第九节 果胶和单宁含量的测定

果胶和单宁是植物纤维原料化学成分中的少量组分。这些成分在一般植物纤维原料中含量很少，而在某些种类的植物纤维原料或某些部位，却含有相对较多的数量。这些物质在原料中虽然含量很少，但由于它们具有一些特殊的性质，因而对制浆造纸性能也产生一定的影响，所以测定它们的含量具有实际意义。通常果胶和单宁含量的测定方法均有化学法（容量法和质量法）与分光光度法两种，其测定方法的制定都是以它们所具有的特性为依据的。

果胶酸是聚半乳糖尾酸，它不溶于水。果胶酸羧基中的大部分被甲基酯化，一部分被中和成盐，使其变成部分可溶于水的物质，称为果胶质。果胶质是碳水化合物，它是一种相对分子质量在50000～300000之间的高分子聚合物。

果胶质主要存在于胞间层中，是细胞间的黏结物质；它也存在于细胞壁中，尤其是初生壁。

不同植物种类和部位，其果胶质含量不同：双子叶植物的初生壁和某些植物皮部（如麻、棉秆皮、桑皮、檀皮等）含果胶质较多；而针叶木及草类原料果胶质含量较少。通常单子叶植物的果胶含量仅为双子叶植物的10%。

测定果胶质含量的方法通常采用果胶酸钙质量法和分光光度法（又称甲氧基定量法）。质量法是采用氢氧化钠水解分离出的果胶，使成为可溶性的果胶酸盐，再用氯化钙沉淀为果胶酸钙。分光光度法是利用果胶分子中含有甲氧基（果胶质中的甲氧基含量一般为9%～12%），在一定条件下用氢氧化钠将其水解成甲醇，再用高锰酸钾将甲醇氧化为甲醛，使与品红二氧化硫试剂发生显色反应，用分光光度法可测得甲醇含量，根据甲醇含量即可求得果胶含量。这两种方法已列为国家标准测定方法（参见《GB/T 10742—2008造纸原料 果胶含量的测定》）。

单宁是指能与动物生皮内的蛋白质结合而成革的植物物质，又称植物鞣质。单宁是由多元酚的衍生物和含糖的物质组成的复杂化合物。单宁具有涩味，它是有色物质，在制浆造纸中与各种重金属盐可生成特殊颜色的沉淀，从而使纸浆颜色变深。

单宁广泛存在于植物中，一般在树皮中较多，而在木质部中较少。据测定，针叶木云杉、冷杉、落叶松等的树皮中含单宁5%～16%；阔叶木桦木、柳木的树皮中含单宁8%～12%；而其木质部的单宁含量则不足1%。

植物中单宁的含量依植物的生物学特征、年龄、发育阶段及栽培条件而不同，同一植物的不同部位所含的单宁量往往相差很多。因此，测定植物的单宁含量时，必须注意试样的采取方法。含单宁的样品如保藏方法不良、水分过多，或受霉菌的影响，往往会使单宁含量大大降低，高温及阳光亦能使单宁含量降低。

单宁具有以下特性：它可溶于水、乙醇和丙酮；但不溶于无水的有机溶剂如氯仿、苯、二硫化碳、醚及石油醚等；它还能被动物胶所沉淀。

单宁含量的测定方法有分光光度法和容量法两种。这些方法正是依据单宁的上述特性而制定的。例如，分光光度法是依据单宁不溶于苯、但可溶于乙醇的特性；容量法则除依据以上特性外，还依据单宁能被动物胶所沉淀的特性而制定的。

本节介绍果胶含量的测定方法（重量法和分光光度法）和单宁含量的测定方法（分光光度法和容量法）。

一、果胶含量的测定

标准GB/T 10742—2008提供了两种测定果胶含量的方法，即重量法与咔唑比色法，两种测定方法具有同等效力。本标准适用于各种造纸原料中果胶含量的测定。

（一）重量法

1.测定原理

用草酸铵溶液抽出原料中的果胶物质，再加入含有盐酸的乙醇溶液，使果胶从抽出液中分出，然后用稀氨水溶液溶解所得的果胶物质，再加入氢氧化钠使所有果胶物质皆被水解，变成可溶性的果胶酸盐，最后用氯化钙沉淀为果胶酸钙。以果胶酸钙的含量表示果胶物质的含量。

2.仪器

实验室常用仪器及以下仪器有：

a.电子天平，感量0.001g；b.索氏抽提器；c.500mL带回流冷凝器的锥形瓶；d.可调温电热板；e.烘箱，可调温度（105±2）℃。

3.试剂

① 除非另有说明，在分析中应使用确认为分析纯的试剂；

② 水，GB/T 6682，三级；

③ 苯醇混合液：量取33体积的乙醇和67体积的苯混合而成；

④ 1%草酸铵溶液，称取5g无水草酸铵溶于水中，再加水定容至500mL；

⑤ 0.5%草酸铵溶液，称取2.5g无水草酸铵溶于水中，再加水定容至500mL；

⑥ 氨水，NH₃H₂O，氨的水溶液，_ρ=0.9g/mL；

⑦ 含有盐酸的乙醇溶液：量取1000mL乙醇，加入11mL盐酸（_ρ=1.19g/mL），混合均匀；

⑧ 含有盐酸的乙醇洗涤液：量取1000mL乙醇，11mL盐酸（_ρ=1.19g/mL）及250mL水，混合均匀；

⑨ 0.1mol/L氢氧化钠溶液，称取4g氢氧化钠溶于水中，加水定容至1000mL；

⑩ 1mol/L乙酸溶液，量取29mL冰乙酸（99%～100%），加水定容至500mL；

⑪ 1mol/L氯化钙溶液，称取110g无水氧化钙溶于水中，加水定容至1000mL。

4.试验步骤

（1）试样的采取及处理

按GB/T 2677.1—1993的规定进行。

（2）试样的称取

准确称取1～3g（精确至0.001g）试样，准备两份平行试样。如果样品的果胶含量较高，则根据检测值对试样量进行调整，最低不能低于1g。同时，另称取试样测定水分。

（3）试样的净化

用定性滤纸包好试样，用线扎住，放入索氏抽提器中加入100mL苯醇混合液，置于沸水浴上抽提3h，去除干扰性杂质，将试样取出散开风干。

注：试验应在通风柜中进行，使用完的苯醇混合液可蒸馏提纯后重复使用。

（4）果胶物质的提取

将风干试样移入500mL锥形瓶中，加入100mL的1%草酸铵溶液，装上回流冷凝器，在沸水浴中加热3h，用倾泻法滤出提取液，尽量保留残渣于锥形瓶中，勿使其流入滤纸。再加100mL的0.5%草酸铵溶液于锥形瓶中装上回流冷凝器，重新置入沸水浴中，加热2h，使果胶物质分离提取，用上次所用滤纸滤出提取液，再用热水洗涤残渣及滤纸3次，合并两次所得滤液及洗液于500mL烧杯中。

（5）果胶物质的沉淀

将滤液置于可调温电热板上，垫上石棉网，控制温度使滤液不沸腾，蒸发浓缩至70～80mL，冷却后移入100mL容量瓶中，加水至刻度，摇匀。移取25mL此溶液于500mL烧杯中，然后在不断搅拌下，徐徐加入含有盐酸的乙醇溶液，静置过夜，过滤。并用约30mL含有盐酸的乙醇洗涤液分三次洗涤沉淀出的果胶物质。

（6）果胶物质的溶解

将过滤后所得沉淀连同滤纸放入一小烧杯中，倾入75mL热氨水溶液（75mL沸水与1.5mL氨水）于滤纸上，煮沸数分钟，过滤，再倾入少量热水于盛有滤纸的烧杯中，煮沸数分钟，过滤，如此重复2～3次，集所有的滤液于500mL烧杯中，加入100mL的0.1mol/L氢氧化钠溶液，用玻璃棒搅匀，静置12h。

（7）果胶酸钙的沉淀

在上述溶液中加入50mL的1mol/L乙酸溶液，搅匀静置5min后，加入50mL的1mol/L氯化钙溶液，搅匀静置1h后，煮沸5min，趁热用滤纸过滤，以热水洗涤，然后将带有沉淀的滤纸置于扁形称量瓶中，移入烘箱，于（105±2）℃烘干至恒重。滤纸在过滤前需称取其风干质量，并另取两份试样测定其水分，以计算滤纸的绝干质量。

注：所得沉淀在（105±2）℃条件下烘干4h后取出，然后在干燥器中冷却0.5h，称量后继续烘于1h，取出后在干燥器中冷却，称量。若两次质量之差小于0.1%，则视为恒重。

5.结果计算

原料中果胶的含量w_果胶（%）以测定的果胶酸钙的含量来表示，按式（2-28）计算结果：

式中 m——滤纸的绝干质量，g

m₁——烘干至恒重后沉淀连同滤纸的质量，g

m₀——试样的质量，g

w——试样的水分，%

取三次测定结果的平均值，精确至小数点后两位，三次测定值的相对标准偏差应不超过0.20%。若超过，则应加测一份试样，排除异常值后，取三次测定值的平均值作为报告值。

（二）咔唑比色法

1.原理

用草酸铵溶液抽提出原料中的果胶物质，再加入含有盐酸的乙醇溶液，使果胶物质从抽出液中分离出来。然后用稀氨水溶液溶解所得的果胶物质，在强酸中水解生成半乳糖醛酸，并与咔唑发生缩合反应，所得紫红色溶液可用于比色法测定。以半乳糖醛酸的含量表示果胶物质的含量。

2.仪器

实验室常用仪器及以下仪器：

a.电子天平，感量0.0001g；b.500mL带回流冷凝器的锥形瓶；c.可调温电热板；d.紫外可见分光光度计。

3.试剂

除非另有说明，在分析中应使用确认为分析纯的试剂。

水，按标准《GB/T 6682—2008分析实验室用水规格和试验方法》，三级；

1%草酸铵溶液，称取5g无水草酸铵溶于水中，再加水定容至500mL；

0.5%草酸铵溶液，称取2.5g无水草酸铵溶于水中，再加水定容至500mL；

氨水，NH₃H₂O，氨的水溶液，_ρ20=0.90g/mL；

含有盐酸的乙醇溶液：量取1000mL乙醇，加入11mL盐酸（_ρ20=1.19g/mL），混合均匀；

含有盐酸的乙醇洗涤液：量取1000mL乙醇，11mL盐酸（_ρ20=1.19g/mL）及250mL水，混合均匀；

1000mg/L半乳糖醛酸标准溶液：称取半乳糖醛酸0.1g（精确至0.0001g），溶于水中，加水定容至100mL；

0.15%咔唑无水乙醇，称取0.075g咔唑，溶于无水乙醇，并用无水乙醇定容至50mL；

浓硫酸，H₂SO₄，_ρ=1.84g/mL，质量分数是95%～98%。

4.试验步骤

（1）试样的采取及处理

按GB/T 2677.1—1993的规定进行。

（2）试样的称取

准确称取1g（精确至0.001g）试样，准备两份平行试样。如果样品的果胶含量较高，则根据检测值对试样量进行调整，称样量可减少至0.2g。同时另称取试样测定水分。

（3）果胶物质的提取

将试样放入500mL锥形瓶中，加入100mL的1%草酸铵溶液，装上回流冷凝器，在沸水浴中加热3h，用倾泻法滤出提取液，尽量保留残渣于锥形瓶中，勿使其流入滤纸。再加100mL的0.5%草酸铵溶液于锥形瓶中装上回流冷凝器，重新置入沸水浴中，加热2h，使果胶物质充分提取，用上次所用滤纸滤出提取液。再用热水洗涤残渣及滤纸3次，合并两次所得滤液及洗液于500mL烧杯中。

（4）果胶物质的沉淀

将滤液置于可调温电热板上，垫上石棉网，控制温度使滤液不沸腾，蒸发浓缩至约为70～80mL，冷却后移入100mL容量瓶中，加水至刻度，摇匀。移取25mL此溶液于500mL烧杯中，然后在不断搅拌下，徐徐加入90mL含有盐能的乙醇溶液，静置过夜，过滤，并用约30mL含有盐酸的乙醇洗涤液分3次洗涤沉淀出的果胶物质。

（5）果胶物质的溶解

将过滤后所得沉淀连同滤纸放入另一小烧杯中，倾75mL热氨水溶液（75mL沸水与1.5mL氨水混合而成）于滤纸上，煮沸数分钟，过滤，再倾入少量热水于盛有滤纸的烧杯中，煮沸数分钟，过滤，如此重复2～3次，集所有的滤液于500mL烧杯中，然后转移至250mL容量瓶中定容，得待测溶液。

（6）标准曲线的绘制

分别移取半乳糖醛酸标准溶液0mL、2mL、4mL、6mL、8mL、10mL于6个100mL容量瓶中，并用蒸馏水定容，得到系列标准溶液，其浓度分别是0mg/L、20mg/L、40mg/L、60mg/L、80mg/L、100mg/L，分别移取上述系列标准溶液1mL于6支比色管中，加8mL浓硫酸，摇匀，在75℃水浴中加热15min，取出后在冷水中冷却，加入0.2mL的0.15%咔唑无水乙醇溶液，摇匀，在室温下暗处显色2h，并在显色后30min内，在530nm波长下，用1cm比色皿，以空白溶液作参比，测定吸光度值，绘制吸光度—浓度标准曲线。

（7）果胶物质的测定

按（6）中标准溶液的显色方法进行显色，并测定。

5.结果计算

原料中果胶的含量w_果胶（%）以测定的半乳糖醛酸的含量来表示，按式（2-29）计算结果：

式中 w_果胶——果胶的含量（以半乳糖醛酸计），%

ρ——标准曲线上得出的半乳糖醛酸的浓度，mg/L

m——试样的质量，g

10——分子中mg单位换算为g，分母需要乘以1000 与百分比需要除以100 计算出来的

w——试样的水分，%

V——果胶溶于1000mL容量瓶中，即为1L，L

取三次测定结果的平均值，精确至小数点后两位，三次测定值的相对标准偏差不超过0.20%。若超过，则应加测一份试样，排除异常值后，取三次测定值的平均值作为报告值。

二、单宁含量的测定

（一）分光光度法

1.测定原理

依据单宁不溶于苯、可溶于乙醇的特性，试样先用苯抽提除去有机溶剂抽出物后，用乙醇处理将单宁溶解，采用分光光度计测定溶出液在波长500nm处的光密度（表示溶液的浓度），由标准曲线即可得到单宁的含量。

2.仪器

a.分光光度计；b.索氏抽出器；c.实验室常用仪器。

3.试剂

① 钨酸钠-磷钼酸试剂：取100g钨酸钠、20g磷钼酸及50mL 85%磷酸溶于750mL水中，于水浴上加热溶解（大约2h），冷后加水稀释至1000mL。

② 1mol/L Na₂CO₃溶液：称取106g无水碳酸钠，于1000mL水中，在70～80℃加热至溶解，放置过夜，用玻璃棉过滤后使用。

③ 标准单宁酸溶液：称取0.1g单宁酸，溶于1000mL水中。此溶液1mL含单宁酸0.1mg。使用前新配。

④ 苯。

⑤ 乙醇。

4.标准曲线的绘制

精确量取不同量标准单宁酸溶液于50mL容量瓶中（瓶中预先放好25mL水），加入2mL乙醇、5mL 1mol/L Na₂CO₃溶液及2.5mL钨酸钠-磷钼酸试剂，再加水冲稀至刻度，摇匀后在25℃水浴中放置30min。将此有色溶液倒入比色皿中，用分光光度计，以波长500nm（或红色滤光片）分别测定其光密度。以单宁含量（mg）为横坐标，光密度为纵坐标，绘制成标准曲线。

5.测定步骤

精确称取1g（称准至0.0001g）已磨细的试样（同时另称试样测定水分），用滤纸包好，用苯在索氏抽提器中抽提8h。而后将试样风干，将风干后的试样放入100mL具磨口玻塞的锥形瓶中，加入20mL乙醇，于沸水浴中加热回流1h。过滤于50mL干容量瓶中，用平头玻璃棒用力挤压瓶中的残渣，将挤出的抽提液也滤入同一容量瓶中，然后向锥形瓶中再加入20毫升乙醇，继续在沸水浴中抽提1h，再滤入同一容量瓶中，并用乙醇分次洗涤残渣，直至容量瓶刻度，摇匀，即为样品溶液。

用移液管吸取2mL样品溶液于50mL容量瓶中（瓶中预先放好25mL水），按上述绘制标准曲线的操作，进行分光光度法测定，记录其样品溶液的光密度，再根据标准曲线，求得样品中相当的单宁含量。

6.结果计算

原料中单宁含量w_单宁（%）按式（2-30）计算：

式中 m₁——根据标准曲线求得相当样品中的单宁含量，mg

m——风干试样质量，g

w——试样水分，%

2/50——试样处置后置于50mL容量瓶中，取2mL进行测试

分光光度法的再现性较好，准确度符合要求，但必须严格按规定条件进行。

（二）容量法

1.测定原理

依据单宁不溶于苯、可溶于乙醇和能为动物胶所沉淀的特性进行测定。试样经苯抽提和用乙醇溶出后，将溶解液用高锰酸钾标准溶液滴定（以靛红溶液为指示剂），测定出全部可被氧化物质的总量。然后，用动物胶、氯化钠溶液使单宁沉淀，再用高锰酸钾溶液滴定出除单宁以外的被氧化物质的量，根据其差值即可计算出单宁的含量。

2.仪器

① 索氏抽提器；

② 实验室常用仪器。

3.试剂

a.0.1mol/L H₂C₂O₄溶液：每1000mL含草酸6.3g；b.0.05mol/L KMnO₄标准溶液：溶解高锰酸钾1.33g于水中，稀释至1000mL，以0.1mol/L H₂C₂O₄标准溶液标定之，求得每毫升相当于草酸溶液的体积（mL）。标定方法为：吸取0.1mol/L H₂C₂O₄标准溶液25mL，加硫酸（1∶1）10mL，加热至80℃，用高锰酸钾溶液滴定；c.靛红溶液：每1000mL含靛红（不含靛蓝者）6g和浓硫酸50mL；d.动物胶溶液：浸动物胶25g于氯化钠饱和溶液中1h，加热至溶解，稀释至1000mL；e.氯化钠-硫酸溶液：以氯化钠饱和溶液975mL与浓硫酸25mL混合；f.高岭土粉末（或活性炭）；g.苯；h.乙醇。

4.测定步骤

精确称取1g（称准至0.0001g）已磨细的试样（同时另称取试样测定水分），用滤纸包好，用苯在索氏抽提器中抽提8h。而后将试样风干，放入100mL具磨口玻塞的锥形瓶中，加20mL乙醇，于沸水浴中加热1h。过滤于150mL烧杯中，用平头玻璃棒用力挤压瓶中残渣，将挤出的抽出液，也滤入烧杯中。然后再加20mL乙醇，继续在沸水浴中抽提1h。再滤入原盛抽提滤液之烧杯中，然后用乙醇分次洗涤残渣3～4次，将此抽提溶液在水浴上蒸干后，加80mL水，煮沸半小时，冷后移入100mL的容量瓶中，加水稀释至刻度（若溶液混浊，需过滤）。

用移液管吸取上层清液10mL于1000mL烧杯中，用移液管加靛红溶液25mL。再加水750mL，以0.05mol/L KMnO₄标准溶液滴定。进行时每次加少量，同时要不停搅动至得到淡绿色时，小心继续滴定至淡黄色，或边上有淡红色，此时所用0.05mol/L KMnO₄标准溶液的体积（mL）为V₁。

再用移液管吸取上述制备的试样溶液100mL与动物胶溶液50mL、氯化钠-硫酸溶液100mL、高岭土（或活性炭）10g混合，置于具磨口玻塞的锥形瓶中摇数分钟，静置澄清后，滤出清液。用移液管吸取滤液25mL（相当于原试样溶液10mL）与靛红溶液25mL及水约750mL，盛于1000mL烧杯中，用0.05mol/L KMnO₄标准溶液如上法滴定。此时所耗用的0.05mol/L KMnO₄标准溶液体积（mL）以V₂表示。

5.结果计算

原料中单宁的含量w_单宁（%）按式（2-31）计算：

式中 V₁——氧化所有可被氧化的物质所耗用的KMnO₄标准溶液量，mL

V₂——氧化单宁以外的物质所耗用的KMnO₄标准溶液量，mL

V_F——每毫升0.05mol/L KMnO₄标准溶液相当于0.1mol/L H₂C₂O₄溶液的量，mL/mL

m——风干样品质量，g

w——试样水分，%

0.004157——每毫升0.1mol/L H₂C₂O₄标准溶液相当的单宁质量，g/mL

10/100——试样处理后置于100mL容量瓶中，取10mL进行测试