотоелектроколориметрі або спектрофотометрі.

Точний якісний і кількісний аналіз окремих цукрів проводять методами газорідинної, іонообмінної або рідинної хроматографії. Також кількісні визначення виконують методом іонометрії за допомогою високоселективних ферментних електродів.

Для аналізу пектинових речовин використовують об'ємний метод, який складається з трьох етапів:

• Екстрагування: водорозчинні речовини вилучають водою, нерозчинні — соляною кислотою і лимоннокислим амонієм.
• Осадження: після омилення пектинові речовини осаджують із розчину у вигляді мідних комплексів.
• Аналіз: вміст пектинових речовин розраховують за кількістю зв'язаної міді, яку визначають об'ємним методом.

Методи визначення крохмалю та структурних вуглеводів

Методи аналізу крохмалю базуються на його ферментативному або кислотному розщепленні до глюкози, або на оцінці інтенсивності забарвлення крохмаль-йодного комплексу. У лабораторній практиці найбільш поширені три підходи.

Перший підхід — метод кислотного гідролізу з попереднім вилученням крохмалю. Він містить такі етапи:

1. Екстракція крохмалю з рослинного матеріалу хлорною кислотою та його осадження у вигляді йодного комплексу.
2. Хімічне розкладання йодного комплексу, що утворився.
3. Гідроліз вивільненого крохмалю до глюкози.
4. Визначення кількості отриманої глюкози об'ємним методом із рідиною Фелінга та подальший розрахунок вмісту крохмалю.

При використанні другого (об'ємного) методу крохмаль переводять у розчин шляхом нагрівання в розчині нітрату кальцію і осаджують у вигляді йодного комплексу. Далі проводять такі реакції:

1. Окислення крохмалю в кислому середовищі біхроматом калію до діоксиду вуглецю та води.
2. Руйнування надлишку біхромату калію додаванням йодистого калію.
3. Титрування йоду, що виділився, гіпосульфітом.
4. Обчислення вмісту крохмалю за кількістю прореагованого титранту.

Колориметричний метод аналізу крохмалю включає такі кроки:

1. Розчинення крохмалю в гарячому розчині нітрату кальцію.
2. Осадження йодом у присутності йодистого калію та нітрату кальцію до утворення темно-синьої сполуки.
3. Розчинення отриманого осаду в розчині їдкого натру.
4. Розбавлення суміші водою до певного об'єму.
5. Проведення кольорової реакції з йодом у кислому середовищі.
6. Вимірювання оптичної густини розчину та розрахунок концентрації за графіком.

• Концентрація нітрату кальцію для розчинення — 80 %
• Вміст йоду в крохмальному комплексі — 14–16 %
• Довжина хвиль для колориметрії — 580–610 нм

Геміцелюлоза. Аналіз цього полісахариду будується на кількісному визначенні редукуючих цукрів, що утворюються після кислотного або лужного гідролізу рослинної тканини. Розрахунок ведуть із використанням спеціальних перевідних коефіцієнтів.

Целюлоза. Вміст клітковини визначають ваговим методом. Для цього проводять гідроліз усіх легкорозчинних вуглеводів проби, після чого висушують і зважують негідролізований залишок.

Лігнін. Речовину відокремлюють від інших компонентів рослинних тканин шляхом хімічного обробітку. Процедура очищення включає послідовну дію на наважку селективними реактивами для видалення супутніх вуглеводів та білків.

• обробіток 1 %-ою оцтовою кислотою для видалення цукрів та органічних кислот;
• обробіток ацетоном або сумішшю етилового спирту та ефіру (1:1) для видалення хлорофілу, ліпідів та смол;
• обробіток 72%-ою сірчаною кислотою для видалення целюлози та геміцелюлози;
• промивання залишку дистильованою водою;
• окиснення препарату лігніну біхроматом калію у присутності сірчаної кислоти;
• визначення надлишку біхромату калію титруванням сіллю Мора або йодометричним методом.