von Pektin in saurer, wässriger Lösung - ETH E

Untersuchungen über die Stabilität
von
Pektin in saurer, wässriger
(Demethoxylierung
und
Lösung
Kettenabbau)
VON DER
EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN
HOCHSCHULE IN ZÜRICH
ZUR ERLANGUNG
DER
WÜRDE
EINES
TECHNISCHEN
DOKTORS
DER
WISSENSCHAFTEN
GENEHMIGTE
PROMOTIONSARBEIT
VORGELEGT VON
Fritz Weber, dipl. ing. agr.
aus
Winterthur
Prof. Dr.
H. Pallmann
Referent:
Herr
Korreferent:
Herr Prof. Dr. E. Crasemann
I
ZÜRICH 1944
Dissertations-Druckerei A.-G. Oebr. Leemann & Co.
Stockerstr. 64
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MEINEN LIEBEN ELTERN
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Meinem sehr verehrten Lehrer
Herrn
Dr.
Prof.
H.
Pallmann
möchte ich für das rege Interesse und die wertvollen
Ratschläge,
mit welchen
dieser Arbeit
aussprechen.
zur
Seite
er
mir bei der
stand,
Durchführung
meinen herzlichen Dank
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Inhaltsübersicht
Seite
A.
Einleitung
1.
2.
9
Allgemeines
Analytische Charakterisierung
des verwendeten
4.
.
17
Allgemeines
von
Besprechung
C. Die
18
•
Verseifung
Pektin in
der
saurer
20
Lösung
29
Versuchsergebnisse
32
des Pektins
Decarboxylierung
38
D. Der Kettenabbau des Pektins
1.
38
Allgemeines
Molekulargewichtsbestimmung
2. Die
3. Viskosimetrische
beim Pektin
...
43
b) Durchführung
Die
4. -Die
der
Bestimmung
48
Viskositätsmessungen
der
Ergebnisse
sauren
der
53
Viskositätsmessungen
der reduzierenden
Eigenschaften
des Pektins bei
56
Hydrolyse
56
a) Allgemeines
58
b)
Methodik
c)
Resultate der
d) Besprechung
5.
Vergleich
E. Der Einfluß
F.
jodometrischen
der
Titrationen
64
68
Ergebnisse
der viskosimetrischen
von
40
43
Untersuchungen
a) Methodik
c)
11
17
2. Methodik
3.
Präparates
des Pektins
Demethoxylierung
B. Die
1.
9
Problemstellung
und
u.
jodometrischen Untersuchungen
73
Wasserstoffionen auf die Verseifung und den Ketten¬
abbau
76
Zusammenfassung
79
Literaturverzeichnis
81
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Vide
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und
Einleitung
A.
Problemstellung
Allgemeines
1.
Das Pektin ist eine den Hemicellulosen sehr nahestehende
welche
Substanz,
in
stanz
der
Hauptsächlich
von
Zellwandsub¬
inkrustierende
in den Geweben
und den Säften
Seine
als
Pflanzenwelt
wichtige Rolle spielt.
eine
grüner Pflanzen,
sowie im Fleisch
Früchten ist das Pektin reichlich enthalten.
gewissen Bedingungen feste Gele zu
bilden, ist für die Pflanze von Wichtigkeit. Dieser Geliereigen¬
schaft verdankt das Pektin übrigens auch seine wirtschaft¬
liche Bedeutung.
Die Forschungsergebnisse von Schneider und Mitarbeitern (49)
Fähigkeit,
bilden die
unter
Grundlage
die
für
Pektinkonstitution.
sungen weisen darauf
Ihre
hin,
heute fast
allgemein
anerkannte
viskosimetrischen
daß wir
es
Mes¬
beim Pektin mit einem
makromolekularen Fadenkolloid
zu
tun haben. Ferner
Röntgendiagramme (37), Untersuchungen der
gsdo p p el b r e ch u ng (51) sowie das ausgezeich¬
Geliervermögen für eine anisodiametrische Gestalt
sprechen
die
Strömun
nete
der Pektin-Makromoleküle.
Nach Schneider und Mitarbeitern ist das Pektin eine teilweise
mit
Methylalkohol
Die einzelnen
Polygalakturonsäure.
hängen in a-glucosidischer
veresterte
Galakturonsäurereste
Bindung
zu¬
sammen.
COOCH.
\ H H /OH
VoX
\H
H/
-°7\
ll
\OH
COOH
OH
H
Figur
H
Q
/H
1.
COOH
O
H
Pektin-Formel nach Schneider und Bock
Die d-Galakturonsäure
ein
OH
/H
H\
>-°-<
/ H H \OH
wichtiger Bestandteil
war
schon früher
von
O
\ H
Vo¬
H/
OH
(49 f.).
Ehrlich
(8) als
der Pektinstoffe erkannt worden.
10
—
—
Schneider und Mitarbeiter konnten durch viskosimetrih
und osmotische
Messungen an Derivaten des Pek¬
Acetylpektin) Molekulargewichte
30 000
von
200 000 bestimmen.
Luedtke und Felser (32)
stellten bei Flachspektin noch höhere Molekularge¬
wichte fest. Ferner weisen sie darauf hin, daß das native Pektin
s c
e
tins
(Nitropektin
und
—
wahrscheinlich mit Araban direkt
Wie das
grad je
Molekulargewicht
verknüpft
ist.
kann auch der
Veresterungs¬
Gewinnungs¬
nach der Herkunft des Pektins und der
methode sehr verschieden sein.
Die
zu
Eigenschaft des Pektins, mehr oder weniger feste Gele
bilden, ist auf seine makromolekulare Faden-Struk¬
zurückzuführen.
tur
(Siehe Schneider und Mitarbeiter (49f.).)
gezeigt werden, daß mit sinkendem Molekular¬
Gelierkraft abnimmt. (Siehe auch Olsen und
Tatsächlich konnte
gewicht auch die
Stuewer
(42).)
Diese
Zusammenhänge müssen bei der technischen Pek¬
tingewinnung berücksichtigt werden. Um Pektinpräparate mit
hoher Gelierkraft
den
aus
zu
erhalten, muß die Extraktion des Pektins
Pflanzenmaterialien
unter
Bedingungen durchgeführt
möglichst geringe Ver¬
werden, bei welchen die Moleküle eine
kürzung
erleiden.
In der Technik wird das Pektin
aus
den Pflanzenstoffen mit
Hilfe verdünnter Säuren
herausgelöst. Häufig wird für die Ex¬
Die Wirkungsweise der HCl ist noch
abgeklärt. Möglicherweise werden die in der Pflanzensub¬
traktion
nicht
HCl verwendet.
stanz verankerten Pektinketten durch die
kung
der
Säure
Die durch die
am
abbau
und eine
nicht
möglich,
HCl
erfolgenden
nativen Pektinmolekül sind
sehr schwer erfaßbar. Es ist
wahrscheinlich,
der Mineralsäure
teilweise
findet. Eine direkte
Wir-
losgelöst.
Extraktion mit verdünnter
Veränderungen
lytische Wirkung
hydrolytische
ein
daß durch die
gewisser
Bestimmung
Veränderungen
Zusammensetzung des Pektins
da über die
hydro¬
Ketten¬
Demethoxylierung
dieser
nur
statt¬
ist heute
in der
Pflanze nichts Näheres bekannt ist. Bei einer genauen Kenntnis
11
—
—
Säureempfindlichkeit der Esterbindungen und
der glucosidischen Bindungen des Pektins wäre es aber
trotzdem möglich, gewisse Schlüsse auf das Ausmaß der Ver¬
änderungen zu ziehen, die während der Extraktion des Pek¬
tins aus den Pflanzenmaterialien erfolgen.
Systematische Untersuchungen über den Einfluß von v e rder
dünnten
M in
e r
al
s
äur
e n
auf
das
P
e
k t i
n mo
1
kül
e
werden. Wir
jedoch nirgends gefunden
Aufgabe, die Verseifung und den
Kettenabbau des Pektins bei der Einwirkung von ver¬
dünnter HCl,näher zu untersuchen. Es wurden Messungen
in einem pH-Bereich von 0,3—6,1, bei Temperaturen von 20—
konnten in der Literatur
stellten
uns
deshalb die
durchgeführt. Neben den Versuchen mit HCl führten wir
Vergleich auch Messungen mit Pektin-Lösungen in H20 und
durch NaOH neutralisierten Na-Pektinatlösungen durch.
Der Kettenabbau und die Verseifung wurden bei
90° C
zum
mit
gleichen Temperaturkönnen
die
beiden
und
pH-Bedingungen
untersucht. Dadurch
Reaktionen miteinander
verschiedenen
ver¬
über
Untersuchungen
glichen
die Decarboxylierung bei den oben erwähnten Bedingungen
durchgeführt. Für sämtliche Bestimmungen verwendeten wir
1 o/o i g e Lösungen des gleichen Pektin-Präparates.
werden. Ferner wurden auch
2.
Analytische Charakterisierung des verwendeten
Präparates
Für
sämtliche
Untersuchungen
in
dieser
Arbeit
wurde
ein
welches sich durch sein relativ
Pektinpräparat1) verwendet,
hohes Molekulargewicht und seinen hohen Vereste¬
rungsgrad (Äquivalentgewicht) für unsere Zwecke gut eignete.
Das Präparat weist einen geringen Gehalt an Ballaststoffen auf.
Durch mehrmaliges Waschen mit Salzsäure-Alkohol wurde das
Pektin entascht, und gleichzeitig wurden durch dieses Auswaschen
leichter hydrolysierbare Polysaccharide wie Pentosane ent*)
Pektin
Das
Pektin
wurde
A.-O., Bischofszeil,
uns
zur
in
verdankenswerter Weise
Verfügung gestellt.
von
der
Obi-
12
—
—
fernt. Schließlich wurde noch mit
50<>/oigem Alkohol
ausgewaschen und dann getrocknet.
Dieses Präparat wurde eingehend untersucht:
bis
zur
Chlor¬
freiheit
Gehalt
Tollens
m u n
g
Pektinsäure2)
an
(28)
bestimmt.
nach der Methode
Tabelle 1.
Lefèvre und
MethoxylbestimFellenberg (12) gemacht.
wurden
nach Zeisel und nach
e n
Beide Methoden
1.
Ferner
von
zeigten gute Übereinstimmung.
Analytische Kennzeichnung
präparates.
des verwendeten Pektin¬
H20
2. Pektinsäure
4.
(Lejèvre-Tollens)
OCH3 {Zeisel)
OCH3 {von Fellenberg)
5.
Pektin,
3.
Es wurde der
2.
aus
u.
3.
(83,3
10,8
0/0
10,3
0/0
o/o
88,2
0/0
o/0 Pektinsäure 4-
CH2)
(großenteils feindisp. Kieselgur)
Ballaststoffe (Pentosane, Hexosane etc.)
4,9
8,5
83,3 0/0
0/0
6. Asche
l,7o/o
7.
1,6
0/0
100,0
0/0
Total
Die oben
besprochen
a) Die
(1, 5,
6u.
7)
angewendeten Analysenmethoden sollen hier
kurz
werden:
Uronsäurebcstimmung
nach Lefèvre-Tollens
(28)
Bei
mehrstündigem Kochen mit 12 0/0 HCl werden die Uronvollständig decarboxyliert. Das freiwerdende C02 wird
quantitativ bestimmt.
säuren
Die
von
uns
verwendete Methode wird in dieser Arbeit im
Kapitel „Die Decarboxylierung des Pektins" eingehend be¬
sprochen.
Für die obige Analyse wurden 1—2 g des Pektinpräparates
in den Zersetzungskolben gebracht und dort mit ca. 100 ccm
12o/oiger HCl gemischt. Hierauf wurde nach Analysenvorschrift
verfahren. (Vergleiche weiter unten.)
2)
wurde
Die
in
dieser
Arbeit
ursprünglich aus der
menstellung und Definition
verwendete
Nomenklatur
der
Pektinstoffe
amerikanischen Literatur übernommen. Zusam¬
der verschiedenen Ausdrücke siehe Denel
(4).
-
13
Aus der
haltene
—
gefundenen Menge C02
Menge Pektinsäure berechnet
Molekulargewicht
kann die in der Probe ent¬
werden.
des Pektinsäure-Grundmoleküls
(Galakturonsäureanhydrid)
Molekulargewicht des C02
Daraus
folgt: C02
mal 4
=176
=
=
44
Pektinsäure.
b) Die OCH3-Bestimmung nach Zeisel (35)
Die in der
organischen Analyse allgemein angewandte Me¬
gebundenen
thode erfaßt die als Ester sowie auch die als Äther
OCH3-Gruppen. Für die direkte Bestimmung des Pektin-Methoxyls in zellulären Pflanzenstoffen (z. B. Trester) eignet sich diese
Methode nicht, da oft (z. B. im Lignin) auch ätherartig gebundenes
OCH3 vorhanden ist. In reineren Pektinpräparaten kann der
Methoxylgehalt nach der Methode von Zeisel jedoch ohne Be¬
denken bestimmt werden.
Überführung des Methyls der
Jodwasserstoffsäure vom
Methyljodid
Methoxylgruppen
spez. Gewicht 1,7. Das flüchtige CH3J wird in eine alkoholische
Silbernitratlösung geleitet, wo sich zuerst eine Doppelverbindung
von Jodsilber und Silbernitrat bildet, aus der sich schließlich das
unlösliche Jodsilber aussondert.
Das Jodsilber wird gravimetrisch bestimmt.
Für die experimentelle Durchführung der Bestimmung stützen
wir uns auf die Angaben in H. Meyer (35).
Die Methode beruht auf der
durch
in
c) Die
OCH3-Bestimmung nach
von
Fellenberg (12)
gebundenen Methyl¬
Veresterungsgrad des
Pektins direkt in den pektinhaltigen Ausgangssubstanzen (Früchte,
Trester) annähernd bestimmen, wie eigene Untersuchungen be¬
zeugen. Die Methode ist in der Arbeit von von Fellenberg (12)
Diese Methode erfaßt
nur
den als Ester
alkohol. Man kann mit dieser Methode den
ausführlich beschrieben.
Analysengang wird hier kurz wiedergegeben.
Verseifung mit verdünnter NaOH aus dem Pektin
gewonnene Methylalkohol wird mit KMnO^ bei Gegenwart von
Der
Der durch
—
14
—
Äthylalkohol unter ganz bestimmten, genau einzuhaltenden Be¬
dingungen zu Formaldehyd oxydiert. Der entstandene Formalde¬
hyd gibt mit fuchsinschwefliger Säure in stark schwefelsaurer
Lösung nach einer bestimmten Reaktionszeit eine typische, rot¬
violette Färbung, deren Intensität durch lichtelektrische Kolorimetrie festgelegt wird. Bei genauem Einhalten der Versuchsbedin¬
gungen hat die Anwesenheit von Äthylalkohol keinen störenden
Einfluß auf die Färbung.
Die in Tabelle 1 zusammengestellten Analysenresultate ge¬
nügen noch nicht, um ein Pektinpräparat vollständig zu charakteri¬
sieren. Dafür sollte noch das Molekulargewicht angegeben
werden.
Die absoluten
schwierig
zu
Molekulargewichte von Pektinen sind nur sehr
bestimmen, da es sich um heteropolare Makro¬
moleküle
üblichen
mit
ionogenen Gruppen handelt,
osmometrischen
und
bei welchen die
viskosimetrischen Methoden
ungenaue Resultate liefern. Bei den Kettenabbauversuchen
jedoch
nur
genügte
für die
Vergleichszwecke die Angabe der Viskosi¬
Bestimmung der Endgruppen. Auf
die Feststellung des absoluten Molekulargewichtes konnte daher
vorderhand bei unserem Pektinpräparat verzichtet werden.
Bei der Charakterisierung eines Pektins wird häufig das
Äquivalentgewicht, welches ein Maß für den Veresterungs¬
grad ist, angegeben. Wir verstehen unter dem Äquivalentgewicht
die Pektinmenge in Gramm, welche einem Äquivalent freier Carboxylgruppen entspricht.
Das Äquivalentgewicht eines Pektins kann bestimmt werden,
sobald der Gehalt an Pektinsäure (ermittelt durch CCyAbspaltung
mit 12o/oiger HCl) und der Methoxylgehalt (durch Zeisel oder kolorimetrisch nach von Fellenberg) bekannt sind. (Siehe Tabelle 1.)
uns
täten
Das
und
die
Äquivalentgewicht
kann auch durch
potentiometri¬
völligen Verseifung des Pek¬
tins ermittelt werden. Diese Methode verdient den Vorzug, da sie
bei guter Genauigkeit schnell durchführbar ist. (Siehe Deuel (5),
Eichenberger (10).)
Für die Berechnung des Äquivalentgewichtes wurde folgende
sche Titration
Formel verwendet
:
vor
und nach der
15
-
=
x
Äquivalente
=
freie
—
Aequivalentgewicht.
Carboxyle,
bestimmt durch Titration mit
NaOH.
y
Äquivalente veresterte Carboxyle.
Äquivalente Pektinsäure, bestimmt durch Rücktitration mit
HCl nach vollständiger Verseifung.
Molekulargewicht eines unveresterten Grundmoleküls des
Pektins (Galakturonsäureanhydrid).
Molekulargewicht eines mit CH3OH veresterten Grund¬
=
x+y
=
176
=
190
=
moleküls des Pektins.
zuverlässige Ermittlung des Äquivalentgewichtes durch
potentiometrische Titration setzt das Vorliegen eines von Verun¬
reinigungen durch organische oder anorganische Säuren und Basen
Eine
freien
Präparates
voraus.
vorliegenden Arbeit wurde das Äquivalentgewicht im
weitgehend gereinigten Pektin nach den beiden oben beschrie¬
benen, nachstehend genannten Methoden ermittelt.
In der
Gelundenes
Aequivalent¬
gewicht
Methoxylbestimmung nach Zeisel
und der P ek ti n s äu r eb e s t immung nach
Lefèvre und T oll ens (siehe Tabelle 1):
Durch potentiometrische Titration:
1. Aus der
2.
Die
beiden
vollständig
verschiedenen
Äquivalentgewichte,
welche
übereinstimmen. Für
Vergleichszwecke
der
717 g
730 g
Methoden
ergaben
nach
ziemlich
Größenordnung
muß natürlich stets
nur
ein
und dieselbe Methode verwendet werden.
Die
Bestimmung des Äquivalentgewichtes durch potentio¬
gestaltete sich wie folgt :
metrische Titration
Carboxyle
a) Titration der freien
50
mit
cem
einer
ca.
Pektinpräparates wurden
7 titriert (ChinhydronNaOH
verbraucht, ent¬
0,02n
lo/oigen Lösung
des
0,02n NaOH elektrometrisch auf
elektrode). Es
sprechend 0,69
wurden 34,5
•
10"3 val
(x)
cem
(x)
freiem
pH
Carboxyl.
—
16
—
b) Titration nach vollständiger Verseifung des Pektins (x + y)
50
cem
der
gemischt und
20° C
fügte
stehen
gleichen Lösung wurden mit 40 cem 0,ln NaOH
vollständigen Verseifung während 2 Stunden bei
gelassen. Hierauf wurde die zur Verseifung zuge¬
zur
NaOH mit einer
äquivalenten Menge HCl neutralisiert und
vollständig verseifte Pektinsäure mit 0,02n NaOH elektrometrisch auf pH 7 titriert.
die
nun
Es wurden 137
Pektinsäure
c)
cem
0,02n NaOH verbraucht, die 2,7- ÎO"3 val
(x-f-y) entsprechen.
Berechnung des Aquivalentgewichtes aus den
ergebnissen (x und (x + y)
Die veresterten
Carboxyle (y) ergeben
(x + y)—x
im
vorliegenden Beispiel
wird y
Durch Einsetzen der Werte
man
das
Äquivalentgewicht
untersuchte
Präparat.
des
=
x
=
2,01
sich
Titrations'
aus:
y
•
10~3 val.
und y in
obige Gleichung erhält
Pektins, nämlich
7 3
0g
für das
Demethoxylierung
B.
1.
tion
des Pektins
Allgemeines
Lange vor der Festlegung der heute anerkannten Konstitu¬
war bekannt, daß Pektin ein Methylester ist. Als erster
zeigte
von
Fellenberg (11), daß durch die Einwirkung
von
ver¬
dünntem Alkali auf Pektin oder
pektinhaltige Stoffe Methylalkohol
abgespalten wird. Auch Ehrlich (9) stellte die Methylalkohol¬
abspaltung aus seinen Pektinpräparaten durch Behandlung mit
NaOH fest.
(32) erhielten durch alkalische Ex¬
traktion (verd. NaOH) und nachfolgender Reinigung und Entbasung mit Salzsäure-Alkohol ein Präparat, welches sie Alkalipektin nennen. Es handelt sich dabei um vollständig verseifte,
wasserunlösliche Pektinsäure. Buston und Nanjl (2) verseiften
Pektin mit NaOH und fällten die Pektinsäure als Ag-Salz. Mit
CH3J stellten sie hierauf wieder einen in Wasser löslichen Methyl¬
ester dar. Bei der Veresterung tritt jedoch eine starke Molekül¬
verkürzung ein. In ihren Versuchen zeigten sie, daß der Übergang
Luedtke und Felser
vom
wasserlöslichen
Abspaltung
von
Pektin
CH3OH
unlöslichen
zur
Eingehende Untersuchungen
des Pektins wurden
von
Pektinsäure auf der
beruht.
Deuel
über die alkalische
(4)
am
Verseifung
hiesigen Institut durchge¬
führt. Diese Versuche werden weiter unten erörtert werden.
Die
Verseifung
des Pektins durch Alkalien ist
sucht worden. Verschiedene Arbeiten
matische
Pektasen
vor
suchungen
Verseifung
(7). Weniger
liegen
des Pektins, durch die
oft findet
über die verseifende
man
häufig
unter¬
auch über die enzy-
sogenannten
in der Literatur Unter¬
Wirkung
von
Wa
s s e r-
stoffionen. Das Pektin läßt sich durch verdünntes Alkali schon
bei tiefer
Temperatur und in kurzer Zeit vollständig verseifen
(siehe Deuel (4)), während eine Verseifung in verdünnter saurer
Lösung bei Zimmertemperatur viel langsamer vor sich geht. Eine
—
18
—
Beschleunigung durch Temperaturerhöhung
gleichzeitig einen starken Kettenabbau,
ist
aber
stimmte
In
Bedingungen eingehalten
der Literatur finden
seifung
gleichen die saure
methylester mit der
möglich, bedingt
sofern nicht ganz be¬
werden.
sich
einige Hinweise auf die Ver¬
des Pektins durch Säure. Schneider und Bock
(49e) ver¬
Verseifung bei Schleimsäure¬
des Pektins. Es wird konstatiert, daß bei ver¬
schieden starker Säurebehandlung des Pektins die Methoxylabspaltung mit der Kettenspaltung ziemlich parallel geht. Schließlich
wird gezeigt, daß mit verdünntem Alkali in der Kälte schon nach
und alkalische
30 Stunden
vollständige Demethoxylierung eintritt. Ehrlich (8)
Unempfindlichkeit des Pektin-Methoxyls gegen Abspaltung durch Säure hin. In ihrem U. S. Patent (41)
wenden Olsen und Stuewer die saure Verseifung an, indem sie
ca.
weist auf die relativ hohe
durch das
peratur
Einhalten eines bestimmten
eine
pH und konstanter
graduelle Demethoxylierung
später noch auf dieses
ihrer
reichen suchen. Es soll
Pektine
Verfahren
Tem¬
zu
er¬
hinge¬
wiesen werden.
Systematische Messungen und Untersuchungen
methoxylierung des Pektins durch Säure sind uns in
nicht bekannt geworden.
2.
über die De¬
der Literatur
Methodik
Sämtliche Versuche wurden mit
l°/oigen Lösungen des oben
Lösungen wurden zuvor
die gewünschte HCl-Konzentration gebracht. Die freien Car-
beschriebenen Pektins
auf
boxylgruppen
wurden
durchgeführt.
vor
der
Verseifung
Titration bestimmt. Dazu wurden 50
die vorher
Diese
ccm
durch
der
potentiometrische
Lösung abpipettiert,
zugegebene, bekannte Menge HCl mit NaOH genau
0,02n NaOH die freien Carboxyl-
neutralisiert und nachher mit
gruppen
durch
Titration
bis
pH
7
bestimmt
(Chinhydronelek-
trode).
Von der Lösung wurden dann je 50 ccm in Erlenmeyerkolben
pipettiert und innerhalb weniger Minuten im Wasserbad auf die
gewünschte Verseifungstemperatur gebracht. Hierauf wurden die
Kolben verschlossen
und in Thermostaten während bestimmter
19
—
—
Zeiten stehen
gelassen. Nach Ablauf der gewünschten Versuchs¬
abgekühlt und, genau wie oben beschrieben, die freien
Carboxylgruppen durch potentiometrische Titration ermittelt.
Bei der Verseifungsreihe mit 0,5n HCl mußte vor der Titra¬
tion das Pektin mit 70°/oigem Alkohol gefällt und die Salzsäure
ausgewaschen werden, da die relativ hohe HCl-Konzentration eine
exakte Bestimmung der freien Carboxyle erschwert. Nach dem
zeit wurde
sauberen Auswaschen auf der Nutsche wurde scharf
das Pektin wieder in
fältiger
H20 gelöst
und direkt titriert.
abgesaugt,
Bei sorg¬
Arbeit führte diese etwas umständliche Methode
zu
gut
übereinstimmenden Resultaten.
Am einfachsten und genauesten
bei den
gestaltete
sich die Titration
Säurezusatz und der Na-PektinatPektinlösungen
reihe, da hier ein Neutralisieren oder Auswaschen der HCl nicht
nötig
ohne
war.
An
folgendem Beispiel soll die Durchführung eines Verseifungsversuches gezeigt werden. Wir wählten dazu die Versei¬
fung einer l»/oigen Pektinlösung in 0,ln HCl.
a)
10 g
Herstellung
Pektin, in
400
ca.
der
ccm
1000-ccm-Präzisionsmaßkolben
500
ccm
Ausgangslösung
dest.
H20-gelöst, wurden in einen
gebracht. Dazu wurden genau
0,2n HCl gegeben, mit H20 aufgefüllt und gut durch¬
gemischt.
b)
50
Bestimmung
der freien
Carboxylgruppen
Ausgangslösung (x)
in
der
obiger Lösung wurden mit genau 50 ccm 0,ln NaOH
(Neutralisation der HCl). Hierauf titrierte man die freien
Carboxylgruppen mit 0,02n NaOH elektrometrisch auf pH 7
ccm
versetzt
(Chinhydronelektrode).
Dazu wurden 34,5
braucht, entsprechend 0,69
mval freie
ccm
0,02n NaOH
ver¬
Carboxylgruppen.
c) Titration der Pektinsäure nach
des Pektins in der
Lösung wurden mit genau 90 ccm 0,ln NaOH ver¬
(Neutralisation der HCl und Verseifung des Pektins), gut
50
setzt
der
vollständiger Verseifung
Ausgangslösung (x + y)
ccm
20
—
gemischt
—
und während 2 Stunden bei 20° C stehen
40
Es
2,7
mit
0,ln HCl und titrierten mit 0,02n NaOH auf pH
ccm
wurden
135
ccm
0,02n
NaOH
Hier¬
gelassen.
auf neutralisierten wir die noch vorhandene NaOH
verbraucht
genau
7.
entsprechend
mval Pektinsäure.
d) Durchführung und Messung der Verseifung
in o, In HCl bei 90° C
Je
50
der
ccm
abgemessen
Ausgangslösung
wurden in
Erlenmeyerkolben
und im Wasserbad auf 90° C erhitzt. Nach dem Er¬
reichen der
gewünschten Temperatur wurden die Kolben sofort
gestellt und dort 2, 6, 9, 14, 18 und 24
Stunden stehen gelassen. Nach der gewünschten Zeit wurden je¬
in den Thermostaten
weils 2 Proben
herausgenommen, abgekühlt
b) beschrieben)
die freien
und
Carboxylgruppen
(gleich
wie unter
durch elektrometri-
sche Titration bestimmt.
Die
in
völliger Verseifung des Prä¬
parates
Pektinsäureaquivalente (x-\-y) minus die
nach bestimmter Versuchszeit t ermittelten Carboxyläquivalente x
ergeben die noch verbliebenen Esteräquivalente y. Als Beispiel
wird in Tabelle 2 die .Berechnung des Estergehaltes nach t
0
und t
6 Stunden Verseifungszeit wiedergegeben.
—
Vorversuchen
—
nach
bestimmten
=
=
Tabelle 2.
Berechnung des Estergehaltes
aus
den
Titrations¬
ergebnissen (siehe obiges Beispiel).
Verseifungszeit
/ in Std.
Gesamtpektinsäure
(x+y) mval
0
2,70
2,70
6
3.
Verseifung
Die untersuchten
seifung 2,7
In den
von
freie
x
Carboxyle
Ester y
mval
0,69
(x+y)-x
2,01
0,84
1,86
Pektin in
=
mval
saurer
Proben enthielten nach
Lösung
vollständiger
mval Gesamtpektinsäure.
folgenden tabellarischen Zusammenstellungen
Ver¬
werden
21
—
—
jeweils angegebenen Verseifungszeit noch vorhan¬
Mengen Ester in mval angegeben. Die Anfangswerte
die nach der
denen
schwanken bei den verschiedenen Reihen innerhalb der Versuchs¬
zwischen
fehlergrenze
sicht sind noch die
2—2,04 mval
Mengen
Zur besseren
Ester.
des verseiften
Esters
in
Über¬
Prozenten
beigefügt.
Im weiteren berechnete
man
Verseifungskonstante
Reaktionen
für
Kv
y0
yt
t
erster
aus
den erhaltenen Werten die
Gleichung
Ordnung angewendet wurde.
Kv,
wobei
die
Verseifungskonstante.
vor der Verseifung.
=
mval Ester
=
=
mval Ester
=
Zeit in Stunden.
Die
saure
zur
Zeit t.
eines
Verseifung
Umsetzung zwischen
dimolekulare Reaktion, da eine
nenten, nämlich dem Ester und
RCOOR1
+
H20
Esters ist genau betrachtet eine
H+ lone" a'S
H20,
zwei
Kompo¬
stattfindet.
Katalysator^
RCOOH
+
Ri0r1
Gleichung 1. Ordnung
Änderung der Esterkonzentra¬
Wassermenge darf vernachlässigt
Trotzdem wird für diese Reaktion die
angewendet,
da
praktisch
nur
eine
tion eintritt. Die Abnahme der
werden.
Ähnliche
liegen bei der Zuckerinversion vor.
Gleichung 1. Ordnung zur Anwendung, trotz¬
Verhältnisse
Auch dort kommt die
dem die Reaktion im Grunde dimolekular ist.
Pektinverseifung kann in ihrer Kinetik nicht ohne weiteres
Verseifung niedermolekularer einbasischer Ester ver¬
glichen werden. Beim Pektin, einem hochpolymeren Ester, müssen
weit kompliziertere Verhältnisse vorliegen. Beispielsweise wird
die gleichzeitig mit der Verseifung eintretende Kettenspaltung
Die
mit
der
einen
üben
gewissen Einfluß
(infolge Zunahme
Verseifungsgeschwindigkeit aus¬
wirksamen Zusammenstöße). Da uns
auf die
der
22
—
Tabelle 3.
Die
Verseifung
von
—
Pektin in
90° C und wechselndem
Reakti¬
onszeit t
in Std.
Ester
mval
yt
Ester verseift in
"/o des Esterge¬
haltes bei t
0
2,01
45
1,80
93
1,65
1,44
1,32
148
196
8
24
48
72
96
120
168
2,04
1,96
1,77
1,50
1,26
1,06
0,85
0,52
2
6
9
14
18
24
2,01
1,62
0,84
0,67
0,42
0,34
0,36
2,52
2,14
2,23
2,22
0,5
1
2
4
6
2,03
1,39
0,96
0,55
0,34
0,33
4,89
5,97
6,41
6,71
=
2,28 ± 0,08
Ausflockung
2,8
keine
Ausflockung
6,80
7,30
8,19
Pektin in
0,1
n
—
31,5
52,5
73,0
83,5
84,0
=
—
3,9
13,3
26,5
38,2
48,0
58,5
74,5
19,4
58,3
66,6
79,1
83,1
83,0
von
und weitere
6,1
=
keine
HaO, pH
bei
Bemerkungen
M
—
Pektin in
Kv
10»
Na-Pektinat, pH
—
4. Versuchsreihe:
0
Kv
10,4
17,9
28,4
34,4
3. Versuchsreihe:
0
Mittelwerte
konstante
—
2. Versuchsreihe:
0
Verseilungs¬
=
1. Versuchsreihe:
0
lo/oigen Lösungen
pH.
HCl, pH
=
1,0
—
108
M
=
125 ± 11
146
122
—
—
—
Pektin in 0,5
n
757
751
—
—
Ausflockungsgrenze
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
HCl, pH
M
=
=
0,3
754 ± 3
Ausflockungsgrenze
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
jedoch keine brauchbare Reaktionsgleichung für polymère Ester
bekannt war, wendeten wir für die Auswertung der
Verseifungsresultate die Gleichung 1. Ordnung an.
Für die Berechnung von Kv wurden nur
diejenigen Werte ver¬
wendet, welche die Verseifung im homogenen System
23
—
wiedergeben.
Pektin in
Im
saurer
Gegensatz
Lösung
—
mit Alkali fällt das
Verseifung
zur
beim Erreichen eines bestimmten niederen
Äquivalentgewichtes infolge der Unlöslichkeit der hochmoleku¬
laren, niederäquivalenten Pektine aus. (Vgl. Tabelle 8.) Sobald
die Ausflockungsgrenze erreicht ist, hat es wenig Zweck, mit der
Berechnung von K„ fortzufahren, da die obige Formel nur für
homogene Systeme gilt. Kv nimmt in den ausgeflockten Systemen
stark ab,
es
ist dies auf die
Verminderung der wirksamen
Zusam¬
menstöße zurückzuführen.
pH
0,3
72
48
24
O
120
96
16B
144
192
Reaktionszeit- in St-d.
Figur
2.
Verseifung
von
(4) die
Pektinverseifung durch
Nachdem
als
lo/oigen Lösungen
pH (zu Tabelle 3).
Pektin in
wechselndem
Deuel
Kinetik
seine Versuche
Ergänzung dazu der Reaktionsverlauf
rung durch
der
der
bei
90° C und
alkalischen
verfolgte, soll hier
Demethoxylie-
Säure näher untersucht werden. Leider wird die
Verseifung durch die Ausflockung des
teilweise verseiften Pektins erschwert. Ferner muß auch, besonders
bei erhöhter Temperatur, der gleichzeitig mit der DemethoxylieUntersuchung der
sauren
rung stattfindende Kettenabbau
berücksichtigt
werden.
(Vgl.
D.)
Untersuchung der alkalischen Verseifung fielen diese
beiden Faktoren weg. Der gesamte Prozeß findet im homogenen
Tabelle 25, Abschnitt
Bei der
24
—
System statt,
—
da sowohl
Na-Pektinat, wie Na-Pektat wasserlöslich
Verseifung durch verdünnte Alkalien sehr
leicht bei Zimmertemperatur untersucht werden, da die Reaktions¬
geschwindigkeit bei 20° schon sehr groß ist. (Nach ca. 40 Minuten
sind bei einem doppelten Überschuß an Alkali
(bezogen auf Ge¬
samtpektinsäure) schon mehr als 90 % des Esters verseift. (Siehe
Deuel (4).) In dieser kurzen Zeit tritt bei
Zimmertemperatur kaum
sind. Ferner konnte die
eine
Kettensprengung
ein.
Die Zunahme der Ver
durch die
Figur
2
Erniedrigung
if
s e
des
u
ngs ge
pH
ist
s
ch wi nd
aus
igk ei
Tabelle
3
t
und
gut ersichtlich.
Bei den Versuchsreihen mit HCl trat bei zunehmender Ver¬
seifung eine deutliche Ausflockung ein. Die H20-Pektinlösung
zeigte auch bei fortgeschrittener Verseifung keine derartigen Ver¬
änderungen.
Dieses verschiedene Verhalten kann mit der Disso-
ziationszurückdrängung
durch die Mineralsäure erklärt
werden, welche bei dem schon weitgehend demethoxylierten Pek¬
tin die Löslichkeit bis zur Ausflockung herabsetzt.
Gleichzeitig mit der sauren Verseifung setzt ebenfalls eine
Spaltung der Pektinketten ein. Bei gleichem pH-Wert nimmt diese
Kettenspaltung mit steigender Temperatur zu. (Vgl. Abschnitt D.)
Der Kettenabbau verläuft
allgemein langsamer als die Verseifung.
steigendem pH-Wert holt indessen die Spaltungsgeschwin¬
digkeit verglichen mit der Verseifungsgeschwindigkeit deutlich
Mit
auf. Dieser Effekt
geht weiter
unten deutlich
aus
Tabelle 26, Ab¬
schnitt E, hervor.
Der oben
geschilderte
Wettlauf
Kettenspaltung
Verseifung. Dadurch wird der für
wendige tiefe Veresterungsgrad
zwischen
verläuft bei sehr tiefem
die
bei
Verseifung und
pH stark zugunsten der
Ausflockung
einem
des Pektins not¬
relativ hohen Mole¬
kulargewicht erreicht. Es tritt deshalb eine deutliche Ausflockung
ein (pH 1 und 0,3). Bei
steigenden pH-Werten gleichen sich die
Geschwindigkeitsunterschiede
abbaus immer mehr
aus.
Bei
der
Verseifung
und
des
Ketten¬
pH 2,8 tritt keine Ausflockung mehr
ein, da der kritische Veresterungsgrad gleichzeitig mit einem sehr
Molekulargewicht erreicht wird. Stark abgebaute Pektin¬
tiefen
säure ist wasserlöslich.
25
—
Tabelle 4.
Die
Verseif ung
von
—
Pektin in
70° C und wechselndem
Ester verseift in
% des Esterge¬
haltes bei t
0
Ester
mval
Reakti¬
onszeit t
in Std.
yt
2,03
1,80
1,61
1,01
96
176
408
16
24
32
40
48
4
6
12
2,8
=
1,27
1,31
1,72
Pekl in in
24,0
0,1
n
37,5
34,4
29,4
53,5
32,0
62,0
65,0
30,3
keine
HCl, pH
Pektin in 0,5
=
M
225
36.2
53,0
69.3
79,8
=
Ausflockung
1
31,5+ 1,1
Ausflockungsgrenze
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
HCl, pH
n
=
M
68,5
2,02
1,29
0,95
0,62
0,41
2
HaO, ph
—
3. Versiichsreihe:
0
Pektin in
11,3
20,7
50,2
2,00
1,52
1,25
0,93
0,76
0,70
0,63
Bemerkungen
103
—
2. Ver suchsreihe:
0
8
konstante
Kv
bei
Mittelwerte von
Kv und weitere
Verseifungs-
=
1. Versuchsreihe:
0
lo/oigen Lösungen
pH.
=
0,3
208 + 18
Ausflockungsgrenze
ausgeflockt
ausgeflockt
190
weiß
weiß
-
-
pH 2,8
-
ReakHonsverlauf
n
h
•o
»
im
homogen
nach
der
System,
Ausflockung
--Q-pHl,0
Figur
3.
Verseifung
von
Pektin in
wechselndem
120
96
72
Reaktionszeit
in
Std.
lo/oigen Lösungen
pH (zu Tabelle 4).
bei
70° C und
26
-
Tabelle 5.
Die
Verseif ung
von
—
Pektin in I o/o igen Lösungen bei
55° C und wechselndem
Ester
mval
Reakti¬
onszeit t
in Std.
yt
Ester verseift in
°/o des Estergehaltes bei t
1. Versuchsreihe:
0
2,03
1,99
1,96
1,90
1,90
96
192
360
480
48
96
144
185
360
2,00
H20, pri
2,8
=
0,206
keine
0,176
0,183
Pektin in 0,1
—
HCl, pH
n
=
Ausflockung
1
—
20,2
36,5
46,8
55,2
74,9
4,73
4,74
4,32
4,34
M
Pektin in 0,5
—
=
HCl, pH
n
4,53 + 0,11
Ausflockungsgrenze
weiß
—
=
ausgeflockt
0,3
—
8
1,38
31,0
16
46,4
1,01
49,5
24
0,72
0,52
64,0
74,0
42,7
42,6
48
Bemerkungen
—
3. Versuchsreihe:
0
Pektin in
2,0
3,5
6,4
6,4
2,03
1,62
1,29
1,08
0,91
0,51
Mittelwerte von
Kv und weitere
konstante
Kv 10'
—
2. Versuchsreihe:
0
Verseifungs-
0
=
pH.
M
=
43,9 ± 1,3
Ausflockungsgrenze
weiß
ausgeflockt
2.5-
t6)
pH 2,8
>
C
<3/
t-
1,5-
Li
pHi/T-——-
pH 0,3
0.5-
Reakhonsverlauf
*~-0
i
>
j_
72
1
.
96
120
Reaktionszeit-
Figur
4.
Verseifung
von
Pektin in
wechselndem
in
homogenen
rnn
nacn
1
der
v„.
Sysfem
Ausflockung.
—'-*
-
192
Srd.
lo/oigen Lösungen
pH (zu Tabelle 5).
bei 55° C und
27
—
—
Der
große Einfluß der Temperatur auf die Verseifungsgeschwindigkeit ist durch den Vergleich von Tabelle 3 und 4 gut
ersichtlich. Die
lich
aus.
hier eine
pH-Unterschiede wirken sich auch bei 70° deut¬
Verseifungskonstanten der H20-Reihe haben auch
leichte Tendenz zur Zunahme, jedoch weniger eindeutig
Die
als bei 90° C.
Auch bei 55° ist die
Einwirkung
Reaktionsbeschleunigung
zelnen Reihen nicht wesentlich
Tabelle 6.
Die V erseif ung
zu
von
verändern.
Pektin in
40° C und wechselndem
Ester
Reakti¬
onszeit t
in Std.
Ester verseift in
% des Esterge¬
mval
haltes bei t
yt
1. Versuchsreihe:
0
72
2,03
2,03
144
2,00
216
2,00
480
1,96
=
72
2,00
1,71
144
1,52
216
1,28
0,75
480
0
Pektin in
24
48
72
96
Bei
480
40°
H20, pH
—
0,1
n
2,8
keine
Ausflockung
HCl, pH
=
1
—
14,5
2,30
24,0
36,0
1,91
2,07
2,08
Pektin
:
in
0,5
n
M
2,09 ± 0,08
=
Beginn
HCl, pH
=
M
=
der
Qelierung
0,3
—.
—
26,6
42,4
58,2
64,5
keine
=
—
62,5
Stunden
Bemerkungen
—
—
bei
von
Kv und weitere
—
1,5
1,5
3,5
kann
bei
—
—
2,03
1,49
1,17
0,85
0,72
Mittelwerte
konstante
Kv 103
—
3. Versuchsreihe
0
laugen Lösungen
pH.
Verseifungs-
2. Versuchsreihe: Pektin in
0
durch die HO-
deutlich erkennbar. /C„ scheint sich innerhalb der ein¬
12,8
11,6
12,1
12,2 ± 0,3
Beginn der Gelierung
vollständig geliert
Pektin-Lösung in H20 während
wesentliche Verseifung fest¬
der
Erst in 0,ln HCl und noch deutlicher in
0,5n HCl nimmt die Demethoxylierung wieder einen schnelleren
gestellt
Verlauf
an.
werden.
28
—
pH 2,8
ReakNonsverlauf
-
Reaktionszeit
5.
Verseifung
von
Pektin in
wechselndem
Tabelle 7.
Die
nacfr der
Verseifung
In
Std
lo/oigen Lösungen
von
Reakti¬
Ester
Ester verseift in
onszeit /
mval
in Std.
yt
°/0 des Esterge- J
haltes bei t
0,
480
960
0
480
,
Mittelwerte
Verseifungs-
Kv und weitere
A>103
Bemerkungen
H20, pH
=
2,8
keine
2,03
0,98
in
von
konstante
Pektin in
Pektin
bei
pH.
2,04
2,03
2,03
2. Versuchsreihe:
40° C lind
lo/oigen Lösungen
Pektin in
=
1. Versuchsreihe:
bei
pH (zu Tabelle 6).
20° C und wechselndem
0
Ausflockung
288
192
Figur
"
»
•
homogenen System
im
0,5
HCl, pH
n
=
Ausflockung
0,3
—
51,7
Geliert
—
Auch bei 20° ist der Einfluß der HCl auf die
deutlich erkennbar.
Interessant ist die
Verseifung noch
Feststellung,
daß bei der
0,5n HCl-Reihe bei 20° und übrigens auch bei 40°, keine Aus¬
flockung eintritt, wie dies bei
ist, sondern daß sich beim
seifungsgrades
dadurch
den höheren
Erreichen
Temperaturen der Fall
eines
bestimmten
Ver-
ein festes Gel bildet. Dieses Verhalten können wir
erklären,
daß
bei
niederer
seifung stattfindet, gleichzeitig
Temperatur wohl eine
Ver¬
aber noch keine bedeutende Ver-
—
29
—
Kettenlänge eintritt (siehe Abbauversuche, Tabelle
16). Auch diese Beobachtung weist auf eine größere Säure¬
empfindlichkeit der Esterbindungen im Vergleich
zu den
glucosidischen Kettenbindungen hin.
minderung
4.
der
Besprechung
Versuchsergebnisse
der
bisherigen Messungen zeigen deutlich die Abhängig¬
Die
Verseifungsgeschwindigkeit von der Tem¬
peratur und vom p H. Die Bedeutung des pH ist aus Figur 2,
keit der
3, 4, und 5 gut ersichtlich. Die Verseifung wurde sowohl im homo¬
heterogenen Gebiet untersucht. Der Übergang
ins heterogene Gebiet wurde in den Tabellen jeweils durch die
Angabe der Ausflockungsgrenze bezeichnet. Diese Ausflockungs¬
genen als auch im
(kritische Äquivalentgewichte)
mengestellt.
grenzen
Tabelle 8. Das kritische
von
Pektin in salzsaurer
sind in Tabelle 8
Àquivalentgewicht (Ausflockungsgrenze)
Lösung, beobachtet
bei den V erseif ungs-
versuchen mit 0,1 und 0,5n HCl und wechselnden
Tabellen
(Siehe
(Bei pH
flockung ein.)
3, 4, 5 und 6.)
Kritisches
pH
Versuchsreihe
40°
(0,1
n
0,3 (0,5
n
1
HCl)
HCl)
|
tische
> 1
Versuchsreihe
55"
keine
Aus¬
70°
273
251
245
280
ersichtlich,
Versuchsreihe
90°
Versuchsreihe
264
Äquivalentgewicht
Temperaturen.
trat
Aequivalentgewicht (Ausflockungsgrenze)
249
Aus Tabelle 8 ist
zusam¬
239
daß mit sinkendem
des Pektins
steigt.
281
î
pH
das kri¬
Eine Ausnahme bildet
die Versuchsreihe bei 55°.
Mit
zunehmender
nimmt
die
H-Ionenkonzentration
Löslichkeit
des
Pektins
(vermehrte HC1infolge Dissozia-
Zugabe)
tionszurückdrängung ab. Bei der Verseifung wirkt sich dies in
einer Erhöhung der Ausflockungsgrenze (kritisches Äquivalent¬
gewicht)
aus.
30
_
In
Tabelle
9
sind
die
—
der
Werte
Verseifungskonstanten
zusammengestellt.
Tabelle 9.
Verseif ung
konstante K„ in
von
Pektin in
Abhängigkeit
wäßriger Lösung. Verseifungs-
pH und
Lösungen).
vom
40°
103
Kv
n
HCl, pH
Pektin in 0,5
n
HCl, pH 0,3
1
Temperatur (1
55°
70°
A>103
/CvlO«
Pektin in H20, pH 2,8
Pektin in 0,1
der
o/o ige
90°
Kv
103
0,206
1,27
6,80
2,09 ±0,08
4,53 ±0,11
31,5 ±1,1
125± 11
12,2
43,9 ±1,3
208 ± 18
754 ±3
+
0,3
Bei den Reihen mit veränderlichem Kv
90° und
70°)
96 Stunden
wählten wir willkürlich die
Verseifungszeit
(Pektin in H20 bei
Kv-Werte, welche sich auf
beziehen.
Die A>Werte der
H20-Reihen (pH 2,8) zeigen eine gewisse
(siehe Versuche bei 90° und 70°, Tabellen
3 und 4). Die Versuche mit HCl
(pH 1 und 0,3, Tabellen 3, 4
und 5) ergaben hingegen annähernd konstante Kv-Werte. Die Ur¬
Tendenz
zur
Zunahme
sache dieses verschiedenen Verhaltens soll hier untersucht werden.
Beim Verseifen von Pektin mit OH-Ionen stellte Deuel
(4)
fest, daß die Verseifungsgeschwindigkeit zu Beginn der Reaktion
am größten ist und
gegen das Ende hin immer mehr abnimmt.
Er
erklärt dies durch
die zunehmende
Aufladung des
Makroanions, bedingt durch die freiwerdenden ionogenen
Gruppen (COO). Bei der alkalischen Verseifung nehmen die OHIonen aktiv
der Reaktion
Gegensatz zur sauren Ver¬
seifung, wo die H-Ionen katalytische Wirkung haben.
Je besser sich nun die OH-Ionen dem Pektinmolekül nähern
können, desto leichter und schneller erfolgt die Reaktion. Infolge
an
der zunehmenden
teil,
im
negativen Ladung des Pektinkolloids werden
gleichnamig geladenen Hydroxylionen immer mehr abge¬
stoßen. Dadurch ergibt sich die Ab n ahm e der Reaktions¬
geschwindigkeit resp. der Verseifungskonstanten.
die
—
Die
31
—
der
Messungen
Verseifung von Pektin-Lösungen in
erfolgten
pH von 2,8 (ohne Zusatz von HCl).
Bei erhöhter Temperatur (90° und 70°) zeigt sich, im Gegensatz
zur alkalischen Verseifung, ein deutliches Ansteigen der schein¬
baren Verseifungskonstanten mit fortschreitendem Verseifungsprozeß.
Der Anstieg von Kv kann durch die Zunahme der Wasserstoff¬
Wasser
bei einem
ionenkonzentration während der
Verseifung erklärt werden. Die
katalytische Wirkung, eine Vermehrung derselben
Steigerung der Verseifungsgeschwindigkeit führen.
würde durch die Pufferung der Lösungen ausge¬
H-Ionen haben
kann
zu
einer
Dieser Effekt
schaltet.
Die während der
Ionen bewirken
bei
Verseifung
Anwesenheit
des Pektins freiwerdenden Hvon
HCl
geringe
Zunahme der Wasserstoffaktivität.
bei der
Verseifung
ständlich.
mit
nur
noch
eine
Die Konstanz
0,1 resp. 0,5n HCl
wird
sehr
von
dadurch
Kv
ver¬
C. Die
Decarboxylierung
Schon 1892 wurde in einer Arbeit
und Tollens
von
des Pektins
Günther, de Chalmot
daß die Uronsäuren durch
darauf
(17)
hingewiesen,
Einwirkung von 12°oiger HCl (d
1,06) bei Siedetemperatur
CO« abspaltet. Diese Reaktion wurde später von Lefèvre und
Tollens (28) als Methode zur quantitativen Bestimmung des Urondie
=
säure-Lactons verwendet. Sie bestimmten sowohl das freiwerdende
als auch das
COL,
gleichzeitig entstehende
Vom Uronsäure-Lacton
folgendermaßen
gang
ausgehend
:
Furfurol
H„.
C6Hg06 -2^U QH402
Diese
alle
Furfurol.
formulierten sie den Vor¬
C02
+
Reaktions-Formel
+
2H20
gilt prinzipiell
für
Uronsäuren.
Das
tion
C O
2
bestimmten
gravimetrisch
Die
führung
ermittelt wurde.
Ausbeute
der
Die
Ausbeute
Mol
an
bei
richtiger
dem theoretischen
Durch¬
Wert: 1
Mol
C02.
Furfurol
Dies wird damit
durch die
C02 entspricht
an
Bestimmung
Uronsäure liefert 1
Menge.
Lefèvre und Tollens durch Absorp¬
KOH, während das Furfurol als Phloroglucid
in
entsprach
nicht
der
erwarteten
erklärt, daß das entstandene Furfurol
HCl-Einwirkung
zum
Teil
zu
harzigen, schwer destil¬
lierenden Produkten zersetzt wird.
In der Folge fand die Methode von Lefèvre und Tollens für
Bestimmung der Uronsäuren weite Verbreitung. In sehr vielen
Arbeiten über Pektin findet man Analysen von Pektinsäure, welche
im Prinzip nach der Methode von Lefèvre und Tollens durch¬
geführt wurden.
Für unsere Bestimmungen verwendeten wir mit einigen
zweckdienlichen Abänderungen die Apparatur, welche Ehrlich (7)
im Handbuch der Pflanzenanalyse beschreibt: Nach den Angaben
die
—
von
33
Ehrlich wird Luft durch die
wenden. Das
6.
wir
preßten
N2
hochgetrocknetem Silicagel, anstatt CaCl2 zu ver¬
Silicagel ist leicht regenerierbar und zeigt die Sätti¬
mit
nungsgefäße
Figur
Apparatur gesaugt,
hindurch. Ferner füllten wir die Trock¬
mittels einer N-Bombe
gung mit
—
H20
durch Farbwechsel
Apparatur
für die
an.
Uronsäurebestimmung nach Lefèvre und Tollens
(C02-Absorption).
I. Waschflasche mit KOH 1
II.
Zersetzungskolben
mit
Waschgefäß
mit
1.
IV. U-Rohr mit
V.
VI.
Rückflußkuhler.
III.
:
H20.
Silicagel (blau).
Kaliapparat.
Trocknungsturm
mit
Silicagel.
VII. Waschflasche mit KOH 1
:
1.
Serienbestimmungen geeignete Apparatur beschreibt
(3).
C02 wird dort von Ba(OH)2 absorbiert und durch
Titration bestimmt. Die Titration wird innerhalb der Apparatur
Eine für
Conrad
Das
C02-freier Atmosphäre durchgeführt. Die Absorptionsgefäße
Zerlegung der Apparatur ausgespült werden. Unsere
Untersuchungen basierten stets auf der Gravimetrie.
Ferner liegen von Freudenberg und Mitarbeitern (14) An¬
gaben über eine Halbmikro-Uronsäurebestimmung vor.
Untersuchungen über die Decarboxylierungdes Pek¬
tins im pH-Bereich von 0,3—2,8 bei Temperaturen unter 100° C
wurden in dieser Arbeit durch eigene Versuche vorgenommen und
die Ergebnisse mit Angaben der Literatur verglichen.
in
können ohne
34
—
Link und Niemann
—
(31) beschäftigten
sich
eingehend
mit der
Decarboxylierung des Pektins durch verdünnte Mineralsäuren. Bei
Darstellung von Uronsäuren aus ihren Polymeren war ihnen
aufgefallen, daß schon bei HCl-Konzentrationen unter
12 o/o (bei Siedetemperatur) eine teilweise Decarboxylie¬
der
auftrat.
Die für die Totalhydrolyse des Pektins zu
notwendige Zeit ist bei Verwendung von ver¬
dünnter HCl (5 o/o) relativ lang. Die C02-Abspaltung und gleich¬
zeitige Furfurolbildung macht sich bereits bemerkbar und ver¬
rung
Galakturonsäure
hindert das Erreichen der theoretischen Ausbeute
an
Galakturon¬
säure.
Link und Niemann
tinlösungen
temperatur.
Unter
schwindigkeit
machten
diesen
Hydrolyse-Versuche
Bedingungen
klein, daß der
so
den Uronsäure
Ausbeute
(31)
bei Pek¬
mit Mineralsäurekonzentrationen unter 1%, bei Siede¬
H
decarboxyliert
war
die
Hydrolysege¬
e
i 1 der freiwerden¬
wurde.
Die Galakturonsäure-
a u
p 11
daher sehr
gering.
Gewinnung von Galakturonsäure mußte die¬
jenige Säurekonzentration gefunden werden, welche eine relativ
hohe Hydrolysegeschwindigkeit ermöglicht und gleichzeitig noch
wenig decarboxylierend wirkt. Ihre Versuche zeigten, daß die
optimale HCl-Konzentration zwischen 2 und 5 o/o
liegt. Eine teilweise Decarboxylierung kann aber auch bei Anwen¬
dung dieser Konzentrationen nicht vermieden werden.
war
Zum Zweck der
Schließlich
wurde
Bei
noch
der
Temperatureinfluß
untersucht.
war
Temperaturen
xylierende Wirkung verdünnter Mineralsäure (2—5 o/0
HCl) unbedeutend. Trotzdem kann nicht bei diesen Tempera¬
turen gearbeitet werden, da die Ausbeute an Galakturon¬
säure infolge der stark verlangsamten Hydrolyse zu gering
i
s
unter
10 0°C
die decarbo-
t. Leider wurden die Versuche über die
kung
von
decarboxylierende Wir¬
Temperaturen von
Temperaturgebiet, das für die
verdünnten Säuren auf Pektin bei
65—100° C nicht
veröffentlicht, ein
Praxis der
Pektindarstellung bedeutsam ist.
Feststellung von Link und Niemann (31),
daß bei der Decarboxylierung von Pektin mit verdünnten Säuren
nicht eine dem C02 entsprechende Menge Furfurol entsteht, sonInteressant ist die
—
35
—
gebildet wird,
dem daß neben Furfurol noch eine andere Substanz
die
Fehling
reduziert und die verschiedenen Teste der Pentose¬
zeigt. Die Zusammensetzung dieser Substanz ist unbekannt.
Im Zusammenhang mit dieser Feststellung soll auf die etwas
später erschienene Arbeit von Franken (13) aufmerksam gemacht
werden, worin gezeigt wird, daß durch Decarboxylierung von
reiner Galakturonsäure
(Ba-Galakturonat) mit 4<>/oiger H2S04
Kochen
am
Rückfluß) unter den Abbaupro¬
5stündigem
(nach
zucker
dukten neben Furfurol auch Arabinose
konnte. Franken weist im Anschluß
an
nachgewiesen
Feststellung
diese
werden
auf die
genetische Verknüpfung von Uronsäuren und Pen¬
tosen hin. Ein Übergang scheint in der Natur wahrscheinlich zu
sein. Das häufige gemeinsame Vorkommen von d-Qalakturonsäure
(Pektin) und 1-Arabinose (Araban) spricht für diese Auffassung.
1-Arabinose
d-Galakturonsäure
l
CH(OH)
CH(OH)
I
i
HCOH
HCOH
I
OHCH
I
OHCH
->
OHCH
o +
O
co2
OHCH
I
I
H,C
HC
COOH
(3) fand, daß bei längerem Kochen von Apfel- und
Citrus-Pektin mit 0,l<>/oiger HCl oder H 2 S04 schon eine
merkliche Decarboxylierung eintritt. Er bestimmte die
C02-Abspaltung von Apfel- und Citrus-Pektin bei 16stündiger
Einwirkung von kochender HCl und H2S04 verschiedener Kon¬
zentration. Schwefelsäure erwies sich weniger wirksam als Salz¬
Conrad
säure.
Dies wird durch die
größere
H-Ionen-Aktivität der Salz¬
säure erklärt.
Außer der früher zitierten kurzen
von
Link und Niemann
gehende
(31)
Versuche über die
dünnter Salzsäure bei
in der Arbeit
Anmerkung
konnten in der Literatur
Decarboxylierung
Temperaturen
unter
von
nirgends
Pektin in
100°C
ein¬
ver¬
gefunden
—
36
—
werden. Die oben erwähnten Versuche wurden alle bei Siedetem¬
peratur durchgeführt.
Wir untersuchten
Pektin-Lösungen
deshalb die
C02-Abspaltung
l«"oigen
von
in Salzsäure bei verschiedenen Konzentrationen
und bei
Temperaturen von 90° und 70° C. Gleichzeitig prüften wir
Lösungen qualitativ auf das Vorhandensein von Furfurol durch
die Eisessig-Anilin-Probe (Rotfärbung).
die
Die
C02-Bestimmungen
wähnten,
gemacht.
200
ccm
wurden
etwas modifizierten
von uns
der 1
mit
der
o/0igen Pektin-Lösung
mit der
Konzentration wurden in den Reaktionskolben
Apparatur
ohne
Verbindung
schon
Apparatur
früher
er¬
nach Ehrlich
(7)
gewünschten
gebracht
HO-
und die
mit dem
Kaligefäß zusammengesetzt.
N2 durchgeleitet und schlie߬
lich rasch im Ölbad auf die entsprechende Versuchstemperatur
erhitzt. Sobald die gewünschte Temperatur erreicht war, wurde
das vorher gewogene Kaligefäß angeschlossen und während 24
Stunden ein konstanter N2-Strom durch die Apparatur gepreßt.
Es entstehen bei diesem Vorgehen noch keine C02-Verluste. Nach¬
Hierauf wurde während 2 Stunden
her bestimmte
Tabelle 10.
man
die Gewichtszunahme des
Decarboxylierung
Reakti¬
Konz.
HCl
Temp.
onszeit
co2
/ in
von
Kaligefäßes.
Pektin in
Pektinsaure
decarboxyliert
ledger Lösung.
Pektinsaure decar¬
boxyliert
in
°/o der
Gesamt-Pektinsäure
Std.
g
g
g
12%
Siedetemp.
15
0,3738
1,4952
100
H20
0,1 n
0,5 n
12%
90°
90°
90°
90"
24
0,0072
0,0100
0,0555
0,3503
0,0288
0,0400
0,0220
1,4012
2,7
14,9
94,0
H„0
70°
24
0,1
0,5
n
70°
24
n
70°
24
0,0054
0,0053
0,0120
0,0216
0,0212
0,0480
1,4
1,4
3,2
Unter
24
24
24
1,9
Furfurolprobe
mit
Anilin-Eisessig
stark
positiv
negativ
schwach positiv
deutlich positiv
stark
positiv
negativ
negativ
schwach
positiv
gleichen Bedingungen wurde ein Blindver¬
durchgeführt und bei den Resultaten berücksich¬
tigt. Die Gesamtpektinsäure in 200 ccm lo/oiger Lösung wurde
genau
such mit Wasser
—
durch
15
Erhitzen bei
37
Siedetemperatur
Stunden ermittelt.
Die
—
mit
12<>/oiger
HCl während
nachstehenden Zahlen stellen durch¬
wegs Mittelwerte dar.
Übereinstimmung mit den
Temperaturen
(31),
Decarboxylierung von Pektin
Aus der Tabelle 10 ersieht man, in
Befunden
unter
von
daß bei
Link und Niemann
100° C
die
durch verdünnte
Erst durch die
Mineralsäuren unbedeutend ist.
Einwirkung
von
0,5n
HCl
(1,8o/o)
ein.
bei
Q0°
C02-Abspaltung
geht hervor, daß die in dieser Arbeit durchgeführten
Verseifungsmessungen durch die Decarboxylierung nicht
tritt eine
deutliche
Daraus
wesentlich
beeinflußt
wurden.
D. Der Kettenabbau des Pektins
Allgemeines
1.
hydrolytische Abbau durch Säureeinwirkung wurde
Polysacchariden eingehend untersucht. Dabei
treten hauptsächlich Untersuchungen über Stärke und Cellu¬
lose hervor. Meyer, Hopff und Mark (36) beschäftigten sich mit
dem hydrolytischen Abbau der Stärke in verdünnter
HgSO^ und
Der
bei verschiedenen
studierten die
Kinetik der
Schlüsse über die Art der
des Stärkemoleküls
Arbeiten
von
Kettenspaltung, um dadurch
Bindungen der Glucosereste innerhalb
ziehen
zu
können.
Aufschlußreich
sind die
Freudenberg, Kuhn und Mitarbeitern (15) über die
hydrolytische Kettenspaltung bei Cellulose und Stärke. Die Unter¬
suchungen von Kuhn (27) über die Kinetik des Abbaus hochmole¬
kularer Ketten sind allgemein gehalten und vermitteln einen Ein¬
blick in den Mechanismus der Hydrolyse von polymeren Kohle¬
hydraten.
Ähnlich wie die Cellulose und die Stärke besteht das Pektin
aus
Makromolekülen,
sidische
bezug
in denen die Grundmoleküle durch
Bindungen zusammenhängen.
auf die
Struktur,
welche
Diese
gluoo-
Verwandtschaft
zwischen dem
Pektin und
in
der
Stärke resp. der Cellulose
besteht, läßt auf eine gewisse Ähnlich¬
Verhaltens beim hydrolytischen Abbau schließen. Es
wurde deshalb geprüft, ob die in den oben erwähnten Arbeiten
keit
des
über Stärke und Cellulose angewendeten
auch beim Pektin anwendbar sind.
Systematische Messungen
des
Untersuchungsmethoden
hydrolytischen Kettenabbaus
durch verdünnte Säuren beim Pektin konnten in der Literatur nicht
gefunden werden.
Rein qualitative
Einfluß
Ehrlich
zu
von
Untersuchungen
Säure auf das
Pektin
und
Beobachtungen
liegen
mehrfach
über den
vor.
Schon
(7) stellte fest, daß das Pektin durch verdünnte Säuren
Verbindungen von kleinerer Molekülgröße, welche er „Pektol-
39
—
—
„Pektolaktonsäure" nennt und schließlich
(Galakturonsäure) aufgespaltet wird. Im
säure" und
Bausteinen
bis
zu
Laufe
den
der
konstatierte Ehrlich eine starke Zunahme der redu¬
Hydrolyse
Eigenschaften der Lösungen.
(23) beobachteten bei ihren Versuchen die
relativ große Resistenz des Pektinmoleküls gegen
Hydrolyse durch stark verdünnte Mineralsäure (0,05n HCl),
im Gegensatz zur Empfindlichkeit des Arabans. Darauf beruht
die auch in der Technik verwendete Methode zur Entfernung der
zierenden
Hirst und Jones
Pentosane
Pektin. Auch Saeverborn
vom
(48)
beobachtete eine
Säurehydro¬
große Widerstandsfähigkeit
Feststel¬
ähnliche
lyse. Sauer und Sanzenbaôher (47) machten
lungen.
Link und Dickson (29) versuchten durch Hydrolyse von
Pektin mit 2,5<>/oiger HCl am Rückfluß Galakturonsäure
darzustellen. Sie erreichten jedoch niemals die theoretische
des Pektins gegen
relativ
Ausbeute. Die Ursache der eintretenden Verluste soll die decar-
boxylierende Wirkung
der Mineralsäure auf die Uron-
sein, welche bei den weit abgebauten Pektinmolekülen und
der Galakturonsäure stärker in Erscheinung tritt, als bei den höher
molekularen Polyuroniden. Link und Nedden (30) bringen detail¬
säuren
lierte
Angaben
der
von
Link und Dickson mehr
allgemein behan¬
delten Methode.
(38) konstatierten, daß nach 8stünimmer
digem Erhitzen von Pektin mit 5°/oiger HCl im Wasserbad
8—10
Galakturonsäureanhydridmindestens
mit
noch Ketten
Morell,
Baur und Link
Gliedern vorhanden sind.
Öno (43) hydrolisierte Pektin mit 5°/oiger H2S04 nach den
Angaben Ehrlic/is. Er isoliert aus dem Hydrolysat die Ehrlichsche
„Pektolsäure" und „Pektolaktonsäure". Aus der Pektolsäure,
einem schwer definierbaren Abbauprodukt, stellte Öno durch Er¬
hitzen auf 145—150°C im Autoklaven in l°/oiger H2S04 reine
kristallisierbare Galakturonsäure dar.
Angaben geht hervor, daß die
vielfach untersucht und angewendet
Aus all diesen verschiedenen
Hydrolyse von Pektin
großer Teil der Versuche wurde bei höheren Tem¬
peraturen und nur bei sehr tiefem pH durchgeführt.
saure
wurde. Ein
—
40
—
Bei diesen
Bedingungen treten leicht Reaktionen auf, welche
Abbauprodukten führen, die nicht nur durch Hydrolyse, sondern
auch durch Zersetzung entstanden sind. Es wird sich dabei haupt¬
sächlich um Decarboxylierung und weitere Zersetzung in Furfurol etc. handeln. Wir führten einige Untersuchungen über die
Decarboxylierung durch, welche bereits besprochen wurden. Durch
diese Nebenreaktionen wird die saure Hydrolyse des Pektins sehr
unübersichtlich und ist schwierig zu messen. Wir versuchten deshalb
unter Bedingungen zu arbeiten, bei welchen die erwähnten schwer
zu
kontrollierbaren Faktoren noch nicht oder
nur wenig in Erschei¬
Verseifungsversuchen erstreckte
Temperaturen von 20—90° C bei
nung treten. Gleich wie bei den
sich
unser
Meßbereich
nur
auf
pH-Variationen von 0,3—6,1, wie
gewinnung angewendet werden.
2. Die
Das
sie in der Praxis der Pektin¬
Molekulargewichtsbestimmüng
Pektin
und
gehört
die
Ermittlung
zu
ist
ein
heteropolares
den makromolekularen
seiner
Teilchengröße
beim Pektin
Linearkolloid
Substanzen.
muß eine Methode
Für
gewählt
werden, welche für Verbindungen ähnlichen Charakters gut
unter¬
sucht ist und sich bewährte.
Die
Kryoskopie und Ebullioskopie als klassische
Molekulargewichtsbestimmung versagen voll¬
bei
Makromolekülen mit Molekularge¬
ständig
wichten über 1500 0, da die Gefrierpunktserniedrigungen
resp. Siedepunktserhöhungen in diesem Bereiche zu gering wer¬
den, um brauchbare Messungen zu erlauben (siehe darüber bei
Staudinger und Mitarbeitern (53)). Besser eignet sich die osmo¬
tische Methode, welche für die Bestimmung von Molekül¬
kolloiden speziell untersucht und ausgebaut wurde.
Die osmotischen Messungen bei Fadenmolekülen wurden von
Staudinger und Schulz (55) eingehend studiert. Sie sind wichtig
Methoden der
für die
viskosimetrischen
stimmungen,
Hilfe osmotischer
Untersuchungen
Molekulargewichtsbe¬
da die ^„-Konstanten vielfach
Messungen geeicht
von
Staudinger und
experimentell
werden. Die
Mitarbeitern
mit
eingehenden
(54a) zeigen die
—
41
-
Brauchbarkeit der viskosimetrischen
Molekular¬
gewichtsbestimmungen für Fadenmoleküle. Sie
sind experimentell leicht und schnell mit relativ einfachen Appara¬
turen durchführbar.
können die Teilchengrößen von Molekülkolloiden
Ultrazentrifuge nach Svedberg (54) gemessen
werden. Letztere Methode wird jedoch nur in wenigen Labora¬
torien angewendet, da sehr komplizierte und kostspielige Appara¬
Ferner
durch die
turen erforderlich sind.
Die bisher beschriebenen Methoden sind
Natur. Es
auf
gibt
aber auch
chemischem
Möglichkeiten,
Wege
zu
physikalischer
Molekulargewicht
das
ermitteln.
Es handelt sich hier
Erfassung der Endgruppen. Als Beispiel soll
Bestimmungsmethode bei der Cellulose erwähnt
um
die
die
chemische
werden. Hier wurden die
Methoden ermittelt. Nach
Endgruppen durch zwei
Haworth (19) bildet sich
der Cellulose
dem
nicht
verschiedene
bei vollstän¬
reduzierenden
digem Methylieren
Endglied der Cellulosekette ein 2, 3, 4, 6-Tetra-methyl-glucoserest,
während der übrige Teil der Kette pro Glied nur drei Methyl¬
dieser
gruppen aufnehmen kann. Durch vollständige Hydrolyse
und
Gemisch
ein
wird
von
Cellulose
Tri-methylmethylierten
aus
Tetra-methyl-glucose erhalten, welches auf Grund des verschie¬
denen Dampfdruckes der Komponenten getrennt wird. Aus der
vorhandenen Menge an Tetra-methyl-glucose kann die Kettenlänge
der Cellulose berechnet werden.
Endglied mit freiliegender Aldehydgruppe
Reduktionsvermögen bestimmt werden.
Durch Titrationen mit alkalischem Hypojodit bestimmten
Bergmann und Mache mer (1) bei Hydrolyseprodukten der Cellu¬
lose das Durchschnittsmolekulargewicht. Bei nativer Cellulose ver¬
sagte die Methode, da infolge der großen Kettenlänge der Gehalt
Das
kann durch sein
an
meßbaren
Die für
wendeten
Endgruppen zu gering ist.
die Molekulargewichtsbestimmung
Methoden
sollen
an
Hand
des Pektins ange¬
der Literatur
besprochen
werden.
Ehrlich
(8)
präparate durch
Molekulargewicht seiner Pektin¬
kryoskopische Messungen. Er erhält
bestimmte das
—
42
—
dabei sehr
niedrige Werte; nämlich 1100 resp. 1300. Die Unzu¬
länglichkeit der kryoskopischen Methoden für die
Ermittlung von Molekulargewichten bei Makromolekülen wurde
schon früher erwähnt. Kleine Mengen angströmdisperser Verun¬
reinigungen beeinflussen die Messungen übermäßig stark.
Schneider und Fr Uschi
(49b) prüften die nach den EhrlichAngaben hergestellten Pektinpräparate durch osmotische
Messungen und erhielten Werte von 30 000—40 000, also unge¬
fähr das 30 fache. Auch hier spielen die angströmdispersen Ver¬
unreinigungen eine stark störende Rolle.
schen
Morell,
Baur und Link
(38)
ermittelten die
Kettenlänge von
Abbauprodukten
Endgruppen¬
bestimmungen. Zu diesem Zwecke methylierten sie ihr Präparat
durch die Einwirkung von absolutem Methylalkohol und gas¬
förmiger HCl. Sie erhielten dadurch eine vollständig veresterte,
aber stark abgebaute Pektinsäure, deren Endgruppen als
Methylglucoside vorliegen. Hierauf wurden die EsterMethoxylgruppen durch die Einwirkung von verdünnter NaOH
bei 25° C verseift und entfernt. Das glucosidische Methoxyl wird
ihrer Citrus-Pektinsäure durch
dadurch
nicht
abgespaltet. Durch eine einfache Ermittlung des
Methoxyls (Zeisel) konnte nun auf die Ketten¬
länge geschlossen werden. Die Berechnungen ergaben Ketten
noch vorhandenen
mit 8
—
10 Gliedern.
Diese niedrigen Werte lassen auf einen
Methylierung schließen, wie zahlreiche Ver¬
Institutes es bestätigen1).
starken Abbau bei der
suche
unseres
Auch beim Pektin wurde die
der
reduzierende
Dabei
konnten
Wirkung
jedoch keine
Endgruppen gemessen.
Molekulargewichtswerte ermittelt werden. Diese Be¬
stimmungen dienten mehr als relatives Maß bei Abbauver¬
suchen etc. Beispielsweise wurde der fermentative Abbau von Pek¬
tin durch Messung der Zunahme der reduzierenden Eigenschaften
verfolgt. In diesem Zusammenhang nennen wir die Arbeiten von
Ehrlich (6), Mehlitz und Scheuer (34), sowie Kertesz (25). Auf
diese Art der Endgruppenbestimmung beim Pektin werden wir
später noch eingehender zu sprechen kommen.
absoluten
!) Von
Herrn
Dr. E.
Eichenberger (Agrikulturchem.
Inst.
E. T.
H.).
—
Weitaus
am
43
—
wurde beim Pektin bisher die
häufigsten
v
Molekulargewichtsmessung
kosimetrische
i
s
-
an¬
gewendet. Sowohl bei der wissenschaftlichen Erforschung der
absoluten Kettenlänge, als auch bei Messungen in der Praxis ver¬
suchte
zu
man
mit
Hilfe der viskosimetrischen
Methode
zum
Ziel
gelangen.
Die
estern
Arbeiten
von
über
Konstitutionsermittlung
die
basieren
Schneider und Mitarbeitern
welche
Teil auf
an
(49)
Nitropektinen
zum
Pektin¬
großen
und Ace-
Viskositätsmessungen,
tylpektinen durchgeführt wurden. Ferner wurden auch am hie¬
sigen Institut eingehende viskosimetrische Untersuchungen an
Pektinlösungen vorgenommen (siehe Deuel (4)). Andere inter¬
an
essante Arbeiten über die Viskosität beim Pektin stammen
Kortschak (26), sowie
von
Luedtke und Felser
Auch Morell, Baur und Link
pektin.
dings stark abgebauten Präparaten
(38)
(32)
führten
an
von
bei Flachs¬
ihren aller¬
sehr genaue Viskositätsbestim¬
mungen durch.
Osmotische
Messungen
wurden
bei
Pektinestern
(49b)
(Nitropektin, Acetylpektin)
osmotische
Die
Molekulargewichtsbestimmung ist
durchgeführt.
für die direkte Ermittlung von absoluten Werten
von
Schneider
und
Fritschi
geeignet. Durch Viskosimetrie erhält man nur relative Mole¬
kulargewichte. Mit Hilfe der /Cm-Konstanten können auch
hier absolute Molekulargewichte berechnet werden.
Dies hat jedoch zur Voraussetzung, daß einmal parallele Unter¬
suchungen der Viskosität und des osmotischen Druckes angestellt
werden.
3.
Viskosimetrische
Untersuchungen
a) Methodik
Wie
wir
schon
früher
messung bei der modernen
spielt die Viskositäts¬
Pektinforschung eine wichtige Rolle.
erwähnten,
DerheteropolareCharakterdes Pektinmoleküls erschwert
jedoch eine einwandfreie Molekulargewichtsermittlung durch Vis¬
kositätsbestimmungen in wäßriger Lösung. Die Arbeiten von
Kern (24) über Polyacrylsäure erklären das spezielle Ver-
44
—
halten
der
—
polyionischen
Säuren
und
ihre
typi¬
schen Viskositätseffekte. Die durch diese Untersuchun¬
gen erhaltenen Erkenntnisse können
übertragen
und
Teil auch auf das Pektin
zum
werden. Danach müssen wir zwischen einem
einem
„makromolekularen"
„ionalen"
Faktor
unterscheiden,
Viskositätseigenschaften beeinflussen. Ein
Wechsel in der Aufladung der Makroanionen, welcher durch Dis¬
soziationsveränderungen ( Elektrolytzusätze, Neutralisationsgrad
und Konzentration des
Pektins) zustande kommen kann, wirkt sich
auf die Viskosität aus. In diesem
Zusammenhang muß auch auf die
welche
beide
die
interionischen Kräfte aufmerksam gemacht werden, welche
sich infolge der kleinen Distanzen zwischen
den ionogenen
Gruppen (COO)
der einzelnen Moleküle schon bei relativ
geringen
Konzentrationen bemerkbar machen. Diese Eigenschaften müssen
beim Pektin
speziell berücksichtigt werden,
einer teilweise
zu
da wir
es
hier mit
veresterten, makromolekularen Säure
tun haben. Beim Verseifen
Carboxylgruppen,
und
steigt die
demzufolge
Zahl der
freien, ionisierten
müssen auch die interionischen
Kräfte zunehmen.
Bei der
Lösungen
Durchführung
müssen
diese
von
Viskositätsmessungen
an
Pektin-
elektrochemischen
speziellen
Eigen¬
heteropolaren Linearkolloide berücksichtigt werden.
Schneider und Mitarbeiter (49) suchten diese
Schwierigkeiten
schaften der
zu
umgehen, indem
vate
sie das Pektin in
die
umsetzten,
in
polymeranaloge
Deri¬
apolaren organischen Lösungsmitteln
löslich sind. Sie erreichten dies durch die
und
Acetylpektine.
erschien
uns
bietet, jedoch
diese
zu
keiten einer d i
re
Für die
Methode, die
Herstellung ihrer Nitrovorgesehenen Abbauversuche
uns
keine besonderen Vorteile
umständlich. Es wurden deshalb die
k t
en
Messung
in
Möglich¬
wäßriger Lösung
untersucht.
Staudinger (54b) führte viskosimetrische Molekulargewichts¬
an
Polyakrylsäuren in wäßriger Lösung durch. Zur
Ausschaltung des früher erwähnten ionalen Faktors arbeitete er
messungen
mit einem
Überschuß
von
NaOH
Linearkolloide werden dadurch in ihren
den
homöopolaren Makromolekülen
(2n). Die heteropolaren
Viskositätseigenschaften
sehr ähnlich.
—
Ferner
wurden
45
—
viskosimetrische
Molekulargewichtsbestim¬
Alginsäure, einer Polymannuronsäure, in 2n
NaOH-Lösungen durchgeführt (fieen (20)). Dabei muß allerdings
gesagt werden, daß die Alginsäure ein kleineres Molekulargewicht
hat als das Pektin, weshalb die Gefahr des Auskoagulierens bei
der relativ hohen Elektrolytkonzentration geringer ist.
Die Erklärung für die Beeinflussung der Viskosität von hete¬
ropolaren Linearkolloiden durch den Zusatz von anorganischen
bei
mungen
Elektrolyten ist nicht einfach. Nach Pauli (44) ist das aufgeladene
Kolloidion infolge polarer Adsorption relativ stark hydratisiert.
Diese Hydratation wirkt ähnlich wie eine Teilchenvergrößerung
und erhöht deshalb die Viskosität. Durch das Zusetzen eines Über¬
anorganischen Elektrolyten wird die Aufladung der
Kolloidteilchen herabgesetzt. Dementsprechend nimmt auch die
Hydratation ab, und es sinkt die Viskosität. Bei genügender Elek¬
trolytzugabe kann dieser Hydratationseffekt weitgehend aufge¬
schusses
an
hoben werden.
Erklärung
Schwarmbildung an,
Als weitere
führt
Staudinger (54b) die sogenannte
welche durch die interionischen
Kräfte zustande kommen soll. Ein Säureanion
mit Na-Ionen, und eine
Gruppe
von
umgibt sich
z.
B.
Na-Ionen wird wieder mit
Wechselwirkung treten. Da¬
durch werden die polyvalenten Kettenmoleküle gewissermaßen
untereinander festgelegt und bilden ein feines Gerüst, wodurch
die Viskosität erhöht wird. Bei der Zugabe von niedermolekularen
nicht koagulierenden Elektrolyten im Überschuß wird die Schwarm¬
bildung ebenfalls aufgehoben. Die Fadenanionen können sich nicht
mehr zufolge interionischer Kräfte untereinander festlegen, da
Carboxylionen
jedes
Ion
Anionen
Die
retisch
von
des Makroanions in
einer
großen Zahl niedermolekularer Kationen und
umgeben ist.
gemachten Ausführungen sollten zeigen, daß es theo¬
möglich ist, an wäßrigen Pektin-Lösungen relative
Molekulargewichtsbestimmungen
durch
trie durchzuführen. Tatsächlich wurden auch viele
Viskosime-
derartige
Mes¬
sungen durchgeführt, allerdings mit ungleichem Erfolg. Schneider
und Bock (49) äußern sich ablehnend zu den Viskositätsbestim¬
mungen in wäßriger Lösung. Ripa (45) weist auf die nicht absolute
46
—
—
Zuverlässigkeit derartiger Messungen hin. Neuere Arbeiten zeigen
aber, daß bei kritischer Durchführung der Versuche gut verwert¬
bare
Resultate
Untersuchungen
erzielt
von
werden
Maisch
(4),
gehend behandelt wird.
wo
Bei
durch
prüfen.
die Methodik der
können.
Wir
(33),
Viskositätsmessung
Viskositätsmessungen handelte
hydrolysierten Pektine auf ihren
unsern
Säure
verweisen
sowie auf die Arbeit
auf die
von
Deuel
beim Pektin ein¬
es
sich
darum, die
Abbauzustand
zu
Die
große Zahl der durchzuführenden Bestimmungen er¬
forderte eine einfache, schnell arbeitende Methode, die gleich¬
zeitig gute Vergleichswerte liefert. Komplizierend wirkte auf die
Durchführung der Messungen die Notwendigkeit, den störenden
Einfluß des ungleichen Veresterungsgrades der Pek¬
tinproben durch vollständige Verseifung zu beseitigen.
Der Einfluß des
Äquivalentgewichtes
auf die Viskosität ist nicht
unbedeutend. So
kosimetrisch
zeigte Deuel (4), daß man die Verseifung visgut verfolgen kann, indem Unterschiede im Ver¬
esterungsgrad durch die Viskosität festgestellt werden können.
Fehlerquellen auszuschalten, verseiften wir sämtliche
Lösungen vollständig mit einem doppelten Überschuß von NaOH,
bevor die Viskosität bestimmt wurde. Bei der Zugabe von NaOH
für die Verseifung mußte gleichzeitig auch die in den Proben vor¬
handene HCl neutralisiert werden, da ja die Pektin-Lösungen vor¬
her für den Abbau mit HCl gemischt wurden. Durch die
Zugabe
Um diese
von
hält
einem Überschuß
man
an
NaOH
Na-Pektat-Lösungen
zu
mit
den
HCl-Pektin-Lösungen
einem
gewissen Gehalt
NaCl und NaOH. Die Pektinsäure wird zunächst
er¬
an
ausgefällt
nachherigem Auswaschen mit 70°/oigem
Alkohol von niedermolekularen Elektrolyten befreit. Nach Auf¬
lösung in 0,ln Pyridin wird sie viskosimetriert. Diese Me¬
und
mit Salzsäure-Alkohol und
thode erwies sich als
sehr
erwies sich für die
zeitraubend und
heikel, da geringe
anorganischen Elektrolyten die Viskosität
Verunreinigungen
der Pyridin-Pektatlösungen
von
stark veränderten.
verfolgten
Das Pektin wird
aus
den
Folgende Methode
geeignet:
Reaktionslösungen nicht ausgefällt.
Zwecke als
Zunächst wurde durch Zugabe von NaOH im Überschuß verseift
und darauf die Natronlauge bis zu einem kleinen Rest
(entspre-
47
-
—
Lösung von ca. 10) mit HCl neutralisiert.
Spezielle Versuche haben gezeigt, daß die Viskosität bei pH 10
bedeutend besser reproduzierbar ist als bei pH 7. In sämtlichen
Lösungen wurde die gleiche Elektrolytkonzentration eingestellt.
Die Viskositätsmessungen konnten dadurch bei allen Versuchen
mit Na-Pektatlösungen in 0,ln NaCl bei pH 10 durch¬
geführt werden.
chend einem
der
pH
Na-Pektatlösungen in 0,ln NaCl
wurde durch Viskositätsbestimmungen nach verschiedenen Zeiten
untersucht. Aus Tabelle 11 ist ersichtlich, daß innerhalb 48 Stun¬
Die Stabilität verschiedener
den noch keine
großen Veränderungen
in der
kosität stattfinden. Von einer merkbaren
werden.
gesprochen
Bei
den
Dispersität und Vis¬
Koagulation kann nicht
Abbauversuchen
Proben über Nacht stehen und führten dann die
lichst
am
gleichen Tag
gleichen
nach
Veränderung
0,ln NaCl bei pH
von
Messung nach
No. der
Lösung
1.
2.
3.
4.
5.
Tabelle 12
Ferner kann
kleinere
großen
(Lagerung
Thymol).
10
etwas
24 Std.
Messung
0,449
0,346
0,362
0,345
0,496
0,446
0,363
0,366
0,369
0,493
den Einfluß
daraus
Schwankungen
von
bei 10° C und Zusatz
nach 48 Std.
Z
zeigt
alle
Zeiten durch.
Z')
man
wir
der Viskosität verschiedener Na-Pektat¬
Tabelle 11.
lösungen
in
ließen
Messungen mög¬
Messung
nach 72 Std.
Z
0,461
0,371
0,415
0,351
.
0,534
NaCl auf
Na-Pektatlösungen.
0,ln NaCl
ersehen,
daß im Bereich
in
Elektrolytkonzentration
der
von
keinen
Einfluß mehr auf die Viskosität haben.
Sämtliche
viskosimetrischen
Messungen wurden mit dem
er bei 20,00=j=0,02°C
er-Präzision s-Viskos im et
Höppl
durchgeführt.
')
Z
=
Es wurden
Zähigkeitszahl
keine
siehe
weiter
absoluten
unten
(S. 48).
Molekular-
48
—
Abnahme der Viskosität einer
Na-Pektatlösung durch
steigenden Mengen NaCl. Konzentration der Lösung
12,8 mval Pektat pro Liter.
Tabelle 12.
Zugabe
—
von
=
Molarität NaCl
Z
0
1,030
1,040
0,970
0,725
0,520
0,533
0,536
1 •10"*
1
•
KT»
1 10-»
5•10~a
10"1
1
2 10-1
•
•
gewichte bestimmt.
>;sp./c-102
Bei
Bestimmungen
rj sp.
T
T0
—
=
Wir
verglichen lediglich die Werte von
abgebauten Pektinproben.
bei den verschieden stark
mit dem
Höppler-Viskosimeter gilt:
(spezifische Viskosität)
Durchlaufszeit der
Kugel
Durchlaufszeit im
reinen
-p
=
t
———
To
Pektatlösung,
Lösungsmittel (H20 -jin
der
NaCl -f-
NaOH),
c
Konzentration des Pektates in
=
Äquivalenten
pro Liter.
Der rj
sp./c-Wert wird von verschiedenen Autoren als Viskosi¬
Zähigkeitszahl bezeichnet und dafür die Ab¬
Z eingeführt (Staudinger (52), Schulz
oder
einfach
kürzung TLr]
und Blaschke (50), Deuel (4).)
In dieser Arbeit wurde für die Zähigkeitszahl Z
r\ sp./c ein
tätszahl oder auch
=
hundertmal kleinerer Wert verwendet: Z
b)
50
ccm
Durchführung
der
ca.
suchsbedingungen
Meßkolben schnell
tur
(90, 70,
55
1
der
=
rj
sp./c
102.
Viskositätsmessungen
o/oigen Pektin-Lösungen, je nach
HCl-Zusatz, wurden in
mit oder ohne
auf die
(im Wasserbad)
C) gebracht
und 40°
und
den Ver¬
250-ccm-
gewünschte Tempera¬
hierauf verschlossen
während bestimmten Zeiträumen in Thermostaten stehen
Nach Ablauf der
vorgesehenen
Zeit wurde rasch
mit NaOH neutralisiert und mit einem Überschuß
von
gelassen.
abgekühlt,
NaOH
ver-
49
—
Tabelle
und
13.
Abbau
wechselndem
von
—
Pektin in
lydgen Lösungen
nach
pH. Viskositätsmessungen
bei 90 °C
Überführung
des Pektins in Na-Pektat.
Reaktionszeit t
in Std.
Bemerkungen
Z
1. Versuchsreihe:
Na-Pektinat, pH
0,548
0,335
0,232
0,170
0,142
0,112
0
4
8
15
24
48
2. Versuchsreihe:
0
0,556
1
0,486
0,448
0,345
0,298
0,200
0,169
0,148
0,107
2
4
6
15
22
24
48
keine
Pektin in
3. Versuchsreihe: Pektin in
0,554
0,361
0,276
0,230
0,126
0,111
0,092
0
2
4
6
15
22
24
0,560
1
0,234
0,160
0,111
0,092
0,092
0,091
2
4
15
22
24
seift. Hierauf
gleiche
wurde,
250-ccm-Marke
aufgefüllt.
=
2,8
Ausflockung
n
HCl, pH
=
1
Ausflockungsgrenze (9 Std.)
ausgeflockt
0,5
ausgeflockt
ausgeflockt
n
HCl, pH
=
0,3
Ausflockungsgrenze
weiß ausgeflockt
weiß
weiß
weiß
weiß
wie oben
NaCl-Konzentration
0,1
weiß
weiß
weiß
4. Versuchsreihe: Pektin in
0
Ausflockung
H20, pH
keine
6,1
=
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
beschrieben, die
hergestellt
Die Konzentration
für alle
mit
und
c
Lösungen
H20
bis
zur
wurde durch Titra-
—
tion in der
Stammlösung
gen hatten annähernd die
50
—
bestimmt. Sämtliche gemessenen Lösun¬
gleiche Konzentration,
nämlich
12,0mval
Pektinsäure pro Liter.
1
'
O
2
-
4
6
8
10
12
Reaktionszeif
von
Figur
pH. Viskositätsmessungen
7. Abbau
Die
Pektin in
90° C
in
16
Überführung
Tabelle 13).
ist
der
18
20
i_
22
24
Shd.
l°,'oigen Lösungen
nach
Abhängigkeit
pH bei
i
14
bei 90° C und wechselndem
des Pektins in Na-Pektat
(zu
Abbaugeschwindigkeit
Tabelle 13 und
Figur 7 gut er¬
Allerdings kann zwischen dem Natriumpektinat (pH 6,1)
und dem Pektin in H20 (pH 2,8) in bezug auf die Abbaugeschwin¬
digkeit kein Unterschied festgestellt werden. Die geringen Diffe¬
renzen liegen fast innerhalb der Fehlergrenze. Deutlicher werden
die Unterschiede beim Senken des pH auf 1
resp. 0,3.
vom
aus
sichtlich.
Der
Unterschied
Pektinlösungen
70° C
des
in
zwischen
H20 (pH 2,8)
der
Abbaugeschwindigkeit
und 0,ln HCl
nicht mehr deutlich festzustellen.
pH
Der
unter
1
der
(pH 1)
ist bei
Erst durch das
Senken
treten starke Unterschiede hervor.
Temperatureinfluß
Tabelle 13 und 14 ersichtlich.
ist
aus
dem
Vergleich
von
51
—
Tabelle 14. Der Abbau
und wechselndem
von
-
Pektin in
lo/0igen Lösungen bei 70° C
pH. Viskositätsmessungen
Überführung
nach
des Pektins in Na-Pektat.
Reaktionszeit /
in Std.
Z
1. Versuchsreihe:
0
2
4
6
14
24
48
96
168
Bemerkungen
Pektin in
0,509
0,496
0,453
0,389
0,299
0,232
0,141
0
0,553
4
0,474
6
0,440
14
0,417
0,369
keine
0,283
0,220
0,188
4
6
14
24
48
0,552
0,389
0,325
0,244
0,208
0,193
0,1
Ausflockung
n
HCl, pH
=
1
Ausflockungsgrenze (32 Std.)
weiß
weiß
weiß
3. Versuchsreihe: Pektin in
0
2,8
=
0,549
0,539
2. Versuchsreihe: Pektin in
24
48
96
168
H20, pH
0,5
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
n
HCl, pH
=
0,3
Ausflockungsgrenze
ausgeflockt
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
weiß
Bei 55° treten die durch die Verschiedenheit im
pH
bewirkten
in der Abbaugeschwindigkeit stark zurück. Die
frühzeitig auftretende Ausflockung mit HCl-Zusatz
infolge Verseifung verwischt den Salzsäureeinfluß auf die Abbau¬
geschwindigkeit. Je höher der Säurezusatz ist, desto rascher wird
Unterschiede
relativ
das
System heterogen,
und daher ist die
stark vermindert. Bei höheren
Abbaugeschwindigkeit
Temperaturen ist die absolute Ab¬
baugeschwindigkeit bedeutend größer, wodurch die Viskosität vor
dem Übergang in den heterogenen Zustand schon stark vermindert
52
—
-ReakHonsverlauf
'
O
Reaktionszeit
Figur
8.
Abbau
von
Pektin in
pH. Viskositätsmessungen
Tabelle
15.
Abbau
und wechselndem
von
pH.
"
96
73
43
24
"
in
im
homogenen
120
16B
144
Std
lo/oigen Lösungen bei
Überführung
(zu Tabelle 14).
nach
Pektin in
1
70° C und wechselndem
des Pektins in Na-Pektat
folgen Lösungen
Viskositätsmessungen
1. Vers uchsreihe
0
72
192
291
480
Bemerkungen
Z
:
Pel din in
0,543
0,467
0,380
0,269
0,226
keine
2. Versu :hsreihe: Pekti n in
0
72
192
291
480
0,551
0,454
0,366
0,307
0,278
3. Versuc isreihe: Pektin
0
72
192
291
480
0,561
0,435
0,352
0,277
0,264
H20, pH
0,1
n
=
2,8
Ausflockung
HCl, pH
1
=
Ausflockungsgrenze
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
in 0,5
n
weiß
weiß
weiß
weiß
HCl, pH
=
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
bei
55° C
Überführung
nach
des Pektins in Na-Pektat.
Reaktionszeit t
in Std.
System
Ausflockung
nach der
0,3
53
—
ist.
—
Auch für den Kettenabbau werden natürlich die
Bedingungen
Ausflockung weit¬
für den weiteren Reaktionsverlauf durch die
gehend
verändert.
Tabelle 16.
und
Abbau
von
Pektin in
l°ioigen Lösungen
pH. Viskositätsmessungen
wechselndem
bei 40 °C
Überführung
nach
des Pektins in Na-Pektat.
Reaktionszeit t
Bemerkungen
Z
in Std.
1. Versuchsreihe:
Pektin in
HaO, pH
2,8
=
0,560
0,556
0,565
0,557
0,549
0
72
168
216
480
2. Versuchsreihe: Pektin in
72
0,564
0,576
168
0,566
216
0,565
0,532
0
480
3. Versuchsreihe
:
0,1
72
168
216
480
Bei 40° C kann im
=
1
Gel
Pektin in
0,5
0,554
0,538
0,556
0,537
0,509
0
HCl, pH
n
n
HCl, pH
beginnt
zu
=
0,3
gelieren
Gel
Gel
Gel
pH-Bereich
Stunden kein deutlicher Abbau mehr
von
2,8—0,3 innerhalb
festgestellt
werden.
480
Jeden¬
falls weisen die Resultate der Viskositätsmessungen darauf hin,
daß unter diesen
Bedingungen keine wesentlichen Kettenverkür¬
zungen auftreten.
c) Die
der
Viskositätsmessungen
der einzelnen Versuchsreihen setzte
Besprechen
daß die Änderung
Beim
voraus,
Ergebnisse
der
Viskosität
Kettenabbau zurückzuführen sei. Dies
zu
tatsächlich
auf
man
den
beweisen ist nicht leicht.
54
—
Immerhin konnte
einen
man
rein
—
qualitativ durch Gelierproben
deutlichen
Zusammenhang zwischen der Vis¬
Gelierfähigkeit feststellen. Zu diesem
Zwecke wurden ca. 3 ccm der für die
Viskositätsmessungen ver¬
wendeten Na-Pektatlösungen mit HCl
angesäuert (auf pH<l)
und der entstehende Niederschlag
geprüft. Die Lösungen mit
hoher Viskosität bildeten dabei ein relativ
kompaktes
Gel, währenddem die wenig viskosen Lösungen nur
noch weiße suspensoide
Trübungen zeigten. Dazwi¬
schen konnte man die Übergangsstufen feststellen.
kosität und der
J
1
1
1
O
48
96
144
192
1
1
1
'
'
240
28B
336
384
432
Reaktionszeit-
9. Abbau
Figur
pH. Viskositätsmessungen
von
Pektin in 1 o/o igen
von
Reaktions¬
zeit t in Std.
0
2
4
6
15
24
Shd
Lösungen
Überführung
(zu Tabelle 15).
nach
Tabelle 17. Viskosität und
in
bei 55° C und wechselndem
des Pektins in Na-Pektat
Niederschlagsprobe
0,1n
u_
480
bei der Abbaureihe
HCl bei 90®C.
Zustand des
Systems nach
pH 1
HCI-
Zusatz auf
klare, feste Gallerte
klare, weiche Gallerte
trübe, weiche Gallerte
trüber, schwach gallertiger Niederschlag
trüber, flockiger Niederschlag
weiße Trübung
Z
0,554
0,361
0,276
0,230
0,126
0,092
55
-
—
gemacht, einen derartigen
Niederschlagsbildung
wiederzugeben.
In Tabelle 17 wurde der Versuch
Vergleich
zwischen der Viskosität und der
beim Ausfällen mit Salzsäure
Die Abnahme
wie
ebenso
daß
der
das
eine
darauf
Viskosität
der
Absinken
Abbau
weist
Gelierungsvermögens
des
irreversible
hin,
Molekülverkür¬
daß die
zung darstellt. Diese Niederschlagsprobe zeigt jedoch,
Degradation noch nicht bis zu niedermolekularen Verbindungen
erfolgt ist,
da diese nicht mehr durch HCl
ausgefällt
werden
können.
Die enge
mögen
Beziehung
wurde wiederholt
zwischen Viskosität und
festgestellt {Schneider
Gelierungsver-
und Bock
(49d)).
Abschnitt beschriebenen
Ferner erbrachten die in einem
späteren
Bestimmungen der reduzierenden Endgruppen durch
jodometrische Titration auch eine gewisse Übereinstimmung mit
den viskosimetrischen
Messungen; dies spricht ebenfalls
für Mole¬
külverkürzung.
Die viskosimetrische
Bestimmung des Abbauvorganges konnte
gelierenden Pektinen
Überführung in Na-Pek-
auch bei den im Versuch ausfallenden oder
durchgeführt werden, da diese durch die
tate wieder maximal dispergiert wurden.
Die Kettenspaltung setzt im Temperaturgebiet von 70—90° C
bei pH < 1 sehr stark ein. Der Abbau bei pH > 1 verläuft bedeu¬
tend langsamer, kann jedoch noch deutlich festgestellt werden.
Die Messungen bei 55° C ergaben für die verschiedenen pH-Stufen
keine deutlichen Unterschiede
Temperatur
Bei
keine
relativ
40° C
langsam
konstatieren.
zu
konnten
wesentlichen
Dies
mehr, der Abbau scheint bei dieser
erfolgen.
wir
Vis ko
gilt
während
s
it äts ab
auch für die bei
480
n
ah
Stunden
m en
mehr
pH 0,3 durchge¬
führten Versuche. Dieser Befund ist für die Praxis der Pektin¬
fabrikation nach dem G.
*)
O. F.
=
F.-Verfahrenx)
Patente der General Foods
bedeutsam.
Coorporation.
—
4. Die
Bestimmung
56
der reduzierenden
des Pektins bei der
a)
In den
der
—
sauren
Eigenschaften
Hydrolyse
Allgemeines
vorangehenden Abschnitten
Molekulargewichtsmessung
bei
wurden
einige Methoden
makromolekularen
Stoffen
kurz
besprochen. Dabei wurde auch die Endgruppenbestimmung
erwähnt. Bei Verbindungen, deren
Endgruppen reduzie¬
rende Eigenschaften haben, besteht die Möglichkeit, die¬
selben durch Titration mit Hypojodit nach Willstaetter-Schudel
(58) oder mit Fehlingscher Lösung nach Bertrand zu bestimmen.
Bei Abbauprodukten der Cellulose (siehe Bergmann und Machetner
(1)), sowie auch bei Stärke (siehe Samec (46)) wurden derartige
Messungen häufig angewendet. Für die Ermittlung von absoluten
Molekulargewichten scheint sich diese Methode jedoch wenig zu
eignen. Bei nur schwach abgebauten Produkten werden die Mes¬
sungen wegen des geringen Gehaltes an Endgruppen ungenau.
Die reduzierenden Eigenßchaften wurden beim Pektin relativ
häufig bestimmt und auch, wie schon früher erwähnt, besonders
bei enzymatischen Abbauversuchen, als Maß für die
Kettenspal¬
tung benützt. Ferner wurde bei einigen dieser Untersuchungen die
reduzierenden Endgruppenbestimmungen mit Viskositätsmessun¬
gen verglichen. Die einschlägige Literatur soll im folgenden kurz
besprochen werden.
Ehrlich
(6) führte eingehende Messungen
abgebauten Pektinlösungen durch.
Viskosität
sowie
die
Zunahme
der
an
Er
fermentativ
bestimmte
die
reduzierenden
Eigenschaften. Ferner wurde die optische Drehung bei den
verschiedenen Abbaustadien gemessen. Nach dem
Enzym¬
zusatz stieg das Reduktionsvermögen im Laufe
der
Zeit
ständig an. Es wurde festgestellt, daß die Jod¬
verbrauchte ccm 0,1 n Jodlösung pro 1,00
(Jodzahl
g Pek¬
tin) von 28,0 mit dem Aufhören des wesentlichen Viskositätsrück¬
zahl
=
ganges zusammenfällt. Als
Übergang
säure"
offenen
zur
spricht der Wert
Erklärung
für diesen
Zusammenhang
ringförmigen „Pektol„Pektolaktonsäure" angeführt. Tatsächlich ent¬
von
28,0 ccm 0,1 n J ungefähr einer offenen
wurde der
von
der nach Ehrlich
—
4gliedrigen Kette.
offene
Vierer-Kette,
vorliegen.
wichte
eine höhere Viskosität hat als die
übereinstimmende
trotzdem
Eine
Ringes soll den starken
Behauptung aufge¬
des
wird die
Damit
4gliedrige Ring
daß der
—
Sprengung
Die
Viskositätsabfall bewirken.
stellt,
57
für diese
Begründung
Molekularge¬
Angabe
wurde nicht
erbracht. Ferner soll die offene Pektolaktonsäure gegen den wei¬
teren Abbau resistenter sein als die
Pektolsäure. Inter¬
cyklische
essant ist die
Tatsache, daß Ehrlich nach zwei Tagen fermentativer
Einwirkung
durch
Ausbeute
an
Pektolase
optimalen Bedingungen
bei
G alakturonsäur
e
von
erhielt. Link und Dickson erreichten durch
mit verdünnter
H2S04
Ausbeuten
nur
von
eine
98<>/o der Theorie
Hydrolyse
30 o/o
ca.
von
Pektin
Galakturon-
säure.
(34) befaßt sich mit der
enzymatischen Abbaus von
praktischen Anwendung
Pektin bei der Klärung von Fruchtsäften. Auch von
diesen Autoren wurde die Bildung von freien Aldehydgruppen bei
der Pektolyse durch Titration nach Willstaetter-Schudel bestimmt.
Kertesz (25) untersuchte ebenfalls das Verhalten des Pektins
bei der enzymatischen Hydrolyse. Er verglich die Ergebnisse der
viskosimetrischen Messungen mit den Resultaten der Bestimmung
des zunehmenden Reduktionsvermögens. Dabei wird festgestellt,
Die Arbeit
von
Mehlitz und Scheuer
des
daß die Viskosität schneller
abnimmt, als die Zunahme der redu¬
Dies erklärt Kertesz mit dem
zierenden Substanz erwarten ließ.
Bestehen einer
bestimmten
Minimallänge gebildet
Kettenlänge
wodurch
Sekundärstruktur, welche durch Ketten
die
nicht mehr
wird.
von
einer
Sobald diese minimale
besteht, zerfällt diese Sekundärstruktur,
anfängliche
starke
Viskositätsabnahme
begründet
wird.
In
Hinton
der
Zeitschrift
(22)
im
„Analyst"
wird
Auszug wiedergegeben,
eine
Publikation
in welcher die
von
Messung
Eigenschaften durch Jodtitration häufig ange¬
wendet wurde. Es wird darin gezeigt, daß durch das Kochen
von
Pektinlösungen in Wasser die Gelierkraft
abnimmt und gleichzeitig die reduzierenden Eigen¬
schaften zunehmen. Dies wird durch die Kettenspaltung
der reduzierenden
beim
Kochen erklärt.
Erhitzen
auf
80°C
bewirkte
eine
—
58
—
geringere Abnahme der Oelierkraft. Die Hydro¬
lyse von Pektin in verdünnter HCl wurde durch
die
Bestimmung der zunehmenden reduzierenden
Eigenschaften gemessen (Jodtitration). Dabei wurde kon¬
statiert, daß das Pektin gegen die
relativ
geringer
resistent ist.
Abbau
genügt,
um
Es wird
Hydrolyse
saure
daß schon ein
hinzugefügt,
große Abnahme
eine relativ
der Oelier¬
kraft herbeizuführen.
Hirst und Jones
präparate
an.
Machemer
(23) geben
den
Jodverbrauch ihrer Pektin¬
Sie arbeiteten nach der Methode
(38)
wird
anderem
unter
die
von
Morell,
n
mit
H
ypojodit
von
durch Titra¬
gemessen.
Interessant ist das abweichende Verhalten der
welche als
Baur und
Säurehydrolyse
Polygalakturonsäure-Methylglucosid
tio
Bergrnann-
(1).
In der schon öfters erwähnten Arbeit
Link
von
Polymannuronsäure
dem
Alginsäure,
Pektin sehr ähnlich
ist. Nach Heen
renden
(20) soll nämlich eine Bestimmung der reduzie¬
Endgruppen durch Jodtitration bei der Alginsäure zu un¬
brauchbaren Resultaten führen. Heen verweist in diesem Zusam¬
menhang auf eine Beobachtung von Nelson und Cretcher (40).
Letztere bemerkten, daß ihr Mannuronsäurelakton beim Titrieren
Hypojodit nach Willstaetter-Schudel einen Jodverbrauch
zeigte, welcher die einem Aldehyd vom Molekulargewicht 176
zukommende Menge weit übertraf. Sie stellten fest, daß bei der
Jodtitration von Mannuronsäure viel Jod für die Produktion von
Jodoform verbraucht wird. In diesem Zusammenhang erwähnen
mit
Nelson und Cretcher
(40)
die
Beobachtung,
daß
Mannozucker-
säure, welche keine Aldehydgruppen aufweist, durch kaltes alkali¬
sches Hypojodit leicht unter Bildung von Jodoform oxydiert wird.
b) Methodik
Beim
Pektinabbau
durch
Säureeinwirkung findet offenbar
hydrolytische Aufspaltung der glucosidischen
Bindungen statt. Dadurch entstehen freie Aldehyd¬
eine
gruppen,
welche dank ihrer
durch Titration
mit
reduzierenden
alkalischem
Wirkung
Hypojodit gemessen
59
—
werden können. Der
—
Vorgang beruht auf folgender stöchiometrisch
verlaufenden Reaktion:
Aldehydgruppe
/-°
Pektinkette
CT
+ J2 + 3 NaOH
>
Carboxylgruppe
cf°+2Naj
•Pektinkette
+ 2HJ0
\ONa
Messungen nach den Vorschriften von
Wlllstaetter-Schudel (56), unter Berücksichtigung der von Goebel
(16) durchgeführten eingehenden Untersuchungen über die Oxy¬
dation von Glucose, durch.
Die Vorschrift von Willstaetter-Schadel in der ursprünglichen
Wir führten
Anwendung
unsere
für Glucose soll hier kurz
wiedergegeben werden.
„Die Glucoselösung wird mit ungefähr dem Doppelten
Menge Jod in 0,1 n Lösung versetzt; man
läßt bei Zimmertemperatur unter gutem Umschütteln das
lV2fache von 0,1 n NaOH (aus alkoholfreiem NaOH) zutropfen und 12—15 Minuten lang, bei sehr geringer Zucker¬
der erforderlichen
menge 20 Minuten stehen. Dann säuert
H2S04
von
schwach
an
man
mit verdünnter
und titriert mit Thiosulfat bei
Gegenwart
Stärke zurück."
Nach den Versuchen
von
Goebel
spielt
werden, und
die
Reihenfolge,
allem
die
mit
Ge¬
Lösungen zugegeben
schwindigkeit, mit der die Natronlauge beige¬
mischt wird, eine relativ große Rolle für die Vollständigkeit
der
die
vor
des Reaktionsablaufes.
Er
fand, daß nach der
momentanen
nie
Zugabe
von
Alkali, auch
als 15 Minuten, die Reaktion
längeren Einwirkungszeit
vollständig zu Ende geführt werden
bei einer
konnte. Ca. 4 o/o der Glu¬
oxydiert. Wurde die
tropfenweise
Alkalimenge
zugegeben, so erfolgte eine vollständige Oxydation. Diese Beob¬
achtungen werden folgendermaßen erklärt: Nach der Zugabe von
Alkali in eine mit Jod versetzte Glucoselösung beginnen gleichcose
wurden dadurch nicht
während
zu
Gluconsäure
ca.
2
Minuten
60
-
zeitig
zwei
verschiedene
-
Reaktionen
nebeneinander
abzulaufen,
nämlich:
1.
RCf
2.
3
+
NaOJ
Bei
J2
+ 3 NaOH —»- RCOONa + 2 NaJ + 2 H,0
NaJOa +
—^
NaJ
momentanem
nimmt die
Hineingießen der NaOH in die Lösung
Geschwindigkeit der Reaktion 2, im Vergleich zu der¬
jenigen von 1, stark
ständigen Oxydation
daß die Reaktion 1
zentration
die
2
und
Sie überholt die Reaktion 1
zu.
des
bei einer
nur
von
Aldehyds.
NaOJ
Konzentration
Es konnte
der voll¬
gezeigt werden,
gewissen Mindestkon¬
vollständig
unter
vor
nun
ablaufen kann.
dieses
Sinkt,
Minimum,
so
ist
die
Oxydation unvollständig. Dies tritt bei der schnellen
Zugabe von NaOH ein, da dann die Hypojoditkonzentration in¬
folge der stark geförderten Umwandlung von Hypojodit in Jodat
nicht mehr genügt.
Das
tropfenweise Zugeben
des Alkali während
2 Minuten verhindert diese unerwünschten Neben¬
reaktionen
Erfassen
Bei
unsern
gendermaßen
und
der
ermöglicht
ein
vollständiges
Gruppen.
reduzierenden
Abbauversuchen führte
man
die
Jodtitration fol¬
aus:
Die salzsauren
eine bestimmte
Pektin-Lösungen,
welche im Thermostaten auf
Temperatur gebracht
wurden
abgekühlt,
doppelten Überschuß
Hierauf ließ man unter gutem Umrühren
etwa die lV^fache Menge 0,ln NaOHwaren,
mit NaOH neutralisiert und mit einem etwa
0,1 n Jodlösung versetzt.
während
ca.
2
Minuten
Lösung zutropfen. Nach genau 20 Minuten
mit verdünnter H2SOd schwach angesäuert
Gegenwart von Stärke zurücktitriert.
wurden die
Lösungen
und mit Thiosulfat in
Die
Messungen wurden mit 100 ccm l°/oigen Pektin-Lösungen
durchgeführt, entsprechend 1 g Pektinpräparat. Die Analyse ergab
für das verwendete
(vgl.
Tabelle
1).
Pektinpräparat einen Pektingehalt von 88,2 °/o
100 ccm der l<>'oigen Lösung sind demnach
In
0,88 g reines Pektin enthalten. Der Jodverbrauch
von
100
ccm
61
-
—
dieser
Lösung betrug 3,2 ccm 0,ln J. 1 g reines Pektin verbraucht
ccm 0,1 n J (Jodzahl). Da es sich bei diesem Präparat
ein qualitativ hochwertiges Pektin handelt, ist diese hohe Jod¬
also: 3,6
um
zahl erstaunlich. Berechnet
Molekulargewicht,
so
nämlich
man
kommt
man
aus
diesen Werten das
in den Bereich
von
5000, wäh¬
rend tatsächlich eine mittlere
Molekülgröße von bestimmt mehr
vorliegt. Schneider und Mitarbeiter (49f) zeigten, daß
mit Molekulargewichten unter 30 000 keine Gelierfähig¬
als 30000
Pektine
keit mehr aufweisen. Da
sehr
es
sich aber bei
unserm
Präparat
um
ein
gut gelierendes
handelt, muß man auf Molekular¬
gewichte schließen, die bedeutend höher sind, als die durch die
Jodzahl errechneten Werte angeben. Ein zu geringes Molekular¬
gewicht würde sich auch dann aus dem Aldehydgruppengehalt er¬
geben, wenn man es nicht mit Fadenmolekülen zu tun
hat, sondern, wie z. B. bei der Stärke, mit stark verzweigten
Pektin
Makromolekülen. Alle
am
Pektin
küle.
ist
sprechen
Das Ni ch t
jedoch
Es wurde
physikalisch-chemischen Untersuchungen
für stark anisodiametrische Form der Mole¬
vo r
hand
e n s
ei
n
von
Verzweigungen
nicht exakt bewiesen.
untersucht, ob
ein weiteres
Reinigen des
Alkohol,
vollständige Ver¬
und
des
seifung
Entfernung
Methylalkohols eine Änderung des
Jodverbrauches herbeiführe. Der Erfolg blieb jedoch aus.
von
uns
Pektins durch Umfallen mit
Morell,
sowie die
Baur und Link
(38) geben an, daß 1 g eines reinen
Präparates des M e th y 1 gluco s id s des Galakturons äur em e t hy 1 es t er s
einen Jodverbrauch von 2,16 ccm
0,1 n J aufweist, trotzdem diese Verbindung keine freien Al¬
dehydgruppen
relativ hohe
ringen
Jodzahl auch
des
n
Daraus
bei
unserm
ist
zu
schließen, daß die
Präparat nur zu einem ge¬
Teil durch freie reduzierende
Endgruppen bedingt ist. Wir
J als Anfangswert oder
d w e r t ein und berücksichtigten lediglich die Zunahme
Jodverbrauches, unter der Annahme, daß bei der
setzten deshalb die
B1 i
besitzt.
hydrolytischen
Gruppen
3,3
ccm
0,1
Kettenspaltung
stattfinde.
n
eine
Freilegung
von
—C<f
62
—
In der Literatur findet
Jodverbrauch
jedoch
oft
man
verschiedene
Pektinpräparaten.
von
gering,
—
Angaben
über den
Der Wert solcher Zahlen ist
da
nur bei übereinstimmender Vorbehandlung
Vergleiche auf die Qualität gezogen werden
können. Ferner dürfen die Präparate keine störenden Verunreini¬
der Produkte daraus
gungen enthalten.
Vollständig
unbrauchbar für die
standes wird die
mit
heißem
Alkali
suchten den Einfluß
den
Eigenschaften
Zunehmen bis
zu
Beurteilung
Jodzahl bei Pektinen,
von
behandelt
0,1
n
des Abbauzu¬
die vorher
wurden.
längere
Wir
Zeit
unter¬
NaOH bei 90° C auf die reduzieren¬
des Pektins. Dabei wurde ein
einem Maximum und ein
anfänglich starkes
darauffolgendes Ab¬
nehmen der reduzierenden
Eigenschaften konstatiert. Dieses Ver¬
Hydrolyse mit Säure ge¬
machten Erfahrungen ab. Bei Zimmertemperatur be¬
wirkt die Natronlauge noch keine wesentlichen
Veränderungen (man vergleiche Tabelle 18).
halten weicht stark
Tabelle 18.
Der
Eigenschaften
von
den bei der
Einfluß
einer
von
1 o/o Igen
Temperatur
_
20°
20°
Reaktions¬
zeit t in Std.
0
8
24
0
—
90°
90°
90°
90"
90°
90°
1
2
4
reduzierende
Jodverbrauch von 100 ccm
1 °/o iger Pektin Lösung
ccm 0,1 n J
-
-
3,4
3,2
3,2
3,4
9,3
6
14,4
13,8
13,9
14
24
14,0
10,2
Möglicherweise reagieren
im alkalischen Milieu
0,1 n NaOH auf die reduzierenden
Pektin-Lösung bei 20° und 90° C.
zum
die freiwerdenden
Aldehydgruppen
Teil weiter und verlieren dadurch ihre
Wirkung. Da beim Abbau in verdünnter NaOH sich
wahrscheinlich oxydative Einflüsse stark geltend machen, kann
von einem einheitlichen hydrolytischen Abbau nicht mehr die Rede
63
—
—
Aldehydgruppen auch durch Oxydation alkoholi¬
Hydroxyle entstehen. Das Pektin verliert dadurch frühzeitig
seinen spezifischen Charakter, es entsteht ein Gemisch von ver¬
schiedenen Spaltprodukten, deren Identifizierung nicht Aufgabe
dieser Untersuchung war.
sein. Hier können
scher
Durchführung unserer Abbauversuche im sauren
Frage, ob die durch Hydrolyse freiwerden¬
Endgruppen ihre reduzierenden Eigenschaften während län¬
Bei
der
Gebiet interessierte die
den
Temperaturen beibehalten oder zum Teil
Oxydation der Aldehydgruppen ist aller¬
Milieu wenig wahrscheinlich.
sauren
gerer Zeit bei höheren
einbüßen. Eine
im
dings
Man untersuchte die Verhältnisse bei reiner
die in
H20
Galakturonsäure,
gelöst wurde. Neben der Jodzahl
Carboxylgruppen durch Titration vor und nach
oder in 0,1 n HCl
wurden auch die
dem Erhitzen während 24 Stunden auf 90° C bestimmt. Eine
tuelle
der
Oxydation
Aldehydgruppen
zu
Carboxyl
19).
Tabelle
19.
Aldehyd-
Reaktions¬
Carboxylgruppen der d-Galakturon0,5 % igen Lösung während 24 Stunden
auf 900 c.
und
säure nach Erhitzen einer
Verbrauch
zeit t in Std.
pro 10
an
ccm
0,1 n Jod
Lösung
Verbrauch
1.
Messungen in
2.
Messungen in 0,1
4,8
5,1
0
24
0,01
n
NaOH
ccm
dest. Wasser
27,1
4.8
4.9
24
an
Lösung
(Carboxyle)
pro 10
(Aldehyd)
0
ja
(vergleiche
in der Zunahme der Gesamtazidität bemerkbar machen
Tabelle
even¬
müßte sich
26,3
n
HCl
27,8
27,3
zeigt, können durch das Erhitzen der
wesentlichen
Galakturonsäurelösungen keine
Verluste an reduzierenden Gruppen festgestellt
Wie Tabelle
19
64
—
Die
werden.
Azidität
—
veränderte
sich
nur
unbe
deutend.
c) Die Resultate der
In
jodometrischen Titrationen
der 3. Kolonne wurden
die sogenannten Spaltungskon¬
Reaktionsgleichung 1. Ordnung berechnet. Man
den Abschnitt d) Besprechung der Resultate.
stanten nach einer
vergleiche
unten
Tabelle 20. Die Zunahme der reduzierenden
Pektin in
Reaktions¬
zeit t in Std.
lo/oigen Lösungen bei
Verbrauchte
0,1
n
J
ccm
Spaltungskon¬
stante
1. Versuchsreihe:
0
2
8
16
24
32
40
3,3
3,8
5,7
6,9
8,5
9,2
48
10,8
12,0
96
147
20,3
34,1
2. Versuchsreihe
0
2
8
16
24
32
40
48
96
147
3,1
4,6
9,7
13,5
17,7
18,2
20,8
23,6
35,4
50,9
1
2
4
16
3,1
9,4
10,8
13,6
32,4
Mittelwerte von Ksp und
weitere Bemerkungen
AV 10s
Pektin in
H20, pH
=
2,8
—
2,65
M
3,22
2,39
2,35
=
keine
2,39 ± 0,14
Ausflockung
2,00
2,05
1,99
2,08
2,81
:
Pektin in
0,1
n
HCl, pH
=
1
—
M
7,94
8,93
7,19
=
8,02
-s;
0,50
Ausflockungsgrenze (9 Std.)
ausgeflockt
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
weiß
—
—
—
—
—
—
3. Versuchsreihe: Pektin in
0
Eigenschaften von
pH.
90° C und wechselndem
0,5
n
HCl, pH
=
0,3
—
68,6
—•
—
Ausflockungsgrenze
weiß
weiß
weiß
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
—
65
—
ReakHonsveriauf
1
u
im
homogenen System
nach
der
Ausflockung
ff
S pH
<r
0.3
pH 1,0
o.---'o
pH 2,8
io
E
48
Reakhonszeih
10.
Die Zunahme der
Figur
lo/o igen Lösungen, bei
in
reduzierenden
Eigenschaften von Pektin
pH (zu Tabelle 20).
in
90° C und wechselndem
jy
/pH 0,3
,-'"
„-'*"
/
/
f
t
1
*
Sfä
^^
-^°PH 2,8
PH 1.0
*
:
£10-
'
!
n
'
O
u
O
O
1
/
/
^&
_.
1
144
1
192
Reaktionszeit-
Figur 11. Die Zunahme
l°/oigen Lösungen bei
.
1
240
in
$tö
der reduzierenden
Eigenschaften von Pektin
pH (zu Tabelle 21).
70° C und wechselndem
in
66
—
-
Die
Messungen zeigen deutlich, daß die Zunahme der redu¬
Eigenschaften, als Maß der Hydrolysegeschwindigkeit,
rascher erfolgt, je saurer die Lösung und je höher die Tem¬
zierenden
um so
peraturen sind.
Tabelle 21.
Pektin in
Reaktions¬
zeit / in Std.
Die Zunahme der reduzierenden
laugen Lösungen
Verbrauchte
0,1
1.
0
n
J
ccm
Spaltungskon-
Mittelwerte
stante Kspl0s
weitere
Versuchsreihe:
3,2
4,1
4,5
4,8
5,2
7,2
9,0
13,0
24
48
72
96
120
168
304
Eigenschaften von
pH.
bei 70°C und wechselndem
Pektin in
H20, pH
=
Ksp
von
und
Bemerkungen
2,8
—
0,413
0,312
0,250
0,228
0,348
0,377
0,356
2. Versuchsreihe:
M
0,326 ± 0,025
keine Ausflockung
=
Pektin in 0,1
HCl, pH
n
=
1
0
3,1
24
5,8
1,19
M
48
7,4
9,2
9,4
11,9
12,8
16,2
0,95
Ausflockungsgrenze (32 Std.)
72
96
120
168
304
3. Versuchsreihe:
0
3,4
2
14
5,9
8,1
8,7
9,5
24
12,0
48
13,7
Die
pH-Unterschiede
4
6
—
—
weiß
—
weiß
weiß
weiß
weiß
—
—
~
Pektin in 0,5
n
1,07 ± 0,12
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
HCl, pH
=
0,3
.—
13,4
12,7
—
—
—
"
M
=
13,1 ± 0,4
Ausflockungsgrenze
weiß
weiß
weiß
weiß
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
wirken sich auch hier offensichtlich in
der verschiedenen Zunahme
Senken der
=
des
Temperatur trat eine
Reaktionsgeschwindigkeit ein.
Jodverbrauchs
wesentliche
aus.
Durch das
Verkleinerung
der
67
—
Tabelle 22.
Pektin in
Die Zunahme der reduzierenden
l^jaigen Lösungen bei
Verbrauchte
Reaktions¬
zeit t in Std.
-
0,1
n
J
ccm
33
185
4)3
312
5,4
5,3
360
H20, pH
0,053
0,070
0,058
M
0,1
Pektin in
:
3,1
7,4
10,5
12,1
72
480
und
0,060 ± 0,005
=
1
Ausflockungsgrenze
weiß ausgeflockt
weiß ausgeflockt
0,242
3. Versuchsreihe
291
Ksp
2,8
=
HCl, pH
n
7,8
0
von
Bemerkungen
—
3,0
7,2
7,7
185
312
360
weitere
Pektin in
2. Versuchsreihe: Pektin in
0
Mittelwerte
Spaltungskon¬
Ksp\0s
stante
1. Versuchsreihe:
0
Eigenschaften von
pH.
55°C und wechselndem
0,5
n
HCl, pH
=
0,3
-
weiß
—
ausgeflockt
ausgeflockt
ausgeflockt
weiß
—
weiß
—
Reakhonsverlauf
'
"
"
im
homogenen System
nach
der
Ausflockung
pH 0,3
0"""
_
£10
„**'**
X
f
°""""°"ph"i,o
^
^^^^
.
—
t
1
216
288
Reaktionszeit
DH 2.8
•
in
360
Std.
Figur 12. Die Zunahme der reduzierenden Eigenschaften von Pektin
l°/oigen Lösungen bei 55° C und wechselndem pH (zu Tabelle 22).
in
68
—
Tabelle 23.
Pektin in
Reaktions¬
—
Die Zunahme der reduzierenden
lo/oigen Lösungen bei
Verbrauchte
zeit t in Std.
0,1
n
J
ccm
Spaltungskon¬
stante
1. Versuchsreihe:
0
240
480
Mittelwerte von Ksp und
weitere Bemerkungen
Ksp-10*
Pektin in HaO,
3,3
3,2
pH
keine
—
3,4
2. Versuchsreihe: Pektin in
0
0,1
n
3,2
3,2
3,3
240
480
=
2,8
Ausflockung
HCl, pH
Beginn
3. Versuchsreihe: Pektin in
0
240
Eigenschaften von
pH.
40° C und wechselndem
der
0,5n HCl, pH
1
=
=
Gelierung
0,3
3,3
3,4
3,4
480
Gel
Gel
d) Besprechung der Ergebnisse
Die
fluß der
jodometrischen Titrationen zeigen einen deutlichen Ein¬
Versuchsbedingungen
auf den Pektinabbau. Diese Unter¬
schiede treten, besonders bei 70° und
bei den
wir
Viskositätsmessungen.
untersuchen,
wie weit die
55°
C, klarer hervor als
In einem
aus
den
späteren Abschnitt werden
vorliegenden jodometrischen
Titrationen und aus den Viskositätsmessungen
gezogenen Schlüsse
auf den Abbauverlauf miteinander übereinstimmen.
Wie wir schon früher
Spaltung
hydraten
von
glucosidischen Bindungen
durch die
untersucht.
erwähnten, wurde
Bestimmung
Derartige Messungen
die
hydrolytische
bei verschiedenen Kohle¬
der freiwerdenden
Endgruppen
wurden sowohl bei niedermole¬
kularen Glucosiden als auch bei hochmolekularen
Polysacchariden,
glucosidischer Bindung zusammen¬
hängen, durchgeführt. Die kinetischen Studien, welche an Hand
solcher Messungen gemacht wurden, dienten in
einigen Fällen
deren
der
einzelne
in
Konstitutionsforschung.
Haworth
der
Glieder
(18) stellte bekanntlich die Theorie der
Pyran-Formen bei Zuckern auf. Zum Nachweis,
Furan- und
ob
es
sich
—
69
-
gewissen Zuckern um eine Furanose oder eine Pyranose
handle, wurde in vielen Fällen der große Unterschied in der
Hydrolysegeschwindigkeit der Olucoside dieser beiden Zucker¬
bei
formen verwendet.
Dieser Methode bedienten sich Morell und Link
Qalakturonsäure. Sie wiesen durch den
Vergleich
der
(39) bei der
Hydrolyse¬
Methylglucosiden der Qalakturonsäure und
der Galaktose das Vorliegen des Pyranringes nach. Die Hydro¬
lyse wurde in n-HCl durchgeführt und die freiwerdenden Aldehyd¬
geschwindigkeit
gruppen durch
konstanten
von
Jodtitration
nach
gemessen.
Es wurden die Reaktions¬
Reaktionsgleichung be¬
Aktivierungswärme nach der Arrhenius-
der monomolekularen
rechnet und ferner die
formel bestimmt.
Meyer, Hopff und Mark (36) untersuchten die Kinetik der
Stärke-Spaltung. Sie stellten fest, daß die Geschwin¬
digkeitskonstanten der Säurespaltung in der für
glucosidische Hydrolysen typischen Größen¬
ordnung liegt. Es wurde in 0,5n H2S04 bei 70, 80 und 90°C
hydrolysiert. Die reduzierenden Endgruppen wurden durch Titra¬
tionen nach Bertrand (Fehlingsche Lösung) bestimmt. Die dadurch
erhaltenen Werte wurden nach der
aktionsformel
monomolekularen
ausgewertet.
Ferner wurden Konstanten nach einer
einem
dabei
Re¬
Gleichung, welche auf
zweistufigen Reaktionsverlauf basiert, berechnet. Es wurde
der Voraussetzung ausgegangen, daß bei der Hydrolyse
von
(Biosen) nach einer bestimmten Konstanten
k2 und alle übrigen Bindungen nach der Konstanten kx aufspalten.
k.2, das bei der Hydrolyse der Maltose experimentell bestimmt
werden konnte, wurde in der Rechnung eingesetzt und das k1
berechnet. kx soll nach dieser Rechnung einen Mittelwert der
Geschwindigkeitskonstanten der höheren Stufen des Abbaus dar¬
stellen. Die errechneten Konstanten wurden mit den experimentell
gefundenen, nach der monomolekularen Reaktionsgleichung aus¬
gewerteten Konstanten verglichen. Es konnte eine gewisse Über¬
einstimmung festgestellt werden.
alle Zweier-Stücke
Wir werteten
molekularen
unsere
Messungen
Reaktionsgleichung
nach
aus.
der
Die
mono-
Berech-
70
—
—
nung der Abbaukonstanten wurde
**
t
2,303
_
'
~
t
(ccm 0,1 n J bei too)
(ccm 0,1 n J bei ^<x>)
(ccm 0,1
°g
—
Dauer der
=
Hydrolyse
Das verbrauchte
bei
Jod
ständig
der
Totalhydrolyse
das
Pektin
theoretisch
t)
die
voll¬
(Galakturonsäure) aufgespaltet.
Jodverbrauch der
Qalakturonsäure1).
aus
dem Pektin
Die bei tœ vorhandene Qalak¬
der
Pektinmenge bei tQ berechnet. Man be¬
Veresterungsgrad des Pektins bei t0 (siehe
aus
stimmte zuerst den
bei
entspricht derjenigen Menge,
wird
Man mißt demnach bei t<x, den
turonsäure wurde
J
für die Titration verwendet würde.
in seine Grundmoleküle
entstandenen
n
in Stunden.
bei tm
vollständiger Hydrolyse
Bei
folgendermaßen durchgeführt:
Abschnitt
b) und konnte hierauf ohne weiteres die dem Pektin
äquivalente Menge Pektinsäure oder Galakturonsäure berechnen.
Molekulargewicht eines Pektinsäure-Grundmoleküls (bei
vollständiger Veresterung)
Molekulargewicht eines Pektinsäure-Grundmoleküls
Molekulargewicht von Galakturonsäure
Experimentell
konnte der Wert für t
=190
==176
=194
nicht bestimmt
werden,
angewendeten Bedingungen infolge der
frühzeitig durch Verseifung eintretenden Ausflockung sehr lang¬
sam verläuft. Bei sehr
langer Reaktionszeit treten wahrscheinlich
neben der hydrolytischen Spaltung gewisse
Zersetzungen ein. Es
scheint überhaupt bisher nicht gelungen zu sein, Pektin durch
Säure-Hydrolyse vollständig in seine Grundmoleküle (Galakturon¬
säure) abzubauen. Wir verweisen in diesem Zusammenhang auf
oo
da der Abbau unter den
die zitierte Arbeit von Link und Dickson
(29), sowie auf die ein¬
gehenden Untersuchungen von Link und Nie mann (31) und Conrad
(3). Hingegen scheint die enzymatische Hydrolyse hierzu besseren
Resultaten
zu
führen. Nach Ehrlich
tiven Abbau des Pektins
säure bis
*)
zu
Die
(Pektolase)
(6)
soll durch den fermenta-
eine Ausbeute
an
Galakturon¬
98 o/o der Theorie erreicht worden sein.
Jodzahl
der
Qalakturonsäure
Galakturonsäure-Präparat (von der
Basel bezogen) bestimmt. Sie betrug
Firma
103
wurde
bei
einem
sehr
reinen
Hoffmann-La Roche & Co.
ccm
0,ln J.
in
71
—
—
Bestimmung der Hydrolysekonstanten
nur Messungen herbeigezogen, welche den Abbau im
System wiedergeben. Leider standen
genen
Zur
diesem Zwecke für den Abbau in
HCl und
0,5n
zum
wurden
homo¬
uns
zu
Teil auch in
wenige Werte zur Verfügung, da bei dieser Konzen¬
tration die Ausflockung infolge Verseifung schon frühzeitig ein¬
tritt. Trotzdem verwendeten wir die Messungen für die ungefähre
0,1 n HCl
nur
der
Bestimmung
für
die
einzelnen
annehmbare
Ksp zeigte
wenigen Ausnahmen eine
errechnete
Formel
Reihen
mit
Konstanz.
In Tabelle 24 sind die Konstanten
Durchschnitte
stellen
Das nach der
der Konstanten.
Größenordnung
monomolekularen
innerhalb
der
Ksp zusammengestellt. Sie
Reihe ausgewerteten
einer
Messungen dar.
Tabelle
Die
24.
verdünnter
HCl
Hydrolysekonstanten
verschiedener
von
Pektin
bei
Konzentration
in
H20
und
wechselnder
Temperatur.
55°
Hydrolysetemperatur :
103
Ksp
Pektin in
H20 (pH 2,8)
0,060
Pektin in 0,1
n
HCl
(pH 1)
Pektin in 0,5
n
HCl
(pH 0,3)
70°
+
0,005
0,242
Ksp
103
90°
KspW
0,326 ±0,025
2,39 ±0,14
1,07 ±0,12
8,44 ±0,50
13,1 ±0,4
68,6
vorliegenden Zusammenstellung ersieht man deutlich
des pH-Wertes und der Temperatur
auf die Abbaugeschwindigkeit.
Speziell interessierte die Frage, ob die durch unsere Mes¬
Aus der
den
Einfluß
Hydrolysegeschwindigkeit sich un¬
Größenordnung der Spaltungsgeschwindigkeit gluco-
sungen bestimmte
gefähr
in der
sidischer
Bindungen befinde,
wie sie
von
andern Autoren ermittelt
wurden.
Zu diesem Zweck
verglich
man
die Abbaukonstanten mit ent¬
sprechenden Zahlen, welche bei der Hydrolyse von Stärke ge¬
analoger Reaktionsgleichung berechnet wurden
(siehe Tabelle 25).
funden und nach
72
—
Tabelle 25.
Hydrolysekonstanten,
—
Pektin und Stärke beim Ab¬
von
bau mit verdünnten Mineralsäuren
(KSP
bezieht sich auf
Minuten).
Hydrolysekonstanten
70°
Autoren
90°
Pektin in 0,5
n
HCl
0,22
•
10~3
1,1
•
10-3
Weber
Stärke in 0,5
n
HsS04
0,41
•
10~3
4,8
•
IQ"3
Meyer, Hopff, Mark (36)
Die
bei
durchgeführten Vergleiche sprechen dafür,
dem
Säureabbau
des
Pektins
mit
daß
man
es
einer
hydro¬
lytischen Spaltung glucosidischer Bindungen zu
tun hat. Interessant ist, daß die Konstanten
des Pektins
niedriger
sind als diejenigen der Stärke. Diese
Tatsache läßt wohl auf eine größere Resistenz des
Pektins
gegen
Säure-Hydrolyse
Schließlich berechnete
Ksp
des Abbaus in
H20,
man
berg und Mitarbeitern (15)):
kT
=
A
=
noch
sowie in
wärme. Dazu benützten wir
kT
schließen.
0,ln
aus
den
Reaktionskonstanten
HCl die
Aktivierungs¬
folgende Formel (siehe
=
bei Freuden¬
Ae~u\RT
Reaktionskonstante für T
Proportionalitätsfaktor (von
einflußt)
Aktivierungswärme
U
=
R
=
Gaskonstante
T
=
absolute
sterischen
Bedingungen
be¬
in Cal pro Mol
Temperatur.
Wenn kT für zwei verschiedene
kann sowohl die
Faktor A
Die
stanten
wurden
aus
Temperaturen bekannt ist,
Aktivierungswärme U, als auch der sterische
obiger Formel
berechnet werden.
Aktivierungswärme U wurde aus den Spaltungskon¬
der H20-Reihe sowie der 0,ln HCl-Reihe berechnet.
Es
folgende Resultate erhalten:
U
U
(HaO-Reihe)
(0,ln HCl-Reihe)
=
=
24,9 Cat pro Mol
23,8 Cal pro Mol
73
—
—
Freudenberg und Mitarbeiter (15) bestimmten
für C
e
11
u
1
o s e
eine
Aktivierungswärme
und für Stärke eine solche
von
U
=
28,1 Cal pro Mol
U
=
29,0 Cal
pro Mol
Aus
obiger Zusammenstellung geht hervor, daß die von uns
bestimmten Werte für U beim Pektin etwas niedriger liegen als
die von Freudenberg und Mitarbeitern für Cellulose und Stärke
ermittelten Aktivierungswärmen.
5.
Vergleich
der viskosimetrischen und
jodometrischen
Untersuchungen
Durch die
Viskositätsmessung bestimmt man eine physi¬
Eigenschaft einer Lösung, die sich besonders
mit der Kettenlänge der darin gelösten makromolekularen Sub¬
stanz ändert. Der Meßbereich dieser Methode ist begrenzt, da
unterhalb einer bestimmten Molekülgröße die Methodenempfind¬
lichkeit gering wird. Man kann also den Abbau eines makromole¬
kularen Stoffes mit Hilfe der Viskosität gewöhnlich nicht bis zur
vollständigen Aufspaltung in die Grundmoleküle verfolgen. D i e
Genauigkeit der viskosimetrischen Messungen
ist also am Anfang des Abbauversuches am größten
kalische
und nimmt mit dem Ablauf der Reaktion immer mehr ab.
Anders
liegen
die Verhältnisse bei der
Endgruppen. Hier handelt es
Die
Methode.
Genauigkeit
sich
nimmt mit der Zahl der f
d
zierenden
zu.
Dies
Hilfe
bedeutet,
r
daß
ei
w er
wir
Bestimmung
um
dieser
e
den
der redu¬
eine chemische
nden
Messungen
Endgruppen
Kettenabbau
mit
Endgruppenbestimmung theoretisch
bis zur vollständigen Aufspaltung in die Grund¬
moleküle verfolgen können. Die Viskositätsbestimmun¬
gen und die Ermittlung der Endgruppen ergänzen sich also gegen¬
seitig.
der
Messungen in der Praxis genügt der Bereich der
Viskositätsbestimmungen. Stark abgebaute Pektine,
deren Viskosität schon sehr weit gesunken ist, besitzen auch keine
Für
74
—
genügenden Geliereigenschaften,
gen hoher Konzentrationen als
Bei den
—
sie kommen
Verdickungsmittel
ausgeführten Abbauversuchen
Resultaten
nur
bei Anwendun¬
in
konnte
Frage.
man
aus
den
der
Viskositätsmessungen, sowie der
Titrationen
im Prinzip die glei¬
jodometrischen
chen
Schlüsse ziehen.
Die
Abhängigkeit der
Abbaugeschwindigkeit vom pH war durch die
Messungen beider Methoden ersichtlich. Aller¬
dings zeigten die jodometrischen Titrationen deutlichere Unter¬
schiede zwischen den einzelnen Versuchsreihen mit variiertem
pH-
Wert und veränderter
Temperatur.
Beide Methoden zeigen übereinstimmend, daß
raturen
sich
unter
55°C
der Abbau
sehr
bei
Tempe¬
langsam vor
geht.
jedoch betont werden, daß, abgesehen von dem ver¬
Empfindlichkeitsbereich der beiden Methoden, die
Viskosität- und E n dgru p p e n-Wert e nicht nur der
Ausdruck des Molekulargewichts sind. Wenn dies
der Fall wäre, müßte sich beim Auftragen der Viskositäten gegen
den Endgruppengehalt für alle Versuche eine einzige Kurve
ergeben. Dies ist jedoch nicht der Fall. Man kann dies z. B.
gut ersehen beim Abbau von 55° C (siehe Figur 9 und 12). Bei
Es muß
schiedenen
diesem Versuch wird die Viskosität
kaum beeinflußt. Der
Aldehydgehalt
HCl-Zusatz deutlich stark
erkennt man, daß bei
zu.
durch
Auch bei
gleicher
den
Salzsäurezusatz
jedoch mit steigendem
den übrigen Messungen
nimmt
Viskosität
des
Abbau¬
produktes umso mehr reduzierende Gruppen vor¬
handen sind, je tiefer das pH ist, bei dem der Abbau
erfolgte. Dies kann eventuell dadurch erklärt werden, daß teil¬
Oxydation der Aldehydgruppen eintritt, und zwar umso
weniger, je saurer die Lösung ist. Es zeigt sich auch allgemein
die Tendenz, daß Abbauprodukte gleicher Viskosität
mehr Aldehydgruppen besitzen, je tiefer
umso
die Temperaturen liegen, bei denen der Abbau
durchgeführt wurde. Auch dies könnte durch Oxydation er¬
klärt werden. Von Einfluß ist jedoch noch für den Abbau, ob er
im homogenen oder heterogenen System verläuft.
weise eine
—
75
—
heterogenen System sind die Abbauprodukte bei gleicher
aldehydreicher. Es mag sein, daß hier die
peripher gelagerten Makromoleküle der Flocken
sehr stark in kleinere Bruchstücke zerlegt werden, währenddem die
Im
Viskosität
eingeschlossenen relativ wenig ange¬
Je nach den Abbaubedingungen kann also die
griffen
Polymolekularität der Abbauprodukte recht verschieden sein.
Diese Betrachtung soll zeigen, daß man von einer genauen
in
der
Flocke
werden.
Kenntnis der Kinetik des Abbaus noch weit ent¬
fernt ist.
E. Der Einfluß
von
Verseifung
Wasserstoffionen auf die
und den Kettenabbau
An dieser Stelle soll auf Grund der in der
vorliegenden Arbeit
werden, ob und wie weit
eine Parallelität zwischen der Verseifung und dem Kettenabbau
besteht. Schneider und Bock (49e) weisen darauf hin, daß bei
verschieden starker Säurebehandlung der Pektinstoffe die Methoxylabspaltung mit der Molekülverkürzung ziemlich parallel gehe.
gesammelten Resultate
Genauere
noch untersucht
diesbezügliche Angaben
Bei beiden Prozessen handelt
Spaltung.
werden,
sich
Dabei sind
von
jedoch
die
fehlen.
es
sich
um
Bindungen,
eine
hydrolytische
gesprengt
welche
ganz verschiedener Natur. Im einen Falle handelt
es
Esterbindungen
Methylalkohol
um glucosidische
Bindungen zwi¬
schen der Aldehydgruppe des einen und einer
Alkoholgruppe eines
andern Galakturonsäuregrundmoleküls. Es ist nun unwahrschein¬
lich, daß Bindungen so verschiedenen Charakters bei der Einwir¬
kung von Säuren übereinstimmende Spaltungsbereitschaft zeigen.
der Pektinsäure mit
um
und im andern Falle
Tabelle 26.
Abbau und
Verseifung
und wechselnder
gelöst
Abbau¬
in
konstante
0,1
n
HCl
(pHl)
90°
Verseif.konstante
KvW
Abbau¬
konstante
Ksp 10"
0,060
0,206
0,326
0,242
4,53
1,07
K>p {na)
KsP{U,0)
Ksp (HCl)
KsP(H,0)
Kv (HCl)
Ksp (HCl)
Kv
Kv (H20)
Kv (H20)
KsP(H30)
Kv
4,0
22,0
3,3
24,8
3,5
Ksp
H20
70°
Verseif.konstante
10s
Kv
(HCl)
pH
Temperatur.
55°
Pektin
(pH 2,8)
des Pektins bei variablem
Verseif.konstante
KvlO*
Abbau¬
konstante
Ksp 10s
1,27
2,39
6,80
8,44
125
31,5
•
KvlO'
(HCl)
(HaO)
18,4
77
—
—
Diese Verhältnisse werden durch den
konstanten der
Verseifung,
Vergleich der Reaktions¬
hydrolytischen Kettenspal¬
sowie der
tung klargelegt.
IS
Tabelle 27. Die
~rr-Quotienten
bei variablem
*\sp
Temperatur.
(Berechnet
nach
den Kv- und den
Tabelle
^
J\sp
(pH 2,8)
pH und wechselnder
Ksp-Werten
in
26.)
55°
70°
90°
3,4
3,9
2,8
18,7
29,4
14,8
Die
Zusammenstellungen in Tabelle 26 und 27 zeigen deut¬
Erhöhung der H-Ionenkonzentration die Verseifung viel rascher verläuft als
der Kettenabbau. Dies geht besonders deutlich aus den
lich, daß durch die
Quotientenwerten hervor.
Es sei
betont, daß der Pektinabbau nach
der
Endgruppen¬
gibt jedoch für das in
der Praxis interessierende Gelierungsvermögen nicht
durchwegs gute Anhaltspunkte. Die viskosimetrische
Bestimmung des Abbaus erscheint uns geeigneter. Die Berech¬
nung der Abbaukonstanten ist jedoch bei den Viskositäts-Versuchen
nicht möglich, da das einer bestimmten Viskosität entsprechende
absolute Molekulargewicht noch nicht bekannt ist.
Aus der verschiedenen H-Ionenempfindlichkeit der Ester- und
glucosidischen Bindungen des Pektins geht hervor, daß die oft
angegebene Parallelität zwischen Molekülgröße und
methode ermittelt wurde. Diese Methode
Veresterungsgrad nicht gelten kann (49e).
Die hier dargelegten Verhältnisse wurden von Olsen und
Stuewer (41) in der Praxis erkannt und in einem Verfahren
zur
Gewinnung von P ek t in p r äp ara t e n mit ver¬
schieden hohem Veresterungsgrad ausgewertet. Sie
behandeln das Ausgangsmaterial für die Pektingewinnung (z. B.
—
Trester)
mit
—
HCl bei
pH < 1,0 und ca. 40 °C. Durch
Säureeinwirkung werden Präparate mit
Veresterungsgraden erhalten. Bei diesen Bedin¬
verschiedene
bestimmten
l,61o/0iger
78
Dauer der
gungen findet noch kaum ein wesentlicher Ketten¬
abbau statt. (Vergleiche Tabelle 16 und 23.)
Unsere Versuche wurden bei einem noch tieferen
durchgeführt,
angeben.
pH (0,3)
(41)
als Olsen und Stuewer in ihrer Patentschrift
Bei 40° C konnte bei diesen
Bedingungen während mehr als
Einwirkungszeit
Kettenspaltung festgestellt
werden, dagegen fand eine weitgehende Demethoxylierung statt.
Versuche bei 20° C zeigten, daß das Pektin nach ca. 3 Wochen
schon so weit verseift war, daß es deutlich ausgelierte.
einer Woche
keine
R
Zusammenfassung
1. Es wurde die Stabilität des Pektins bei
saurer
Reaktion in
Die Versuche wurden
an 1 o/o igen
wäßriger Lösung
Pektin-Lösungen in destilliertem Wasser, 0,ln HCl und 0,5n HCl
durchgeführt. Dadurch variierte der pH-Wert der Systeme zwi¬
schen 0,3 und 2,8. Der untersuchte Temperaturbereich lag zwischen
untersucht.
200 und 900 C.
Die Verseifungsgeschwindigkeit wurde durch
Erhöhung der H-Ionenkonzentration, sowie
durch Temperatursteigerung stark erhöht. Bei einem
bestimmten Verseifungsgrad tritt durch das Unlös¬
lichwerden des Pektins (infolge allmählichen Überganges
des Pektins in Pektinsäure) eine Ausflockung ein. Der Verlauf der
Demethoxylierung wurde auch im heterogenen System weiter ver¬
folgt. Die Verseifung im homogenen System wurde durch Anwen¬
dung der Gleichungen für Reaktionen erster Ordnung ausgewertet.
3. Die decarboxylierende Wirkung der H-Ionen
2.
die
auf Pektin ist bei den untersuchten HCl-Konzentrationen bei Tem¬
peraturen
unter
100° C
klein.
Die
Meßergebnisse
bei
Verseifungsversuchen wurden dadurch kaum beeinflußt.
4. Die Ergebnisse der Abbauuntersuchungen (Pektin¬
kettenspaltung durch H-Ionen) basieren auf Viskositätsmes¬
sungen und Bestimmungen der reduzierenden Endgruppen durch Jodtitration.
Diese beiden Bestimmungsmethoden zur Untersuchung des
Abbaus sind nicht gleichwertig. Durch die Viskosität wird vor
allem die
anfängliche Kettenspaltung erfaßt, der¬
den
jenige Bereich,
der für die Technik besonders
von
Interesse ist.
Bestimmung der End¬
deutlich
empfindlicher. Aus den Unter¬
gruppen
daß
die Bestimmungswerte nach beiden
suchungen geht hervor,
Methoden nicht als reiner Ausdruck des Molekulargewichtes des
Für den weiteren Abbau ist die
80
—
Pektins betrachtet werden
—
können, da Nebeneffekte durchaus mög¬
lich sind.
Sichergestellt ist die Beobachtung, daß durch Tempera¬
tursteigerung und pH-Verminderung der Pektinabbau beschleunigt wird.
Bei Temperaturen unter 5 5 ° C ist der Ketten¬
abbau
sowohl
—
viskosimetrisch
metrisch
verfolgt
pH-Bereich gering.
—
Die Resultate der
gleichung
Aus
dem
im
auch
jodo-
gesamten untersuchten
Jodtitration wurden nach der Reaktions¬
Ordnung (monomolekulare Reaktion) ausgewertet.
gegenseitigen Vergleich der Reaktionskon¬
1.
en ist der Einfluß der Abbaubedingungen
Reaktionsgeschwindigkeit besonders klar
stant
die
als
auf
er¬
sichtlich.
Die errechneten
Werte liegen in der Größenord¬
Hydrolysekonstanten glucosidischer
Bindungen, wie sie in der Literatur für Stärke beobachtet
wurden. Die Aktivierungswärme der Pektinhydrolyse liegt bei
24 Cal pro Mol., währenddem Freudenberg bei Stärke 29,0 und
nung
der
bei Cellulose 28,1 Cal pro Mol feststellte.
5. In einem abschließenden
stanten
und
die
Kapitel werden die Abbaukon¬
Verseifungskonstanten miteinander
verglichen. Daraus ist ersichtlich, daß die Verseifungsgeschwindigkeit durch pH-Erniedrigung bedeutend
stärker erhöht
digkeit.
wird als die
Kettenabbaugeschwin¬
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261
von
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Traubenzucker mit
Curriculum vitac
Ich, Fritz Julius Weber,
tober
1911
in
besuchte ich die
Gymnasium
die
von Winterthur, wurde am 30. Ok¬
(Kt. Schaffhausen) geboren. Daselbst
Elementar- und Sekundärschule, um hierauf ins
Neuhausen
in Schaffhausen einzutreten. Im Herbst 1930
Maturitätsprüfung
ab
und widmete mich
einem Jahr dem Musikstudium in Paris. Hierauf
Studium
an
der
Abteilung
legte
für Landwirtschaft der
begann ich mein
Eidgenössischen
Technischen Hochschule und erwarb im Sommer 1936 das
als
Ingenieur-Agronom.
In dieser
Studienzeit
Jahr landwirtschaftliche Praxis, welches
ich
nachher während
Diplom
inbegriffen
ich auf einem
ist ein
Betriebe
im Kanton Graubünden absolvierte.
Nach Abschluß meiner Studien
nischen
Hochschule verbrachte ich
(Militärfliegerschule, Abverdienen).
an
der
ca.
ein
land unterbrochen wurde.
Tech¬
Jahr im Militärdienst
Nachher widmete ich mich bis
im Sommer 1939 dem Chemiestudium
welche Zeit durch einen
Eidgenössischen
der Universität
Lausanne,
halbjährigen Studienaufenthalt in Eng¬
Vom August 1939 bis Oktober 1940 war
an
ich ohne Unterbruch im Aktivdienst. Seit November 1940 bin
ich
als Doktorand und Mitarbeiter im
Agrikulturchemischen Institut
der Eidgenössischen Technischen Hochschule
(Vorstand: Herr
Prof.
Dr.
entstand.
H.
Pallmann) tätig,
wo
auch
die
vorliegende Arbeit