聚戊糖是一种半纤维素,它是由木糖、阿拉伯糖等五碳糖构成的高聚物的混合物。阔叶材半纤维素中的聚戊糖含量比针叶材高,它以聚-O-乙酰基-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖为主。针叶材半纤维素中含有聚阿拉伯糖-4-O-甲基葡萄糖醛酸木糖,但量较少。麦秆、稻草、芦苇等禾本科植物的主要半纤维素是聚阿拉伯糖葡萄糖醛酸木糖。聚戊糖分子式是(C5H8O4)n,针叶材聚戊糖含量一般为7%~10%,阔叶材为12%~26%,禾本科植物为20%~28%。
1.测定原理
聚戊糖含量的测定不能采用直接方法测定,而是使用间接的方法测定的。间接测定的原理是将试样经酸水解,将聚戊糖水解为戊糖,随后戊糖脱水转化为糠醛,测定此糠醛的含量再换算成聚戊糖的含量。
(1)试样的蒸馏反应原理
试样与12%质量浓度的盐酸共沸,使试样中的聚戊糖水解生成戊糖,戊糖进—步脱水转化为糠醛,并将蒸馏出的糠醛经冷凝后收集于接收瓶中。反应式如下:
(C5H8O4)n + nH2O → n C5H10O5 → n C5H4O2

(2)溴化法测定糠醛含量的原理
蒸馏产生的糠醛的量,可采用溴化法进行测定。
溴化法是基于加入一定量溴化物与溴酸盐的混合液于糠醛馏出液中,溴即按下式析出,并与糠醛作用:
5KBr+ KBrO3 + 6HCl→3Br2 + 6KCl + 3H2O
与糠醛作用剩余的溴在加入过量的碘化钾后,立即析出碘,再用硫代硫酸钠标准溶液滴定析出的碘(以淀粉为指示剂),即可求得溴的实际消耗量,由此可计算出糠醛的含量。然后再计算出聚戊糖的含量。
其反应式如下:
3Br2 + 6KI→3I2+ 6KBr
3I2+ 6Na2S2O3→ 6NaI + 3Na2S4O6
溴与糠醛的反应因条件不同而异,通常分为二溴化法和四溴化法两种。可根据具体情况选择。
根据鲍维尔和维达克等人的研究,含糠醛的溶液在室温下与过量溴作用1 h,1摩尔的糠醛可与4.05摩尔的溴化合,称为四溴化法。反应式如下:

如温度在0~2℃作用5 min时,则1 mol糠醛将与2 mol溴化合,称为二溴化法。反应式如下:

二溴化法准确度较高,用已知糠醛含量的溶液作对比,测定误差在0.4%以内。试验还表明溴化时间延长到60 min,溴被进一步消耗的量亦很少。因此一般认为二溴化法较四溴化法准确度高。但四溴化法如能严格控制溴化温度在20~25℃,其准确度也不次于二溴化法。
2. 聚戊糖含量的测定(溴化法参见GB745-2003)
测定方法是使原料与12%盐酸溶液共同加热,以便其中聚戊糖转化为糠醛,并用溴化法测定蒸馏出来的糠醛。
(1)仪器
糠醛蒸馏装置(如图),其组成如下:圆底烧瓶(容量500 mL)、蛇形冷凝器、滴液漏斗(容量60 mL)、接收瓶(500mL、具有30 mL间隔刻度)、可控温电炉、可控温水浴锅、容量瓶(50 mL和500 mL)、具塞锥形瓶(500 mL和1000 mL)、移液管(25 mL和200 mL)、量筒(10 mL)、碱式滴定管(50 mL)、升降台。
(2)试剂
12%(质量分数)盐酸溶液、溴酸钠-溴化钠溶液、0.1 mol/L硫代硫酸钠标准溶液、乙酸苯胺溶液、1 mol/L氢氧化钠溶液、酚酞指示剂、碘化钾溶液、淀粉指示液、氯化钠(分析纯)。
3. 测定步骤
(1)糠醛的蒸馏
精确称取试样(试样中聚戊糖含量高于12%者称0.5 g,低于12%者称取1 g精确至0.0001 g),置入500 mL圆底烧瓶中。加入10 g氯化钠,再加入100 mL 10%的盐酸溶液。装上冷凝器和滴液漏斗,倒一定量的12%盐酸于滴液漏斗中。调节电炉温度,使圆底烧瓶内容物沸腾,并控制蒸馏速度为每10 min蒸馏出30 mL馏出液。此后每当蒸馏出30 mL,即从滴液漏斗中加入12%盐酸30 mL于烧瓶中。至总共蒸出300 mL馏出液时,用乙酸苯胺溶液检验糠醛是否蒸馏完全,为此,用一试管从冷凝器下端集取1 mL馏出液,加入1~2滴酚酞指示剂,滴入1 mol/L氢氧化钠溶液中和至恰显微红色,然后加入1 mL新配制的乙酸苯胺溶液,放置1 min后如显红色,则证实糠醛尚未蒸馏完全,仍须继续蒸馏;如不显红色,则表示蒸馏完毕。
糠醛蒸馏完毕后,将接收瓶中的馏出液移入500 mL容量瓶中,用少量12%盐酸漂洗接收瓶,并将全部洗液倒入容量瓶中,然后加入12%盐酸定容至刻度,充分摇匀后得到馏出液A。
(2)二溴化法糠醛的测定及计算
用移液管吸取200 mL馏出液A于1000 mL锥形瓶中,加入250 g用蒸馏水制成的碎冰,当馏出液降至0℃时,加入25 mL溴酸钠-溴化钠溶液,迅速塞紧瓶塞,在暗处放置5 min,此时溶液温度应保持在0℃。达到规定时间后,加入100 g/L碘化钾溶液10 mL,迅速塞紧瓶塞,摇匀,在暗处放置5 min,用0.1 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定,当溶液变为浅黄色时,加入5 g/L淀粉溶液2~3 mL,继续滴定至蓝色消失为止。
另吸取12%盐酸溶液200 mL,按上述操作进行空白试验。
糠醛含量X(%)按下式计算:
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式中v1—— 空白试验所消耗的0.1 mol/L Na2S2O3标准溶液的体积,mL;
v2—— 试样所消耗的0.1 mol/L Na2S2O3标准溶液的体积,mL;
c —— Na2S2O3标准溶液的浓度,mol/L;
m—— 所称试样的质量,g;
w—— 试样水分含量;
0.048—— 与1 mmol Na2S2O3溶液相当的糠醛量,g。
(3)聚戊糖的计算
木材原料中聚戊糖含量按下式计算:
聚戊糖%=糠醛%×1.88
式中:1.88为根据聚戊糖只有73%转化为糠醛的换算因数。
非木材原料中聚戊糖含量按下式计算:
聚戊糖%=糠醛%×1.38
式中:1.38为糠醛换算为聚戊糖的理论换算因数。
同时进行两次测定,取其算术平均值作为测定结果。测定结果计算至小数点后第二位。两次测定计算值间相差不应超过0.40%。
4. 注意事项
(1)糠醛蒸馏易造成误差,实验时一定严格掌握蒸馏操作条件(蒸馏速度、补加盐酸间隔和数量等),以保证最佳的糠醛得率。
(2)试样与盐酸共沸时,容易产生爆沸现象,而使试样溅留在蒸馏瓶上部器壁处。为此,可在蒸馏瓶中放入数粒玻璃球,并注意调节适宜的蒸馏温度,以使蒸馏过程正常进行。
(3)蒸馏过程中糠醛蒸气外逸是造成收集糠醛得率偏低的主要原因。因此,务必注意检查接口处磨口是否严密,也可在圆底烧瓶磨口处用12%盐酸封口,并用湿润的pH试纸置于磨口附近(不要与瓶口接触),测试有无酸性气体逸出,如pH试纸显红色则表示磨口处不够严密,如逸气严重应更换糠醛蒸馏装置,重新测定。
(4)采用溴化法测定糠醛含量时,务必严格控制规定的温度和时间。

