糖醇与氨基酸 /VC 水溶液的热力学性质的研究

姓名：江晓凤导师：马友光 教授时间： 2012.11.10

目录

一、课题背景

二、国内外研究状况

三、对课题的认识

四、工作安排

一、课题背景1 、功能糖醇简介 随着社会的进步、经济的发展和人们生活水平

的不断提高，人们对食品的要求不再仅仅局限于解决温饱、享受美食、满足口腹之欲，而是期望通过膳食来降低疾病风险或增进身体健康。在这种背景下功能食品应运而生，其研究与开发则是食品领域的发展前沿。

功能食品中有一类甜味剂，因其具有特殊生理功能或用途的而被称作“功能糖醇”。

一、课题背景

糖醇泛指以相应的还原糖经加氢还原而制得的多元醇。主要有木糖醇、山梨醇、甘露醇、麦芽糖醇、赤藓糖醇、乳糖醇等。

它们具有与蔗糖相类似的化学和物理性质，但热值较蔗糖低，多数情况下不起化学反应、无毒、无吸湿性、无龋齿性，具有良好的口感，低脂肪，易于糖尿病人食用，因而在食品、医药和化工行业得到广泛地应用。

近年来，糖醇行业备受关注，发展迅速。而作为功能性食品，它是一个综合性的学科，因而人们也从各方面对它进行了研究。

2. 溶液理论研究的重要性 溶液热力学性质一直都是许多化工、医药、食品等行业

所需要的基本信息。特别是多组分水溶液的热力学性质和迁移性质，在化学化工；分离过程（结晶，蒸发，海水淡化）；污水处理；污染控制；废油回收等很多领域都有重要的作用

密度和黏度是化工设计和过程优化不可缺少的基础物性和热力学数据。黏度数据在流体流动和动量传递过程中有非常重要的应用，密度数据对设计反应器的大小有决定性作用，流体力学和传热计算中也离不开密度

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糖醇的体积性质和迁移性质是糖醇溶液热力学性质的一个重要方面 , 体现着溶质 - 溶质相互作用、溶质 - 溶剂相互作用 , 还体现着溶液中共存组分之间的其他弱相互作用 . 而混合溶剂中体积性质和迁移性质的研究可以获得溶剂介入时溶质分子间的相互作用信息 , 这些信息对生命界普遍存在的复杂溶液——生命体液中物质转化和传递规律的探讨具有重要参考意义 .

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3. 糖醇与氨基酸 /VC 水溶液研究的重要性 尽管有研究表明糖醇可以稳定蛋白质，但是有关于糖醇与氨基酸溶液的研究并不是很全面。另外，糖醇并不是单独发挥其功能的，在很多情况下，都是糖醇与其他生物大功能分子一起作用，特别是氨基酸和 VC 这些人体内大量存在而且对身体发展健康所必须的。比如说复方氨基酸注射液、无糖食品糖果、化妆品等。因此，对糖醇与氨基酸 /VC 水溶液的基础研究还是很有必要的。

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二、国内外研究概况

1 、国内研究状况 近年来，由于糖类和多元醇有稳定蛋白质的作用，出现了很多关于蛋白质模型 --- 氨基酸，在糖类和多元醇溶液中的研究报道。糖醇也属于多元醇。但是就氨基酸/VC 和糖醇的溶液的研究却并不多见。

2004 年浙江大学刘华姬在其博士论文中报道了 --- 水溶液中氨基酸与多羟基化合物的相互作用热力学研究。其中研究了六种氨基酸（甘氨酸、 L-丙氨酸、 L-丝氨酸、 L-缬氨酸、 L-脯氨酸、 L-苏氨酸） + 甘露醇 / 山梨醇 /肌醇 + 水三元体系的异系焓作用，

二、国内外研究概况2004 年天津大学赵长伟 -----L-苏氨酸在糖和维

生素 C 溶液中的体积性质。计算了极限偏摩尔体积、迁移偏摩尔体积、理论水化数和粘度 B系数。

2006 年浙江大学徐南 ----- 氨基酸在多羟基化合物溶液中的热力学研究。研究了甘氨酸、 L-丝氨酸、 L-丙氨酸、 L-苏氨酸在丙醇 /葡萄糖 / 甘露醇水溶液中的一系列性质。

二、国内外研究概况

2007 年为深入理解多元醇稳定蛋白质机理，许莉研究了氨基酸在木糖醇水溶液中的体积性质。应用精密数字密度计测定了 298． 15 K 时甘氨酸、 L-丙氨酸和 L-缬氨酸与不同组成的木糖醇 - 水混合溶剂构成的三元系溶液的密度，计算了氨基酸的表观摩尔体积 VФ 、极限偏摩尔体积VФ0 、迁移偏摩尔体积 ΔtrVФ0 和水化数Nh 。

二、国内外研究概况 2009 年【 45】邱晓梅又进一步报道了

298.15K 下六种氨基酸从水到甘露醇 / 山梨醇 / 木糖醇水溶液中的迁移焓。分析和讨论了糖醇分子与氨基酸分子在水溶液中的溶质 - 溶质和溶质 - 溶剂相互作用，结果表明氨基酸的两性端基于多元醇的羟基之间的作用占主导。

本课题组已经研究了糖醇水溶液的密度黏度及扩散性质，而糖醇的三元溶液还有待研究。

二、国内外研究概况 2009 年【 45】邱晓梅又进一步报道了

298.15K 下六种氨基酸从水到甘露醇 / 山梨醇 / 木糖醇水溶液中的迁移焓。分析和讨论了糖醇分子与氨基酸分子在水溶液中的溶质 - 溶质和溶质 - 溶剂相互作用，结果表明氨基酸的两性端基于多元醇的羟基之间的作用占主导。

本课题组已经研究了糖醇水溶液的密度黏度及扩散性质，而糖醇的三元溶液还有待研究。

二、国内外研究概况2. 国外研究状况 国外糖醇业起步比较早，发展非常迅速，对其研究也颇多。2010 年印度Niki S. Jha et al. 研究了氨基酸同系物与山梨醇的相互作用热力学 ,测定了氨基酸、山梨醇和水的三元体积的表观摩尔体积、表观压缩系数和稀释焓，并深入分析了此三元体系中的分子作用机制。

二、国内外研究概况

三、对课题的认识 论文的研究内容 本课题选择甘露醇 / 木糖醇 / 山梨醇 / 麦芽糖醇 / 赤藓糖醇五种具有代表性的糖醇与丙氨酸 /精氨酸 /苏氨酸 /缬氨酸 / 甘氨酸 / 在水溶液的热力学性质进行研究。测定了其二元和三元糖醇溶液的密度黏度，并分别对密度黏度进行关联和拟合。与此同时还对三元体系进行偏摩尔性质和迁移性质两个方面分析和讨论。

实验内容

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甘露醇

木糖醇

山梨醇

麦芽糖醇

赤藓糖醇L-精氨酸

维生素 C

甘氨酸

L-丙氨酸

L-苏氨酸

L-缬氨酸

水

三、对课题的认识

三、对课题的认识 研究方法 密度的关联： ρ=A1+A2*T+A3*C

ρ=A -B*T - 黏度关联： ηr=η/η0=1+B*C+D*C

ηsp= 　　

ηsp/C=[η]+k`*[η]2*C

 

三、对课题的认识体积性质： VФ=M/ρ－ 1000*(ρ-ρ0) /mρρ0

VФ=VФ0+Sv*

迁移性质： ΔtrVФ

0=VФ0[氨基酸 /VC+水 ]－ VФ

0 [水 ]

水化数： ΔtrVФ

0=ΔNh*3.0

三、对课题的认识 研究目标 期望在预定时间内完成实验量，并至少发一篇

SCI 论文和完成毕业大论文

研究拟解决的问题1. 粘度测量时降温比较慢，预计用冷冻水加速降温2. 部分糖醇具有一定吸湿性，故将尽量密封干燥3. 糖醇中溶解度越小越易结晶，应避免水分的蒸发

四、工作进程安排第一阶段 2012.9.1—2012.9.18 看文献 实验前期准备

2012.9.20—2012.9.28 VC+ 甘露醇 + 水

2012.11.6—2012.12.30 VC+ 山梨醇 / 木糖醇 / 麦 芽糖醇 / 赤藓糖醇 + 水

2012.1.1—2012.1.31 数据处理，撰写小论文

四、工作进程安排第二阶段 2013.3.1—2013.5.30 甘氨酸 + 糖醇+ 水 2013.6.1—2013.8.30 丙氨酸 + 糖醇+ 水 2013.9.1—2013.10.31 缬氨酸 + 糖醇+ 水 2013.11.1—2013.12.30 精氨酸 + 糖醇+ 水 2014.1.1—2014.3.30 苏氨酸 + 糖醇+ 水

第三阶段 2014.4.1—2014.5.31 数据处理，撰写毕业论文 2014.6.1—2014.7.1 毕业答辩

五、参考文献 赵长伟 ,马沛生 ,朱春英 ,赵树志 ,L-苏氨酸在糖及维生素 C水溶液中的体积性质 ,物理化学学报 ,2004,,20(1),15-20

许莉 ,丁成荣 ,林环 ,王旭 ,林瑞森 , 氨基酸在木糖醇水溶液中的体积性质 ,化学学报 ,2007,65(23),2797-2801

2006年浙江大学徐南 -----氨基酸在多羟基化合物溶液中的热力学研究。

五、参考文献 Huaji Liu, Ruisen Lin, Honglin Zhang, Enthalpic

Interactions of Amino Acids with Saccharides in Aqueous Solutions at 298.15 K, J. Chem. Eng. Data 2004, 49, 416-420

Xiaomei Qiu, Qunfang Lei, Wenjun Fang, Ruisen Lin, Transfer Enthalpies of Amino Acids and Glycine Peptides from Water to Aqueous Solutions of Sugar Alcohol at 298.15 K, J. Chem. Eng. Data 2009, 54, 1426–1429

Chunli Liu, Li Zhou, Lin Ma, Volumetric Properties of Amino Acids in Aqueous N-Methylformamide Solutions at T =298.15 K, J. Chem. Eng. Data 2010, 55, 4509–4513

五、参考文献 A.M.Seuvre,M.Mathlouthi,Solution properties and

solute-solvent interactions in ternary sugar-salt-water solutions,Food Chemistry 122(2010) 455-461

Niki S. Jha · Nand Kishore， Thermodynamics of the Interaction of a Homologous Series of Amino Acids with Sorbitol， J Solution Chem (2010) 39: 1454–1473

 Tarlok S. Banipal,* Jasbir Kaur, Parampaul K. Banipal, Ashwani K. Sood, and Kultar Singh， Volumetric and Viscometric Studies of Some Amino Acids in Aqueous Solutions of Cadmium Chloride at T = (288.15 to 318.15) K and at Atmospheric Pressure， J. Chem. Eng. Data 2011, 56, 2751–2760

五、参考文献

Amalendu Pal* and Nalin Chauhan， Thermodynamic Study of Some Amino Acids, 2-Aminopropanoic Acid, 2-Amino-3-methylbutanoic Acid, 2-Amino-4-methylpentanoic Acid, and 2-Amino-3-phenylpropanoic Acid in Aqueous Saccharide Solutions at Different Temperatures: Volumetric and Ultrasonic Study， J. Chem. Eng. Data 2011, 56, 1687–1694

请各位老师和同学批评指正

谢谢！