CN104458610A

CN104458610A - 一种超声辅助测定水溶性食品级羧甲基纤维素钠取代度的方法

Info

Publication number: CN104458610A
Application number: CN201410696311.6A
Authority: CN
Inventors: 叶君; 熊犍
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明提供一种超声辅助测定水溶性食品级羧甲基纤维素钠取代度的方法。该方法包括：称取样品，溶于高纯水中，样品与高纯水的用量比为1克：100-500毫升，间歇超声处理，超声处理频率为15～104 kHz，功率密度为0.1～1.5 kW/m³，得到均匀的溶液，将得到均匀的溶液在容量瓶中定容，得到溶液；所述超声处理时间为1～10分钟；所述间歇的时间为0.5～5分钟；使用现代测试仪器测试溶液的钠离子浓度，得到样品钠离子百分含量C，按照公式：DS=162*C/(23-80*C) 计算样品的取代度（DS）。本发明具有省时，操作简单、方便、测定范围宽，数据误差小的特点。

Description

一种超声辅助测定水溶性食品级羧甲基纤维素钠取代度的方法

技术领域

本发明涉及羧甲基纤维素钠取代度的方法，具体涉及一种超声辅助测定水溶性食品级羧甲基纤维素钠取代度的方法。

背景技术

羧甲基羧甲基纤维素钠( CMC)是纤维素与氯乙酸在碱性条件下发生醚化反应得到的一种重要的精细化工产品。国家标准GB2760-2007将其列为：可在各类食品中按生产需要适量使用的添加剂名单（A3，53），是营养、安全、健康的食品添加剂。在食品中作为添加剂使用，具有增稠、悬浮、乳化、稳定、保形、成膜、膨化、防腐保鲜、耐酸和保健等多种功能，同时由于CMC的价格较明胶、琼脂、海藻酸钠等食品胶便宜，因此被广泛应用于现代食品工业的饮料、奶制品、冰淇淋、酱油、果冻、果酱、方便面等食品中。

CMC的技术指标主要有取代度、纯度、含水量及其水溶液的黏度、pH等。其中取代度是最关键的指标，决定了CMC的性能和应用范围。CMC的取代度（DS）是指每个纤维素大分子葡萄糖残基环上的羟基上的氢被羧甲基所取代的平均数目。

已有CMC取代度（DS）的测定方法主要有灰化法、酸洗法、分光光度法、铜盐沉淀法、气液色谱法。

灰化法测定CMC取代度是：将纯的样品，缓慢加热，并逐渐升温至700 ℃ ，灼烧3 h ，使样品完全灰化，转化为Na₂O。以定量的HCl标准溶液溶解灰化物，再用氢氧化钠标准溶液滴定过量的盐酸，甲基红为指示剂。升温速率要慢，时间长，方法经典，是各种改进方法是否准确的参照。

非水滴定测定CMC取代度是：在纯样品加入50-100倍的冰醋酸，10-20倍乙酸酐，100℃，45分钟，冷却用高氯酸标准溶液，甲基紫做指示剂。现在已经不用。

酸洗法测定CMC取代度是：在干燥的纯样品加入3-5倍的95%的乙醇，加1-1.5倍硝酸，搅拌2分钟，加热煮沸5分钟，停止加热，搅拌10-15分钟，用10-30倍的95%的乙醇沉淀，用60℃的80%的乙醇洗涤沉淀4-8次，直到无硝酸盐存在。用甲醇洗涤，风干除甲醇，105℃干燥3小时，称取0.5克测定硫酸盐灰分，当大于0.5%时重复操作直到灰分小于0.5%，取1-1.5克样溶于氢氧化钠标准溶液中，用酚酞做指示剂，用标准盐酸滴定，计算取代度DS；该方法理论终点pH值约为8. 2，采用酚酞作指示剂时，溶液从浅粉色变为无色的变色不够敏锐，滴定终点不容易掌握。改进方法有：电位滴定法和红外光谱法。用电位滴定法，以玻璃电极为指示电极，甘汞电极作参比电极，由酸度计测定溶液的pH值，二级微商法确定滴定终点，则比指示剂法准确，可以提高实验的精密度和准确性；用红外光谱法进行测定DS，比滴定法具有用量少（从1-1.5克降3-5毫克），时间短的特点。

分光光度法测定CMC取代度是：在100℃的浓H₂SO₄ 中可以定量地释放甲醛，甲醛与J酸作用生成显色染料，其溶液的吸光度服从朗伯— 比尔定律。按照甲醛的测定方法，使用铬变酸( 4, 5-二羟基-2, 7-萘二磺酸)代替J酸作为显色剂，在570 nm波长处测定吸光度，可以得到同样的实验结果。铬变酸法的测定步骤与J酸法基本相同，只是加热时间减至0. 5 h，显色后溶液为***。铬变酸法的优点是形成的有色染料较J酸法稳定，分析时间较短。

铜盐沉淀法测定CMC取代度是：在CM C溶液中加入定量的CuSO₄ 溶液，反应生成羧甲基纤维素铜沉淀，过滤，除去沉淀，滤液中过量的铜用EDTA标准溶液滴定，同时用EDTA标准溶液滴定一定体积的CuSO₄溶液。由滴定CuSO₄ 溶液与滤液消耗的EDT A体积之差，可求出与CMS反应的铜含量，进而求出取代度DS。

气液色谱法是CMC先与1-乙基-3-( 3-二甲胺丙基) -碳化二亚胺( EDC)充分反应，继而与NaBH₄ 反应得到羟乙基化还原产物HCMC， HCMC于100℃用甲酸水解，残渣溶于三氟乙酸中，再用NaBH₄ 还原，还原液经乙酰化试剂(乙酸酐∶吡啶= 1∶ 1)反应得到系列单糖的衍生物，将其溶解于氯仿中，使用氢火焰离子化检测器，以程序升温进行气液色谱分析，以测定出CMC的取代度DS。

上述方法存在操作步骤冗长、费时，需用多种化学试剂，灵敏度低而且有干扰，本发明一种测定水溶性食品级羧甲基纤维素钠取代度的方法，具有减少试剂、省时、操作简单、方便，数据有精密度和准确度高、稳定的特点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种成本低、效率高、操作简单、方便，数据精密度和准确度高、稳定的超声辅助测定羧甲基纤维素钠取代度的方法。

本发明技术方案如下。

一种超声辅助测定水溶性食品级羧甲基纤维素钠取代度的方法，包括如下步骤：

第一步准确称取样品，溶于高纯水中，样品与高纯水的用量比为1克：100-500毫升，间歇超声处理，超声处理频率为15～104 kHz，功率密度为0.1～1.5 kW/m³，得到均匀的溶液，将得到均匀的溶液在容量瓶中定容，得到溶液；所述超声处理时间为1～10分钟；所述间歇的时间为0.5～5分钟，间歇次数为2～5；

第二步取第一步得到的溶液，使用现代测试仪器测试溶液的钠离子浓度，得到样品钠离子质量百分含量C，按照公式：

DS=162* C/(23-80*C) ，

计算样品的取代度（DS）。

上述方法中，第一步中，所述样品为：水溶性食品级羧甲基纤维素钠，其取代度：0.76—1.10，纯度大于99.5%；所使用高纯水是检测指标达到或高于为中国国家实验室分析用水标准（GB6682-92）《分析实验室用水规格和实验方法》1级水指标；在超声前，充入惰性气体饱和溶液，所述惰性气体是高纯氮气、氦气或氩气。

上述方法中，所使用容器为公认的方法清洗后的无钠和钾溶出的器皿。

上述方法中，所述现代测试仪器?是火?焰?原?子?吸?收?分?光?光?度?计，测试溶液的钠离子浓度按照国标GB11904方法进行。

本发明提高了样品的溶解速率和溶解均匀性，缩短检测时间，提高检测准确度。

本发明利用超声辅助溶解，利用原子吸收光谱测定钠离子，避免现有方法存在操作步骤冗长、费时，需用多种化学试剂，灵敏度低而且有干扰的特点。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、羧甲基纤维素钠取代度数据精密度和准确度高、稳定；

2、使用试剂少、省时、操作简单、方便；

3、由于使用原子吸收光谱技术，性价比较高；

4、设备维护及操作简单、方便；

5、使用超声辅助与不使用超声，测试时间能缩短1/3以上。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施做进一步地详细说明，但本发明的实施和保护范围不限于此，以下若有未特别注明的工艺参数，本领域技术人员可参照常规技术进行。

发明人对本发明进行了深入地创造性研究和试验，下面列举五个实施例。以下实例所用原料及测试标准与前述发明内容一致。

实施例1

第一步准确称取羧甲基纤维素钠样品（食品级，灰化法取代度：0.76，纯度大于99.5%），0.5000克，溶于90克高纯水中，充入高纯氮气饱和溶液间歇超声处理10分钟，间歇超声处理2次，每次5分钟，超声处理频率为104 kHz，功率密度为1.5 kW/m³，溶液定容到100毫升的容量瓶中；

第二步用火?焰?原?子?吸?收?分?光?光?度?计测试第一步得到的溶液钠离子的质量百分比含量C，三次平均值为7.85%，按照公式计算：

DS=162* C/(23-80*C)=0.76，

羧甲基纤维素钠的取代度（DS）与灰化法无显著性差异。在同样的时间，只用高纯水，没有其它试剂，其它方法完成取代度测定。

实施例2

第一步准确称取羧甲基纤维素钠样品（食品级，灰化法取代度：1.10，纯度大于99.5%）0.200克，溶于90克高纯水中，每次超声前，高纯氩气饱和，间歇超声处理5次，每次0.5分钟，超声处理频率为15 kHz，功率密度为0.1 kW/m³；溶液定容到100毫升的聚乙烯的容量瓶中；

第二步用火?焰?原?子?吸?收?分?光?光?度?计测试第一步得到的溶液钠离子的质量百分比含量C，三次平均值为10.12%，按照公式计算：

DS=162* C/(23-80*C)=1.10，

实施例3

第一步准确称取羧甲基纤维素钠样品（食品级，灰化法取代度：0.85，纯度大于99.5%）0.4500克，溶于90克高纯水中，每次超声前，高纯氦气饱和，间歇超声处理4次，每次2.5分钟，超声处理频率为75kHz，功率密度为1.0 kW/m³；溶液定容到100毫升的容量瓶中；

第二步用火?焰?原?子?吸?收?分?光?光?度?计测试第一步得到的溶液钠离子的质量百分比含量C，三次平均值为8.57%，按照公式计算：

DS=162* C/(23-80*C)=0.86，

实施例4

第一步准确称取羧甲基纤维素钠样品（食品级，灰化法取代度：0.80，纯度大于99.5%）0.3000克，溶于90克高纯水中，每次超声前，高纯氮气饱和，间歇超声处理3次，每次4分钟，超声处理频率的为35 kHz，功率密度为0.8kW/m³；溶液定容到100毫升的容量瓶中；

第二步用火?焰?原?子?吸?收?分?光?光?度?计测试第一步得到的溶液钠离子的质量百分比含量C，三次平均值为8.14%，按照公式计算：

DS=162* C/(23-80*C)=0.80，

实施例5

第一步准确称取羧甲基纤维素钠样品（食品级，灰化法取代度：0.89，纯度大于99.5%）0.4000克，溶于90克高纯水中，每次超声前，高纯氮气饱和，间歇超声处理4次，每次2.5分钟，超声处理频率为35kHz，功率密度为1.0 kW/m³；溶液定容到100毫升的容量瓶中；

第二步用火?焰?原?子?吸?收?分?光?光?度?计测试第一步得到的溶液钠离子的质量百分比含量C，三次平均值为8.85%，按照公式计算：

DS=162* C/(23-80*C)=0.90，

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。此处无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种超声辅助测定水溶性食品级羧甲基纤维素钠取代度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步准确称取样品，溶于高纯水中，样品与高纯水的用量比为1克：100-500毫升，间歇超声处理，超声处理频率为15～104 kHz，功率密度为0.1～1.5 kW/m³，得到均匀的溶液，将均匀的溶液在容量瓶中定容，得到溶液；每次超声处理时间为1～10分钟；所述间歇的时间为0.5～5分钟，间歇次数为2～5；

DS=162* C/(23-80*C)，

计算样品的取代度DS。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步中，所述样品为：水溶性食品级羧甲基纤维素钠，其取代度：0.76—1.10，纯度大于99.5%；所使用高纯水的检测指标达到或高于为中国国家实验室分析用水标准（GB6682-92）《分析实验室用水规格和实验方法》1级水指标；在超声前，充入惰性气体饱和溶液，所述惰性气体是高纯氮气、氦气或氩气。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所使用容器为经清洗后的无钠和钾溶出的器皿。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述现代测试仪器?是火?焰?原?子?吸?收?分?光?光?度?计，测试溶液的钠离子浓度按照国标GB11904方法进行。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提高样品的溶解速率和溶解均匀性，缩短检测时间，提高检测准确度。