CC BY
35Journal of Siberian Federal University. Chemistry 2 (2014 7) 298-305
УДК 675.3/04
Модификация всесоюзного единого метода для определения содержания дубящих веществ в экстрактах коры хвойных
Ю.А. Тюлькова, Т.В. Рязанова*, О.Н. Еременко
Сибирский государственный технологический университет Россия, 660049, Красноярск, пр. Мира, 82
Received 27.12.2013, received in revised form 18.00.2014, accepted 09.04.2014
Кожевенно-технологические свойства растительных дубителей определяются по показателю доброкачественности. В качестве стандартного метода для определения доброкачественности дубильных материалов принят всесоюзный единый метод, в основу которого положено свойство таннидов адсорбироваться гольевым порошком. Поскольку производство гольевого порошка прекращено, вопрос о его замене остается открытым. В данной статье сравниваются результаты ряда методов, с помощью которых возможно определять доброкачественность дубителей. Показана возможность замены гольевого порошка на коллаген при определении таннидов всесоюзным единым методом в нашей модификации.
Ключевые слова: дубильные экстракты, доброкачественность, ВЕМ, гольевой порошок, коллаген.
Введение
В природе существует множество как органических, так и минеральных веществ, обладающих дубящими свойствами. Различают четыре основные группы дубильных веществ: растительные, минеральные, жировые и синтетические.
Наибольшее распространение и применение получили растительные дубильные материалы, носящие общее название - танниды. Растительные дубители получают экстракцией таннидов из различных частей растений (кора, древесина, листья). Несмотря на то, что тан-ниды, образующиеся в различных растениях, сильно отличаются друг от друга по химическому строению, все они имеют некоторые общие признаки. В молекулах всех растительных дубильных веществ, строение которых изучено, имеются фенольные остатки, содержащие несколько гидроксильных групп, как правило, на 100 ед. массы не менее одной группы. Та-
© Siberian Federal University. All rights reserved Corresponding author E-mail address: [email protected]
*
ким образом, все танниды являются производными многоатомных фенолов, т.е. полифенолами.
Дубильные вещества широко используются в различных отраслях народного хозяйства. Но все же основным потребителем растительных дубильных экстрактов была и остается кожевенная промышленность, где они применяются в качестве дубителей для выработки кожи.
Кожевенно-технологические свойства растительных дубильных экстрактов определяются по показателям доброкачественности, вяжущей, дубящей и формирующей способности. Доброкачественность растительного экстракта характеризует не только содержание таннидов в дубителе, но и является важнейшей коммерческой характеристикой, поскольку стоимость дубителя принято рассчитывать в пересчете на танниды.
Существуют различные методы количественного определения дубильных веществ. За стандартный метод определения принят всесоюзный единый метод [1]. В основу метода положено свойство таннидов адсорбироваться гольевым порошком. К недостаткам стандартного метода следует отнести длительность анализа.
I. РеМае [2] было предложено использовать вместо гольевого порошка слизистую оболочку кишечника. Но это так и не было реализовано.
Из биологических способов определения следует отметить метод J. Ва1оип [3, 4], основанный на агглютинации эритроцитов. Они обладают большой избирательной способностью к дубильным веществам. К недостаткам метода следует отнести снижение реакционной активности эритроцитов при хранении, а также сильную зависимость активности этих веществ от рН среды и температуры.
Одним из классических методов определения дубильных веществ является метод Левен-таля, описанный в работе [5], который основан на легкой окисляемости фенольных соединений перманганатом калия в кислой среде в присутствии индикатора - индигокармина. Различные модификации этого метода используются в чайной промышленности, в производстве витамина Р [6, 7]. Установлено, что при окислении фенольных соединений наибольшее количество перманганата расходуется на окисление полифенолов, содержащих орто- и парадиоксигруппы (производные пирокатехина или гидрохинона) [8]. Однако в реакцию вступают и простые полифенолы, не обладающие дубящими свойствами.
Очень близкие результаты со стандартным методом (ВЕМ) дает использование желатинового метода [9]. Сущность метода заключается в титровании дубильных экстрактов водным раствором желатины определенной концентрации. При этом в осадок выпадают желатинтан-наты. R. 2йпо и др. [10] исследовали электрофоретическую подвижность комплексов, полученных при взаимодействии таннида и желатины. Было установлено, что при определенном рН электрофоретическая подвижность комплекса не зависит от массового отношения таннидов к желатине и в основном не отличается от электрофоретической подвижности самой желатины. По результатам определения электрофоретической подвижности заряда частиц таннида и желатины можно рассчитать количество таннидов, связанных с желатиной. Однако следует отметить, что результаты всех анализов с использованием желатины оказываются несколько ниже результатов, полученных с использованием ВЕМ.
Колориметрический метод, основанный на образовании таннидами желтого окрашивания с водным раствором аммония молибденовокислого, используется для определения таннидов
в винах [11], растительных материалах [12, 13]. Однако по сравнению со всесоюзным единым методом ошибка определения по этому методу составляет 5-6 % [13]. Недостаток этого метода заключается в том, что в реакцию вступают и простые полифенолы, не обладающие дубящими свойствами.
При определении дубильных веществ колориметрическим методом широко используют реактивы Фолина, Фолина-Денека и Фолина-Чокальто [14] и их различные модификации. Определение основано на измерении интенсивности образующегося синего комплекса в среде насыщенного карбоната натрия. К недостаткам этих методов следует отнести неустойчивость окраски комплексов во времени, да и сами авторы отличают их невысокую точность.
А.С. Садыковым и др. [15] разработан метод колориметрического определения дубильных веществ в корнях тарана и его экстрактах, основанный на цветной реакции, которую дают дубильные вещества конденсированного ряда с ванилиновым реактивом. Этот метод используется в качестве экспресс-метода контроля производства дубильного экстракта из корней тарана.
Существуют также электрохимические методы определения таннидов: потенциометриче-ский [16] и вольтамперометрический [17]. Они удобны для осуществления контроля в производстве дубителей, вин и т.д.
Из остальных методов следует отметить диазониевый [18], основанный на способности таннидов к азосочетанию с диазотированными аминами; метод, основанный на осаждении таннидов ацетатом меди и титровании избытка ацетата [19]; а также метод осаждения таннидов алкалоидами [20].
Однако предлагаемые методы не дают удовлетворительных результатов. Это главным образом связано со сложностью характера полифенолов, составляющих основную часть растительных таннидов. Все эти методы не дают возможности избирательно определять только тан-ниды. На результат определения в той или иной степени влияют сопутствующие фенольные соединения, не обладающие дубящими свойствами.
Если отдельные методы и дают результаты, совпадающие с данными стандартного метода анализа, то только для некоторых дубильных материалов. Поэтому, несмотря на определенные недостатки, всесоюзный единый метод определения дубильных веществ остается наиболее надежным и универсальным.
Производство гольевого порошка, срок хранения которого не превышает шести месяцев (ОСТ 17-546-75), было прекращено в России еще в 2000 г. Аналогичная ситуация сложилась и за рубежом [21, 22].
Попытка заменить гольевой порошок была сделана В.И. Чурсиным и др. [23]. В качестве сорбентов в данной работе были использованы следующие материалы, выпускаемые отечественными предприятиями: желатин, поливинилпирролидон (полидон), хитозан (Тансорб Х). Данный метод не нашел применения. Так, для растительных дубителей мимозы, ели и лиственницы данный метод дает несколько заниженные результаты, автор это объясняет более низкими значениями рН аналитических растворов при сорбции на Тансорбе Х (3,3-3,5) в отличие от сорбции на гольевом порошке (4,0-5,5). Отклонения зафиксированы и при использовании в качестве сорбента полимерной смолы, однако в этом случае содержание таннидов в экстрактах
получается на 15-25 % больше, чем при использовании традиционного метода. Поэтому задача по замене гольевого порошка на сорбенты, обладающие высокой специфичностью в отношении таннидов, очень актуальна.
Данная работа посвящена поиску химических матералов, в частности сорбентов, и модификации метода количественного определения дубильных веществ.
Материалы и методы исследования
Объектами исследования послужили дубильные экстракты коры лиственницы и сосны, полученные в оптимальном режиме, ранее разработанном на кафедре химической технологии древесины и биотехнологии [24]. В экстрактах определяли количественное содержание танни-дов по методикам, которые в настоящее время получили наибольшее практическое применение. Рассмотрим и сравним полученные результаты.
Всесоюзный единый метод. Содержание таннидов определяется как разность между содержанием растворимых веществ и нетаннидов. Растворимые вещества определяют фильтрованием экстракта с каолином, дальнейшим выпариванием и взвешиванием остатка. Нетанниды определяют после обработки аналитического раствора дубильного экстракта хромированным гольевым порошком при встряхивании в строго определенных условиях [1]. Содержание дубящих веществ в экстрактах коры лиственницы и сосны составило соответственно 46,5 и 68 %. Полученные результаты хорошо согласуются как с литературными данными, так и с результатами ранее проведенных исследований [24, 25].
Перманганатометрический метод Левенталя-Нейбауэра [26, 27]. Как показали результаты исследований экстрактов коры лиственницы и сосны, содержание дубящих веществ, определенных данным методом, составило соответственно 22,6 и 25,1 %, это в 2-2,5 раза ниже результатов, полученных при использовании ВЕМ. Кроме того, наблюдался нечеткий переход окраски титруемого раствора, а для рассчета необходимо было ввести пересчетный коэффициент на китайский танин.
Спектрофотометрический метод [27, 28]. В основе метода определения общего содержания полифенолов лежит измерение оптической плотности водно-спиртовой вытяжки из растительного сырья при длине волны 275 нм. Содержание дубящих веществ в экстрактах коры лиственницы и сосны составило соответственно 30,6 и 16,5 %. Полученные результаты существенно отличаются от результатов, полученных по ВЕМ. Данный метод является приблизительным, полуколичественным ввиду разного строения фенольной группы соединений.
Таким образом, используя различные методы, были получены данные о содержании дубящих веществ в экстрактах коры лиственницы и сосны, которые дают нам основание утверждать, что наиболее достоверные результаты получены по ВЕМ. Поэтому вопрос о поиске нового эффективного сорбента, заменяющего гольевой порошок в ВЕМ, остается открытым.
Обсуждение результатов
В качестве сорбента в данной работе был использован коллаген (ч) (ООО «Вектон»), который по своей структуре очень похож на гольевой порошок. Коллаген — фибриллярный белок,
составляющий основу соединительной ткани организма (сухожилие, кость, хрящ, дерма и т. п.) и обеспечивающий ее прочность и эластичность.
За основу методики взяли всесоюзный единый метод определения таннидов [1]. Количество таннидов определяется как разность между растворимыми веществами и нетаннидами.
Для определения количества нетаннидов в соответствии с методикой ВЕМ брали 6,25 г сорбента и увлажняли десятикратным количеством дистиллированной воды. Сюда же прибавляли на каждый 1 г воздушно-сухого коллагена 1 мл 3 % раствора хромовых квасцов (как дубящее вещество). Содержимое колбы взбалтывали 5-6 раз вручную, а затем на качалке в течение 1 часа. После этого хромированный сорбент переносили на полотняный фильтр и отжимали вручную. Далее полотно с коллагеном переносили на фарфоровую чашку и промывали.
Промытый коллаген переносили в колбу, куда вливали 100 мл анализируемого раствора. Колба, закрытая пробкой, 5-6 раз взбалтывается вручную, затем 10 минут на качалке. Обез-дубленный раствор вместе с коллагеном переносили на чистое сухое полотно и отфильтровывали. К фильтрату добавляли 1 г каолина. Смесь хорошо перемешивали и отфильтровывали через складчатый фильтр. Аликвоту фильтрата помещали в фарфоровую чашку, выпаривали и доводили до постоянной массы.
Полнота обездубливания анализируемого дубильного экстракта коллагеном достигается при определенной концентрации сухих веществ в растворе. Для оптимизации провели серию испытаний с различной концентрацией сухих веществ (СВ) в дубильном экстракте: 0,6; 0,8; 1,0; 1,2 г/л. Так, при концентрации СВ в растворе 1,0 г/л и более требуется дополнительное обездубливание, поскольку анализируемый раствор остается еще окрашенным. Если концентрация СВ в растворе 0,6 г/л, то часть коллагена остается неокрашенной, что свидетельствует об избыточном количестве сорбента. При концентрации СВ в растворе 0,8 г/л наблюдается полное обездубливание коллагеном. Таким образом, по опытным данным получили оптимальную концентрацию аналитического раствора 0,8 г/л.
Для оценки применимости разработанного метода были проанализированы растительные дубители - экстракты коры лиственницы и сосны. Полученные данные (табл. 1) сравнили с результатами, полученными ранее по ВЕМ с гольевым порошком,.
Из табл. 1 видно, что результаты по содержанию таннидов в экстракте коры лиственницы, полученные по ВЕМ с гольевым порошком и коллагеном, более близки и отклонение их составляет около 2 %. А результаты по содержанию таннидов в экстракте сосны отличаются значительнее, но разница не превышает 5 %. Возможно, это объясняется различным химическим составом экстрактов.
Отклонение от среднего значения в двух параллельных экспериментах характеризуется минимальными значениями и не превышает 5 %.
Таблица 1. Результаты анализа растительных дубильных экстрактов методом ВЕМ
Вид экстракта Содержание таннидов по ВЕМ с гольевым порошком, % Содержание таннидов по ВЕМ с коллагеном, %
Экстракт коры лиственницы 50,8±0,5 52,5±0,6
Экстракт коры сосны 61,3±0,4 64,1±0,5
Заключение
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что коллаген может полностью заменить гольевой порошок во всесоюзном едином методе определения тан-нидов. При этом концентрация сухих веществ в дубильном экстракте не должна превышать 0,8 г/л. Преимущества нового метода заключаются в постоянстве физико-химических свойств коллагена и высокой сходимости параллельных определений. Полученные этим методом значения дубящей способности растительных экстрактов соответствуют литературным данным.
Список литературы
1. Всесоюзный единый метод исследования в кожевенном, обувном и дубильно-экстрактовом производстве (ВЕМ). М. : Гостехиздат, 1955. 320 с.
2. Petricie I., Poljak Baresie N. Ein neues Gerbstoffe best I mmengeverfahren nuttels Dunndarms-chleimhaut.-Arch. Pharm., 1979, Bd 296/68. № 10. S. 689-691.
3. Baloun J. Niehtore factory ov plyonujuce presnost stanovenia trieslovin v rastlinnom materiali biologiokou metodou. I.-Biologia(CSSR), 1980. T. 21, № 5. S. 376-383.
4. Baloun J, Bejsovcova L., Messerschmidtova A. Niektory factory ov plyvnujuce presnost stanovenia trieslovin v rastlinnom materiali biologickou metodou. II.- Biologia (CSSR), 1980. T. 21, № 7. S. 525-528.
5. Пех К., Треси М. Биохимические методы анализа растений / Иностр. лит. М., 1960. 592 с.
6. Полякова Л.П. О количественном определении дубильных веществ в корнях горца забайкальского // Растит. ресурсы. 1971. Т. 7, № 1. С.75-77.
7. Мееров Я.С., Морозова С.С., Троцкая Н.С. Приспособление к фотоэлектроколориметру для определения содержания дубильных веществ в растительном материале // Растит. ресурсы. 1973. Т. 9, № 1. С. 128-131.
8. Леванидов Л.Я., Медведева С.И., Нестерук А.Г. К вопросу о химизме определения тан-нидов по Левенталю // Вопросы общей химии и биологии. Челябинск, 1970. С. 80-87.
9. Ермаков А.И. Методы биохимического исследования растений. Л. : Колос, 1972. 456 с.
10. Zitko V., Rosik J. Roakcia taninu so zelatinou.-Chem. Zvesti, 1961. T.15, № 9. S. 651-660.
11. Короткевич А.В. Фотометрический экспресс-метод определения дубильных веществ в вине и коньяке // Виноделие и виноградство СССР. 1960. №4. С. 9-11.
12. Кемертелидзе Э.П. Колориметрический метод количественного определения танина // Тр. ин-та фармакохимии АН Груз.ССР. Сер. I. 1973. Вып. 12. С. 15-18.
13. Анисимова К.И. Определение колориметрическим методом дубильных веществ в корнях Polygonum coriarium Grig // Растит. ресурсы. 1967. Т.3, №1. С. 128-131.
14. Shauta T., Mathow A. Modified procedure for Quactitative chromatographic estimation of poliphenols by Folin-Denis method // Lab. Pract. 1980. V. 19, № 9. Р. 917-919.
15. А.С. 4927 91 (СССР). Способ количественного анализа растительных дубильных материалов / А.С. Садыков, А.И. Исмаилов, А.К. Каримджанов, Ш.Ю. Исламбеков, 1975. Бюл. № 43.
16. Ляликов Ю.С., Хоменко В.А. Потенциометрическое определение дубильных и красящих веществ в винах // Изв. АН Молд. ССР. 1961. № 12 (90). С. 56-63.
17. Бодзинский Ю.В. Исследование фенолов методом анодной вольтамперометрии // В кн.: Новое в лесохимии. М. : Лесн. пром-сть, 1973. С. 112-122.
18. Бабич И.Я., Волошина Л.Г. Экспресс-метод определения таннидов в экстрактах, синта-нах и соках // Кожевенно-обувная. пром-сть. 1964. № 3. С. 24-27.
19. Stancin N., Iónica V. Observatii in legatura en dozarea taninurilor din solutiile extractiva prin metoda de precipitare cu acetal de cupru // Farmacia (RPR). 1961. V.9, №1. Р. 49-56.
20. Petricie J., Poljak-Barecie N. Odredivange tanina talarenjem alkaloidins // Farmac. glasnik. 1961. V.17, №11. Р. 367-376.
21. Tomaselli M., Florentino I, Pontorno L. Et a. Analist di tannini senza impiego di polvere di pelle. // Cuoio Pelli Materie Concianti, 2000. V.76, №5, Р. 283-293.
22. Tantest: eine neue Methode zur Gerbstoffanalitik, Das Leder. 1997. №6/7, S.142-144.
23. Чурсин В.И., Шапкарина Н.П. Новый сорбент для определения таннидов в растительных экстрактах и синтетических дубителях. // Кожевенно-обувная промышленность. 2006. № 5. С.33.
24. Тюлькова Ю.А., Рязанова Т.В., Еременко О.Н. Оптимизация процессов экстракции коры хвойных пород // Сборник научных статей по итогам V Международной научно-практической конференции. Улан-Удэ, 2011. С. 364-366.
25. Гончарова Н.В., Ток М.В., Рязанова Т.В. Влияние продолжительности экстракции на состав водно-щелочных экстрактов лиственницы сибирской // Химия растительного сырья. 1998. №2. С. 75-78.
26. Волков О.Ю. Разработка проекта фармакопейной статьи «Корневища и корни кровохлебки» // Сборник статей по материалам Международной 67-й научной студенческой конференции им. Н.И. Пирогова. Томск, 2008. С. 300-302.
27. Данилова Н. А., Попов Д.М. Количественное определение дубильных веществ в корнях щавеля конского методом спектрофотометрии в сравнении с методом перманганатометрии // Вестник ВГУ 2004. № 2. С. 179-182.
28. Куцык А.В., Середа А.В. Спектрофотометрическое определение флавоноидов в траве шлемника байкальского. // Фармаком. 1998. № 2. С. 18-20.
Modification of All-Union Unified Method for Determination the Content
of Tanning Substances in Extracts of Bark of Conifers
Julia A. Tyulkova, Tatyana V. Ryazanova and Oksana N. Eremenko
Siberian State Technological University 82 Mira Ave., Krasnoyarsk, 660049, Russia
Technological properties of plant tanning extracts are defined in terms of their quality. Standard method for determining the quality of tanning materials adopted by the all-Union unified method is based on the property of leather powder to adsorb tannins. Since the production of leather a powder was terminated it is necessary to find the alternative method. Different methods of determination of tanning matter quality were compared. The possibility to use the collagen instead of leather powder for evaluation of quality of tannins was shown experimentally.
Keywords: tanning extracts, quality, all-Union unified method, leather powder, collagen.
