生物参数检测与控制教(学)案

1、西华大学教案章节名称第一章化学分析一、样品的采集与处理二、水分的测定三、糖类的测定教学时数2授课方式多媒体教学目的及要求1 .掌握水分的测定、糖类的测定等分析方法的原理2 .掌握样品的采集与处理3 .了解发酵样品分析的常规知识4 .了解淀粉、糖化酶活力测定的原理教学重点与难点1 .斐林试剂法测定糖类2 .糖类的测定的结果计算讨论练习作业1 .样品的处理一般包括哪些方法2 .水分的测定过程中需要注意哪些问题3 .糖类的测定及结果计算教学手段讲授参考资料分析化学具体内容A章化学分析一、样品的采集与处理供分析用的试样应保证具有代表性，才能使分析结果符合大量物料的真实成分。工业发酵中的样品，就其物态而

2、言，不外乎固体、液体、气体三类。液体和气体样品的采集，由于它们本身一般比较均匀，取样方法较为简单，只需混合均匀后即可取样。固体试样的采集，应从各个位置对称取样。经过破碎、过筛、混匀、缩分四个步骤，获得所需分析试样。好存于密闭、干燥、清洁的玻璃瓶中。应该注意，样品的采集中，有时还需考虑到杂菌的污染、微生物的继续活动议及温度、时间、水分等的影响。对特殊的取样方法，将在有关的实验中介绍。分析试样的处理是一个非常复杂的问题，这是由于工业发酵中原料、半成品、成品的多种多样所致。一般说来，常采用溶解、干法灰化和湿法消化三种。试样中糖类、蛋白质、色素、菌体等的存在往往使溶液浑浊或色泽很深，影响以后的分析测定

3、。如满定终点的观察、干扰比色、妨碍沉淀的形成与过滤、洗涤等，必要时需进行澄清与脱色。常用的澄清剂为碱性乙酸铅与中性乙酸铅。二、水分的测定水分在工业发酵中是一个极为重要的分析项目。原料中水分，对原料的品质与保存关系甚大。水分过高，原料在咛藏时容易发霉变质，影响原料的利用价值。款曲白酒生产中，入池酒醋水分高低，直接影响白酒的质量。发酵产品，如味精中水分，是一个重要的质量指标。水分测定方法一般采用烘干法，即在100105c烘箱中直接干燥或在红外灯下干燥。对在此温度下易分解或会较多的挥发性物质的试样，则可采用减压低温干燥法。（一）淀粉质原料的水分测定常用的淀粉质原料有高粱、大麦、大米、玉米、薯干、木薯

4、等。试样经粉碎过他目筛后进行水分测定。1 .测定步骤准确称取约2克试样，置入经100105c干燥恒重后的称量瓶中，在100105c供箱中干燥34小时，取出，置入干燥器中冷却至室温，称重。再于相同温度下干燥1小时左右，同上操作，直至恒重。2 .计算水分（）一段二喜口X100%VtiW0W。称超版重（克）Wi干燥前试样与称修瓶重（克）W2干燥后试样与称景瓶重（克）（二）废糖蜜的水分测定废糖蜜含糖分高而且粘稠，测定水分时如将样品直接加热干燥，会由于表面形成干燥硬壳妨碍水分挥发，烘干时间需要很长，且容易因局部过热而烘焦，因此一般多采用红外灯干燥法。红外线穿透力强，能射入物质内部并转变为热能，使水分充分

5、汽化逸出，这样可大大缩短干燥时间。但此法如条件控制不好则精密度较低。为准确测定废糖蜜水分，可将样品与68倍的精制海砂、石英砂或石棉胶合，使增加水分蒸发点及防止过热。先在较低温度下加热除去大部分水分，然后升温烘至恒重，此法需要时间长，但可测出准确的真固形物含量，精密度较高。1.红外线干燥法准确称取试样约10克，置入已烘干称重的直径10厘米的表面玻璃上，用事先与表面玻璃一同烘干称重的小玻棒将试样铺成薄层。打开500瓦红外线灯，待5分钟后将盛有试样的表面玻璃连同小玻棒一起放在灯下，距离为1520厘米。干燥12分钟后，用小坡律把边层试样翻至中央，再干燥12分钟，取出，置于干燥器中冷却1620分钟，即可

6、称重。再置入红外线灯下干燥5分钟，冷却称重，直至恒重。2.烘箱干燥法准确称取试样510克，置入已烘干至恒重的称量瓶中，再准确称取重量为试68倍的已烘干至恒重的精制海砂（石英砂或石棉），用一根已烘干称重的小玻棒将海砂与试样充分拌和，置入70c供箱中，供约1小时，然后升温至105C,烘34小时，取出，于干燥器中冷却，称重。再放入105c供箱中，烘约1小时，冷却称重，直至恒重。3.计算设称量瓶（或表面玻璃）连同小玻棒，若加入海砂，则连同海砂总重量为W克，加入试样后重量为W1克，干燥王恒重后的重量为W克。7K分W1W2100%WiW0（三）啤酒花的水分测定啤酒花中含有一部分易挥发的芳香油，用通常的烘干

7、法测定水分，不可避免地将部分挥发成分连同水分失去，造成分析上的误差。此外，啤酒花中的a-酸等在烘干过程中，部分地发生氧化等化学反应，这也是造成误差的因素之一。但生产中常用的较简便的快速法仍然是烘干法，只是在烘干湿度以及烘干时间上有所不同。1.常规烘干法准确称取啤酒花试样23克，置入已烘干称重的称量瓶中，于8085c烘箱中，烘4小时，取出，于干燥器中冷却，称重，计算出水分百分率。两次平行试验相差不应大于0.2%。啤酒花中正常水分为1013%。2.快速烘干法准确称取啤7W花试样23克，置入已烘干称重的铝制小盒或称量瓶中，于106c供箱中烘l小时，取出，于干燥器中冷却，称重。或者于9598c干燥1.

8、5小时，取出，于干燥器中冷却，称重，计算出水分百分率。两次平行试验相差不应大于0.5%,否则需补作一次或两次，最后取这些数据平均值。本方法为“欧洲啤酒酿造协会”推荐法（EUROPEABREWERYONVENTION比简称“欧啤协”，Z.B.C.）。三、糖类的测定糖类是发酵微生物所需的主要碳源。工业发酵中的糖类主要是指淀粉、糊精、双糖、单糖等。糖类的测定在工业发酵中具有特别重要意义。原料中淀粉含量是原料的重要质量指标；发酵过程中糖量变化可以衡量发酵正常与否；味精生产中发酵终了也需通过发酵醪中残糖的测定确定的。另外，淀粉酶、糖化酶的活力测定也是通过测定糖量来计算的。糖的定量测定有物理法和化学法两类

9、。物理方法有测定拆光率、旋光度、比重等。化学方法主要是利用游离厥基（醛基或酮基）的还原性，应用氧化还原法进行测定。所有的单糖都具有游离厥基，称为还原糖，但双糖中蔗糖无游离厥基，称为夺还原糖，需经转化为单糖后进行定量。糖的测定中最常用的氧化剂为斐林试剂（Fehling）,即用二价铜在碱性条件下被糖还原为一价的氧化亚铜。使用斐林试剂测糖方法分为重量法、容量法、比色法三类。斐林试剂的配制方法达20余种。归纳起来，斐林试剂测定还原糖主要在于铜上进行演变：称量氧化亚铜，求得糖量即为门森瓦尔格法（MunsonWalker）;将氧化亚铜用高铁氧化，生成的二价铁再用高镒酸钾滴定即为贝尔德蓝法（Bertrand

10、）;直接用糖液滴定，以次甲基蓝为指示剂即为蓝爱农法（laneEynon）和置换法；用亚铁鼠化钾（或硫氧化钱）络合红色的氧化亚铜，使终点明显即为快速法；将过量的二价铜用碘化钾还原。析出碘用硫代硫酸钠滴定即为碘量法；将氧化亚铜用碘氧化，过量碘用硫代硫酸钠滴定即为苏薛哈法（somogyi-shafferHartman）;也可将氧化亚铜还原杂多酸一一磷铝酸或神铝酸等，生成蓝色物质以比色法测定。除斐林试剂外，也可用高铁氧化钾为氧化剂，以次甲基蓝为指示剂；或用过量的高铁氧化钾氧化碘化钾，析出碘用硫代硫酸钠滴定；或将生成的亚铁氧化钾与三价铁反应生成普鲁士蓝，以比色法测定。上述氧化剂其氧化能力较强，对醛糖、酮

11、糖都适用，测得的糖称为总还原糖。基于醛基与酮基还原能力的差异，可选用较弱的氧化剂（如次碘酸钠），可在酮糖存在下单独测定醛糖。上述氧化剂其氧化能力较强，对醛糖、酮糖都适用，测得的糖称为总还原糖。基于醛基与酮基还原能力的差异，可选用较弱的氧化剂（如次碘酸钠），可在酮糖存在下单独测定醛糖。还原糖的比色法测定中还有3,5一二硝基水杨酸法（3,5Dinitrosalicacid,简称ONSt）和慈酮法。糖的测定中，许多方法都不能应用化学方程式计算其结果，需由经验数字换算，或在相同条件下用标准糖液对照分析，故在分析操作时要严格遵循规定的操作方法进行，否则将会导致较大误差。（一）原料中粗淀粉与纯淀粉的测定1

12、.原理2NaOHCOOfCHCOB吗酶NOSQ4H12C6淀粉经酸或酶水解生成葡萄糖所生成的葡萄糖用斐林试剂测定。斐林试剂由甲、乙液组成。甲液为硫酸铜溶液，乙液为氢氧化钠与酒石酸钾钠溶液。平时甲、乙液分别贮存，测定时甲、乙液等体积混合。混合时，硫酸铜与氢氧化钠反应，生成氢氧化铜沉淀：所生成的氢氧化铜沉淀与酒石酸钾钠反应，生成酒石酸钾钠铜络合物，使氢氧化铜溶解.酒石酸钾钠铜络合物中二价铜是一个氧化剂，能使还原糖中玻基氧化，而二价铜被还原生成一价的氧化亚铜沉淀。反应终点用次甲基蓝指示剂显示。因次甲基蓝氧化能力较二价铜弱，故待二价铜全部被还原后，过量一滴还原糖立即使次甲基敏还原，溶液蓝色消失以示终点

13、。测定步骤试样水解：（水解装置）粗淀粉测定中试样水解：准确称取试样1.52克，置入250毫升三角瓶中。加100毫升2%盐酸溶液。轻轻摇动三角瓶，使试样充分湿润。瓶口按上回流冷凝器或长玻璃管（约1米），于沸水浴中回流水解3小时。取出，迅速冷却，用20%（氧化钠溶液中和至中性或微酸性（用pH试纸试验）。滤纸过滤，滤液用500毫升容量瓶接收.用水充分洗涤残渣，然后用水定容至刻度，摇匀，为供试糖液。纯淀粉测定中试样水解：准确称取试样35克，置入250毫升三角瓶中，加100毫升水，于沸水浴中糊化1小时。冷却至65C,加20毫升酶液，于5560c保温糖化2小时。取出，加热煮沸30分钟，冶却至65C,再加2

14、0毫升酶液，于5560c保温糖化至碘液指示剂不呈蓝色为止。试验方法：将碘液指示剂盛于白磁板空穴中，取1滴糖化液进行试验。趁热用滤纸过滤，滤液用250毫升容量瓶接收、用水充分洗涤残渣，冷却后用水定容至刻度。吸取100毫升滤液，置入250毫升三角瓶中，加11毫升20%盐酸溶液，于沸水浴中回流水解1小时。取出，立即冷却，用20%氢氧化钠溶液中和至中性或微酸性，转入250毫升容量瓶中，用水定容至刻度，指匀，为供试糖液。另取100毫升酶液，置入250毫升三角瓶中，加11毫升20%盐酸溶液，于沸水浴中回流水解1小时。取出，立即冷却，用20%氢氧化钠溶液中和至中性或微酸性，转入250毫升容量瓶中，用水定容至

15、刻度，摇匀，为空白液。斐林试剂的校正：吸取斐林试剂甲、乙液各5毫升，置入250毫升三角瓶中，力口20毫升水，并从滴定管中加入约24毫升0.2%标准葡萄糖溶液（其量应控制在后滴定时消耗0.2%标准葡萄糖溶液在1毫升以内），摇匀，于电炉上加热至沸，并保持微沸2分钟。加2滴1%次甲基蓝溶液，继续用0.2%标准葡萄糖溶液滴定至蓝色消失，此滴定操作需在1分钟内完成。总耗糖量为V毫升。校正值的计算：先求得10毫升斐林试剂相当的葡萄糖克数（F）：F=CV式中C标准葡萄糖溶液浓度（克/毫升）再从斐林试剂糖量表（见附表11）查得V毫升时相当的葡萄糖克数（F。），斐林试剂校正值f为：fFCVF0F0定糖：吸取斐林

16、试剂甲、乙波各5毫升，置入250毫升三角瓶中，加20毫升水，并从滴定管中预先加入适量的水解糖液（其量应控制在后滴定时消耗水解糖液在1毫升以内），摇匀，于电炉上加热至沸，并保持微沸2分钟。加2滴1%次甲基蓝溶液，继续用水解糖液滴定至蓝色消失，此滴定操作需在1分钟内完成。4.计算从附表1-1查得10毫升斐林试剂消耗水解糖液体积相当于100毫升水解糖液中所含葡萄糖量（G）,则1毫升水解糖液中含葡萄糖量为G/100,再乘以斐林试剂校正值，即为1毫升水解值液中实际含葡萄糖量：GXf/100（克）式中500试样稀释体积（毫升）粗淀粉Gf50010.9100%100WW试样重量（克）纯淀粉%G250G40f

17、250Gf25010010010010010.9100%W0.9葡萄糖与淀粉的换算系数式中G100毫升水解酶液中所含葡萄糖量（克）250X（250/100）试样稀释倍数250X（40/100）100毫升酶液经水解后换算成试样中40毫升酶液的倍数（二）酒醋中淀粉的测定1.原理酒醋中淀粉测定采用斐林试剂置换法，其反应与粗淀粉测定相同。测定步骤1）试样水解：称取入池酒醋5.0克（出池酒醋10.0克），置入250毫升三角瓶中，加100毫升1:4盐酸溶液，瓶口按上回流冷凝器或长玻璃管，于沸水浴中回流水解半小时。取出，过速冷却，并用20%氢氧化钠溶液中和至中性或微酸性。脱脂棉过滤，滤液用500毫升容量瓶接

18、收。用水充分洗涤残渣，然后用水定容至刻度，摇匀，为供试糖液。2）斐林试剂的标定：吸取斐林试剂甲、乙液各5毫升，置入250毫升三角瓶中，加20毫升水，并从滴定管中预先加入约24毫升0.2%标准葡萄糖溶液，摇匀，于电炉上加热至沸，并保持微沸2分钟。加2滴1%次甲基蓝溶液，以45秒钟1滴的速度继续用0.2%标准葡萄糖溶液滴定至蓝色消失。此滴定操作需在1分钟内完成，其消耗0.2%标准葡萄糖溶液应控制在1毫升以内。总耗糖量为V。毫升。3）定糖：预备试验：吸取斐林试剂甲、乙液各5毫升，置入250毫升三角瓶中，准确加入20毫升水解糖液，摇匀，于电炉上加热至沸。加2滴1%次甲基蓝溶液，用0.2%标准淀粉%Vo

19、VC50010.9100%V020W葡萄糖溶液滴定至蓝色消失。耗糖量为V1毫升。正式试验：吸取斐林试剂甲、乙液各5毫升，置入250毫升三角瓶中，准确加入20毫升水解糖液，补加约（V0-V1）毫升水，并从滴定管中预先加入约（%1）毫升0.2%标准葡萄糖溶液，摇匀，于电炉上加热至沸，并保持微沸2分钟。加2滴1%次甲基蓝溶液，以45秒钟1滴的速度继续用0.2%标准葡萄糖溶液滴定至蓝色消失。此滴定操作需在1分钟内完成，其消耗0.2%标准葡萄糖溶液应控制在1毫升以内。总耗糖量为V毫升。4.计算式中V0斐林试剂标定值（毫升）V斐林试剂测定值（毫升）C标准葡萄糖溶液浓度（克/毫升）W试样重量（克）500/2

20、020为测定时所取水解糖液体积，500为水解糖液总体积（毫升）（三）谷氨酸发酵液中还原糖的测定谷氨酸发酵液中还原糖的测定在谷氨酸发酵中有着重要的指导意义。还原糖的变化与发酵正常与否、染菌与否关系甚又密切。同时，发酵完毕和放罐时间也是通过测定残糖确定的。一般讲，染菌后，还原糖几乎不被减少。而正常发酵中，当还原糖小于1%时就可认为发酵完毕。1.原理谷氨酸发酵液中还原糖的测定采用快速法。其反应与粗淀粉测定相似，不同点为斐林试剂甲液中硫酸铜量较小，适用于含糖量较少的试样。另外，斐林试剂中加入亚铁亚铁氧化钾（黄血盐），使红色氧化亚铜沉淀生成可溶性的复盐，反应终点更为明显。2.试剂1 ）斐林试剂（试剂11

21、7）2 ）0.1%标准葡萄糖溶液（试剂118）3 .测定步骤1）斐林试剂的标定：吸取斐林试剂甲、乙液各5毫升，置入250毫升三角瓶中，加10毫升水，并从滴定管中预先加入约20毫升0.1%标准葡萄糖溶液（其量控制在后滴定时消耗0.1%标准葡萄糖溶液1毫升以内），摇匀，于电炉上加热至沸，立即以45秒钟1滴的速度继续用0.1%标准葡萄糖溶液滴定至蓝色消失，此滴定操作得在1分钟内完成，总耗糖量为V0毫升。2）定糖：预备试验：吸取斐林试剂甲、乙液各5毫升，置入250毫升三角瓶中，加入V1毫升试样稀释液（含葡萄糖量约为515毫克）及适量的0.1%标准葡萄糖溶液，摇匀，以下同标定时操作，总耗糖量为V0毫升。

22、正式试验：吸取斐林试剂甲、乙液各5毫升，置入250毫升三角瓶中，力口V1毫升试样稀释液和（V21）毫升0.1%标准葡萄糖溶液，补力口（V0+10）+（V1+V2）毫升水，摇匀，以下同标定时操作，总耗糖量为V毫升。4.计算还原糖以葡萄糖计V0V1n100%Vi式中V0斐林试剂标定值（毫升）斐林试剂测定值（毫升）标准葡萄糖溶液浓度试样稀释倍数1所取试样稀释液体积（毫升）（四）固体曲糖化酶活力的测定固体曲中糖化酶能将淀粉水解为葡萄糖，进而被微生物发酵产生酒精。糖化酶活力越高，淀粉的利用率就越高。1 .原理固作曲糖化酶活力的测定，采用可溶性淀粉为底物，在一定的pH值与温度下，使之水解为葡萄糖，以斐林试

23、剂快速法测定。J2.试剂1） 斐林试剂（试剂119）2）0.1%标准葡萄糖溶液（试剂118）3）pH4.6乙酸一乙酸钠缓冲溶液（试剂111）4）0.1N氢氧化钠溶1夜（试齐IJ120）5）2%可溶性淀粉溶液（试剂121）3.测定步骤1）5%固体曲浸出液的制备：称取5.0克固体曲（以绝干曲计），置入250毫升烧杯中，力口90毫升水和10毫升pH4.6乙酸一乙酸钠缓冲溶液，搅匀，于30c水浴中保温浸取1小时，每隔15分钟搅拌一次。用脱脂棉过滤，滤液为5%固体曲浸出液。2）固体曲糖化液的制备：吸取25毫升2%可溶性淀粉溶液，置入50毫升容量瓶中，于30c水浴预热10分钟。准确加入5毫升5%固体曲浸出

24、液，摇匀，立即计下时间。于30c水浴准确保温糖化1小时。迅速加入15毫升0.1N氢氧化钠溶液，终止酶解反应。冷却至室温，用水定容至刻度。同时作一空白液：吸取25毫升2%可溶性淀粉溶液，置入50毫升容量瓶中，先加入15毫升0.1N氢氧化钠溶液，然后准确加入5毫升5%固体曲浸出液，用水定容至度。3）定糖：空白液测定：吸取斐林试剂甲、乙液各5毫升，置入100150毫升三角瓶中，准确加入5毫升空白液，并用滴定管预先加入适量的0.1%标准葡萄糖溶液，使后滴定时消耗0.1%标准葡萄糖溶液在1毫升以内，摇匀。于电炉上加热至沸，立即用0.1%标准葡萄糖溶液滴定至蓝色消失，此滴定操作需在1分钟内完成。糖化液测定

25、：准确吸取5毫升糖化液代替5毫升空白液，其余操作同上。4.计算固体曲糖化酶活力定义：1克绝干固体曲，在30C、pH4.6、1小时内水解可溶性淀粉为葡萄糖的毫克数。糖化酶活力 V0 V C式中V0 5毫升空白溶液消耗50 1005511000 W0.1%标准葡萄糖溶液的体积（毫升）V5毫升糖化液消耗0.1%标准葡萄糖溶液的体积（毫升）C标准葡萄糖溶液浓度（克/毫升）50/55毫升糖化液换算成50毫升糖化液中的糖量（克）100/55毫升浸出液换算成100毫升浸出液中的糖量（克）W-一绝干曲线称取量（5.0克）1000克换算成量克（五）液体曲糖化酶活力的测定液体曲较固体曲能提高单位原料的淀粉糖化酶活

26、力，利于操作机械化，使制曲工人从繁重的体力劳动中解放出来。同时，液体曲是在无菌状态下培养，故可保证发酵过程中无菌条件。1.原理液体曲糖化酶活力的测定采用碘量法：淀粉经糖化酶水解为葡萄糖，葡萄糖的醛基被弱氧化剂次碘酸钠所氧化：测定步骤1）液体曲糖化液的制备：吸取25毫升2%可溶性淀粉溶液，置入50毫升容量瓶中，加5毫pH4.6乙酸一乙酸钠缓冲溶液，于40c水浴预热10分钟。准确加入经脱脂棉过滤的液体曲2毫升，摇匀，立即计时，于40c保温糖化1小时。迅速加入15毫升0.1N氢氧化钠溶液，终止酶解反应，冷却后用水定容至刻度。空白液：吸取25毫升2%可溶性淀粉溶液，加5毫升PH46乙酸乙酸钠缓冲溶液，

27、加15毫升0.1N氢氧化钠溶液，加2毫升液体曲滤液，用水稀释至50毫升。2）定糖：吸取10毫升0.1N碘溶液，置入250毫升碘量瓶中，加入15毫升0.1N氢氧化钠溶液，准确加入5毫升液体曲糖化液，摇匀，于暗处反应15分钟。加10毫升2N硫酸溶液和50毫升水，用0.1N硫代硫酸钠溶液滴定至浅黄色，加约1毫升0.5%淀粉指示剂，继续滴定至蓝色消失。空白试验：吸取5毫升空白液代替液体曲糖化液，同上操作。4.计算糖化酶活力V050 1V N 90.09液体曲糖化酶活力定义：每毫升液体曲，于 为葡萄糖的毫克数。式中5 240C、pH4. 6、1小时水解可溶性淀粉V0空白试验消耗硫代硫酸钠溶液体积（毫升）V测定时消耗硫代硫酸钠溶液体积（毫升）N硫代硫酸钠溶液的当量浓度90.09葡萄糖的量克当量（量克）（六）麦芽糖化力的测定在啤酒生产中，麦芽中淀粉浸出率的多少，主要取块干淀粉糖化酶活力的