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Studien Ober Pflanzenkolloide XXXVI. Bereitung und Dispersit&tsgrad von Erythrok6rpern aus Kartoffelst rke.
Von M. S a m e c und L. K n o p . ~Aus dem Chemischen Institut der K6nig-Alexander-Universit~it in Laibach
(Ljubljana) - - Jugoslawien.]
(Eiugegangen am 9. Oktober 1933.)
Die Gegenwart einer mit Jod sich rot fgrbenden Komponente wurde in der Kartoffelst~irke bereits yon A. M e y e r 1) beobachtet. SpS.ter schrieb L. M a q u e n n e =) dem Amylopektinanteil eine ins Rot gehende Farbt6nung mit Jod zu. Im allgemeinen hat te man sich ge- wShnt, die Abstufung der Jodfarbe yon Blau tiber Violett und Rot- braun ins Gelb als ein Anzeiehen eines ablaufenden Abbauprozesses an- zusehen, da zufSJligerweise die diastatisehe Stgrkespaltung yon einem solchen Wandel der Jodfarbe begleitet ist. Bei unseren Versuehen, die Stgrkel6sung nach verschiedenen Prinzipien zu fraktionieren, hat es sich aber gezeigt, dab die rote Jodfarbe nieht an einen bestimmten Ab- baugrad der St~trke gebunden ist, sondern dab man diese Farbt0nung an St~rkesubstanzen versehiedenen Dispersitiitsgrades beobaehten kann. Naeh den bisherigen Beobachtungert kann man in der Reihe tier Amylosen (blaue Jodfarbe) Dispersit~ttsgrade zwisehen M ~-, 3000 und M > 100 000 und in der Reihe der Erythroamylosen DispersitXtsgrade zwischen M ~,o 1600 und M :> 250 000 feststellen.
In der vorliegenden Abhandlung wollen wir das an verschiedenen Stellen zerstreute Material sichten und durch besonders sorgfgltige Messungen des DispersitXtsgrades erg~tnzen.
1) A. Meyer, Die St~irkekSrner (Jena 1895): ~) L. Maquenne u. E. Roux, Compt. rend. 140, 1303 (1905).
27
422 KOLLOID - BEIHEFTE BAND 39, HEFT 8--1~
I . E r y t h r o a m y l o s e n a u s S t ~ i r k e k S r n e r n .
Die yon uns gebrauchte Methode zur Bereitung der E ry th roamy-
losensole wurde wiederholt besehrieben. Eine 2prozentige durch etwa halbstfindiges Erhi tzen auf 1200 C erhaltene St~rkel6sung wird elektro-
dekantiert , die Gelphase unter Druek gekoeht, die erhaltene L6sung
wieder elektrodekantiert und zwar so lange, bis nach dem Absetzen
der Gelphase Sole resultieren, welehe mit Jod eine rote Jodfarbe geben. 1)
Die relative Menge der - - nach gleicher Kochdauer der Gele - - in Form elektrodialytisch nicht mehr f~tllbarer Sole auftretenden Sub-
stanz ist yon der Reakt ion der L6sung abh~ngig; derselbe Faktor be- einflut3t auch den Dispersit~ttsgrad der gel6sten St~rkesubstanz. Um
die Verh~iltnisse quant i ta t iv zu erfassen, machten wir folgende drei
Parallelversuehe :
1. Wir neutralisierten die Gele vor dem Koehen gegen Phenol-
phthalein. Diese Mischung ist die alkalireichste, da bis zu der Phenol-
phthaleinneutralit~tt ein kleiner Teil des Alkalis aueh adsorptiv an die StSxkesubstanz gebunden wird.
9.. Wir ermittelten potentiometrisch die H-Ionenkonzent ra t ion und
setzten die ihr entspreehende Menge N a O H zu.
3. Die jeweils resultierenden Gele wurden in eigensaurer Reak t ion bei 1200 C gekocht.
Die aus den neutralisierten Gelen resultierenden Sole sind ~tut3erst
verdtinnt (0,1--0,3 Proz.), so dab es einer sehr langwierigen Fraktio-
nierung bedarf, um zu reinen Erythrosolen zu kommen. Wir
konnten aber den ProzeB dadurch wesentlich abktirzen, dab wir die
einzelnen Gele durch Elektrodekanta t ion mit kal tem Wasser yon dem in ihnen intermicellar enthaltenen Sol befreiten. Dadureh kamen
wir naeh der gleiehen Frakt ionenzahl (Sol VI und VII) in das Ge-
biet der reinen Erythrok6rper wie beim Koehen der nicht neutrali-
sierten Gele. "
Wie an anderer Stelle ausgeffihrt~), kann man aus den vorher- gehenden Fraktionen (z. B. Sol I I I , IV) reine ErythrolSsungen erhalten,
1) Die hintereinander resultierenden Gel- und Solfraktionen pflegten wir fortlaufend mit den rSmischen Ziffern zu bezeichnen; es mag wohl an der Knappheit der Referate liegen, dag manche Autoren gaubten, es w~iren hiermit verschiedene Substanzen gemeint.
2) M. Samec , Kolloid-Beih. 88, 103 (1931).
SAMEC m KNOP, STUDIEN OBER PFLANZENKOLLOIDE XXXV1 4~93
indem man sie tiber Wat t e filtriert, welch letztere die AmylokSrper aus
dem Sol selektiv sorbiert. Es zeigte sich aber, daft die Erythrosole nach
dieser Behandlung immer trtib geworden sind und daher ftir die Er-
mit t lung des Dispersit~ttsgrades weniger geeignet sind. Immerhin
ftihren wir auch Messungen an einem solchen Sol der VollstS~ndigkeit
halber an.
Den Dispersit~tsgrad ermittelten wir osmometrisch in verschiedenen
Konzent ra t ionen und diffusiometrisch. 1)
a) S o l e a u s g e g e n P h e n o l p h t h a l e i n n e u t r a l i s i e r t e n G e l e n .
Ftir die Messungen dienten uns zwei Sole VII . "~) Das Gel VI wurde einmal in eigensaurer Reaktion und einmal, analogwie die vorhergehenden
Gele neutralisiert gegen Phenolphthalein, 1 Stunde auf 1200 C gekocht.
Die beiden verdtinnten Sole (etwa 0,1 Proz.) wurden im Vakuum kon-
zentriert, wobei sie sich sehwaeh trfibten; die Trtibfing ging dureh
leichtes Erw~rmen zurtick. Das kolorimetrisehe Verhalten eines solehen
Erythrosols bei Zusatz steigender Jodmengen zeigt Tabelle I, die osmo-
metrisehen Messungen geben Tabelle I I und I I I wieder.
T a b e l l e I.
J o d f a r b e des , ,So l V I I "
50 cm a 0 , 0 3 p r o z e n t i g e s S o l + n / 1 0 0 J K J - L S s u n g i m K o l o -
r i m e t e r D u b o s q u e k o l o r i m e t r i e r t . V e r g l e i c h s l S s u n g 50 cm a
des S o l s -}- 0,5 und n/ lO0 J K J .
Zugesetzte Jod- I menge in cm s 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 5,0 8,0 10,0
Farbe . . . . . rotlila r o t
Skalenteil . . . 50 23 17 12 9 8 4,5 4 5
Die S~tttigung mit
6,5
1 Jod ist also bei 8 ccm 1-00 n j K J erreicht.
1) Vgl. N. Samec , Kolloid-Z. 5!1, 9.66 [(1932); Kolloid-Beih. 87, 91 (1932).
8) Kochdauer der St/irkelSsung 1 Stunde, des Gels I 2 Stunden, des Gels llI 1 Stunde, Gel IV 3 Stunden, Gel V 11/2 Stunden, Gel VI 11,/2 Stunden. Kon- zentration 2 Proz., Temperatur 1200 C.
27*
424 KOLLOID - BEIHEFTE BAND 39, HEFT 8--12
T a b e l l e 1I. 1 )
S o l V I I a u s g e g e n P h e n o l p h t h a l e i n n e u t r a l i s i e r t e n G e l e n .
L e t z t e K o c h u n g i n e i g e n s a u r e r R e a k t i o n , G l e i c h g e w i c h t
n a c h 12 T a g e n .
Pe Beobachteter osmo- fischer Drpck in Millimeter . . . . 3,3 8,2 37,0 52,0
C i
C a
Cakt
P
c
PvH
PQ
Die Konzentration in Proz in den S~ickchen . . . . .
Konzentration in der Auf~enfliissig- keit in P r o z . . .
Osmotische aktive Konzentration in
Proz. (C i -- C~) .
0,366 0,885
0,017 0,036
i
i i o,~491 o,8~9
Permeable Substanz in Proz . . . . . . . 24,6
[
23,1
20,5 27,4
2,084 2,622 3,250
o,o73 i o,o9~
! 2,011' 2,53
i 21,2o I 21,1
o,o9o I
3,16
19,92
S o l v a t a t i o n s g l e i c h u n g : P : = 9 , 3 c + 0 , 1 c 3,8.
Spezifischer osmo- tischer Druck .
P lim = a . . . . .
C
P - - - - a ~ - b E n - 1
E
v a n ' t H o f f s c h e r Druck 9,3c . .
Quellungsdruck 0,I c 3'8 . . . . .
9,455
9,3
0,155
3,24
9,658 i 10,195 10,83 11,71
9,3 9,3
1,53 2,41
23,53 29,12
3,40 7,71
3,907
q [
0,139
9,3 9,3
0,358 0,895
7,896 18,70
0,05 1,42
7,95 20,12
3,768
21,54
14,45
9,3
5,15
35,04
0,002 15,46
Pt Pt ~ PvH ~ PQ = ~ I 9,3 c -F 0,1 c ~'8 . 3,24 26,93 L 36,83 50,50
I
Pe - - P t . . . . . -{- 0,06 1,50 q- 0,25 : -{- 0,38 ! + 0,47 -F- 0,17 i
+ 3,04 + 1,85 !+ 171 [+ 0,29 Pe - - Pt = A in
Proz. Pe �9 �9 "" + 1,85 + 2,88
~) Kollodiumosmomeler. Bereitung siehe M. S a m e c , Kolloid-Z. 59, 267 (1932).
SAMEC u. KNOP, STUD1EN fiBER PFLANZENKOLLOIDE XXXVI 49,5
Dieses Sol enthMt im Mittel 22 Proz. durch Kol lodium permeable
Substanz. Der spezifische osmotische Druck steigt mit steigender Kon-
zent ra t ion allm~ihlich an, so dab eine Berechnung der mit t leren Molat-
gr6t3e nach dem v a n t ' H o f f s e h e n Gesetz nicht ang~ngig ist. Wir be-
nu tz t en daher die O s t w a l d s c h e zweigliedrige Gleichung P t = a . c
+ b �9 c", mit welcher die beste Approximat ion mit den Faktoren a = 9,3,
b = 0,1 und n = 3,8 erreicht wurde. Die Abweichung vom experimentel l
bes t immten Druck betr~igt maximal 3 Proz. Aus dieser Gleichung be-
rechnet sich ffir die Konzent ra t ion 0 Proz. die Molatgr6t3e
M = 967 0501)~).
Tabelle I I I beleuchtet das osmotisehe Verhal ten eines Erythro-
1) Wir dfirfen nicht aufler acht lassen, dab die hier beschriebenen Sole eine lange Vorgeschichte haben. Die St~irkesubstanz war bei der Versuchsreihe a insgesamt 11 Stunden und bei der Versuchsreihe c 3 Stunden in Berfihrung mit Wasser von 120 o C und wurde mehrmals elektrodekantiert. Es ist demnach die MSglichkeit einer Denaturierung nicht yon der Hand zu weisen. Die Ver- ~.nderung der St~rkesubstanz beim Kochen unter Druck haben wir seinerzeit ausfiihrlich studiert. Es ergab sich, da~ bei 1200 C verh~iltnism~i~ig geringe substantielle lknderungen erfolgen, erst bei 1350 C und namentlich 1550 C setzen tiefergreifende Prozesse ein.
Die Elektrodekantation selbst k6nnte im Prinzip eine doppeIte Ver~in- derung bedingen: Assoziation in der Gelphase wegen der daselbst erfolgten Konzentrationserh6hung und partielles Auswandern der permeablen Substanz- anteile durch die Pergamentmembrane in das Auflenwasser. Bei Solen, in denen sich keine Konzentrationsverschiebung vollzieht, k~ime nut die zweite Anderung in Betracht.
Wir haben diese Frage experimentell studiert. Das in der Gruppe b be. schriebene, durch Eindampfen im Vakuum konzentrierte Sol VII wurde 5 Tage mit 150 Volt Spannung elektrodialysiert. Es erfolgte abermals eine Phasen- trennung. Die untere Phase, die bis zur halben FliissigkeitshShe reichte, war wasserklar, viskos, jedoch nicht gallertartig, die obere Solphase blieb spuren- weise getriibt. Ihr osmotisches Verhalten, ~ihnlich berechnet wie in Tabelle II, fiihrte zu einer mittleren Molatgr61~e, M 260 000 bei 27 Proz. permeabler Sub- stanz. Eine grofle Verfinderung des Sols konnte also nicht konstatiert werden.
2) Die Erythroamylosensole zeigen nach diesen Messungen noch eine Hy- dratation. Wit gehen nicht fehl, daffir in erster Linie die in ihnen noch an- wesenden elektrisch geladenen Teilchen verantwortlich zu machen. Wird das Sol zum Beispiel, wie in der frfiheren FuBnote beschrieben, abermals extrem elektrodekantiert, so finden wir Sole, bei denen die Teilchengr6fie mit steigen- der Konzentration nicht mehr abnimmt, sondern langsam zunimmt, was der Dispersit~.tsvariabilit~.t des Systems gut entspricht. In Obereinstimmung damit konnten wir am Gel VII osmotisch noch eine ausgesprochene Hydratation nach- weisen. Seine Gleichung lautet Pt ~ 3,9 c + 0,16 c 3 und die daraus folgende mitt- lere M01atgr5fle M 636800, der Hydratationsdruck war in einer 3prozentigen LSsung gleich 4,32 mm Wasser, w~ihrend der Hydratationsdruck des Gel I bei der gleichen Konzentration 69,9 mm H20 betrggt.
426 KOLLOID- BEIHEFTE BAND 39, HEFT 8----12
amylosensols, welches aus durchwegs gegen Phenolphthale in neutral i -
sierten Gelen erhal ten wurde.
T a b e l l e I lL
S o l V I I a u s g e g e n P h e n o l p h t h a l e i n n e u t r a l i s i e r t e n G e l e n .
A u c h d ie l e t z t e K o e h u n g in n e u t r a l e r R e a k t i o n .
G l e i c h g e w i c h t n a c h 12 T a g e n .
Pe Osmotischer Druck in Millimeter . . . . 4,1 8,5 14,0
C i Konzentration in den S/ickchen in Proz. 0,624 1,273 2,038
C a Konzentration der Aul3enfliissigkeit in Proz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,014 0,029 0,051
Cak t Osmotisch aktive Substanz in P r o z . . . 0,610 1,244 1,987
Permeable Substanz in Proz . . . . . . . 19,0 I 18,38 18,9 L
P c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,7 7,0 7,0
l i m P ~ 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,6 - - - - c
Molatgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 500 363 500 352 500
W e n n auch das Gel VI nurmehr sehr wenig sauer ist, ist doch diese
letzte Neutral isa t ion yon Einflufl auf das erhaltene Sol. Die permeable
Subs tanz betr~gt je tzt etwa 19 Proz. und die mitt lere Molatgr6t3e er-
gibt sich analog wie oben zu M ~ 347 000.
b) E r y t h r o a m y l o s e n a u s e l e k t r o m e t r i s c h n e u t r a l i s i e r -
t e n G e l e n . In einer anderen Versuchsreihe wurden - - wie erw~hnt - -
die Gele nur mit soviel NaOH versetzt als der potent iometr i schenH-Ionen-
Aktivit~Lt entspricht. Das osmotische Verhal ten eines solchen Sols gibt
Tabelle IV wieder.
Auch hier ist der Dispersit~itsgrad der Erythrok6rper sehr gering.
E twa 13 Proz. passieren die Membrane, der kolloide Rest aber zeigt
einen ausnehmend kleinen osmotischen Druck. Bis zur Konzent ra t ion
yon 2 Proz. l inden wir eine sogut wie lineare Abh~ngigkeit zwischen
dem beobachte ten Druck und der Konzent ra t ion . Der nach der Glei-
chung Pe ~ 4,65 �9 c berechnete Druck weicht yore beobaehte ten hSch-
stens u m 5 Proz. ab. Aus ihr erfolgt die Molatgr6fie
M = 534 000.
Die osmotischen Messungen umfassen nur den kolloiden Rest. Um
einen Uberbl ick tiber die mit t leren DispersitS~tsgrade der g e s a m t e n
S A M E C u . K N O P , S T U D I E N C ~ I B E R P F L A N Z E N I ~ O L L O I D E X X X V I 4 2 ~
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428 : KOLLOID - BEIHEFTE: BAND 39 , H E F T 8--12
im Sol vorhandenen Subatanz zu gewinnen, ffihrten wir eine Reihe
yon Diffusionsmessungen an versehiedenen konzentrierten Solen durch.
Details einer solchen Messung zeigt Tabelle V und einen Oberblick fiber
alle Messungen die Tabelle VI.
T a b e l l e V1).
E r y t h r o a m y l o s e n aus p o t e n t i o m e t r i s c h n e u t r a l e n Solen .
D i f f u s i o n . Temperatur 20 0 C, maximale Temperatursehwankung A ~-0,50 C
I II
Ill IV S
a b x t D
0,0831 0,0436 0,0133 0,0044 0,1444
5 755 3 020
921 304
10 000
0,4117 0,5500 0,4156 0,3115
42,8 42,8 42,8 42,8
0,0123 0,00924 0,0122 0,0163
T a b e l l e V1. D i f f u s i o n s m e s s u n g e n an E r y t h r o a m y l o s e n s o l e n
(aus p o t e n t i o m e t r i s c h n e u t r a l e n Gelen).
T e m p e r a t u r 20 ~ T e m p e r a t u r s c h w a n k u n g 0,5 ~ V e r s u c h s -
d a u e r 42,8 Tage .
Diffusions- Molatgr6fle in der Konzentration
schichte 0,79 1,44 2,27 2,43 2,6
1 2 3 4
Mittel
224 300 405 8 0 0 241 200 138 000 252 320
229 800 410 100 234 100 131 500 251 370
219 400 318 500 224700 133 400 224 000
219 850 493500 228 950 128 i00 267600
217 500 439 000 251 000 115 600 255 770
1) a ~ Substanzmenge in den einzelnen Schichten. b ~ Substanzmenge in den einzelnen Schichten berechnet in der
Annahme, dab die Gesamtmenge der diffundierenden Substanz = 10 000 ist.
h 2 x ~ der Proportionaliffitsfaktor 4Dr' wenn h die HShe der unter dem
L6sungsmittel befindlichen b liissigkeitsschichte und t die Diffusions- dauer bedeutet.
D ~ Diffusionskoeffizient. K 2
M ~ Molekulargewicht, berechnet nach der Relation M=D~. Ffir K
benutzen wir den Weft 5,92. Vgl. M. Samec, Kolloid-Z. 59, 276 (1932).
SAMEC u. KNOP, STUDIEN OBER PFLANZENKOLLOIDE XXXVI ~29"
Die Molatwerte der ersten und der dritten Diffusionsschichte stim- men ftir ein breites Konzentrationsintervall miteinander gut tiberein; die zweite Diffusionsschichte gibt wesentlich h6here, die vierte wesent- lich niedrigere Werte; das Mittel der Ergebnisse dieser beiden Diffusions- sehichten stimmt jedoch mit den Werten der ersten und dritten Schichte ziemlich tiberein. Auf die Abweichung der zweiten Diffusionsschichte haben wir bereits in einer frfiheren Abhandlung hingewiesenl). Sie dtirfte unter anderen in der Polydispcrsit~it unserer Sole begrtindet sein. Es. mag in diesem Zusammenhange betont werden, dab wir vielfach bei ktirzerer Diffusionsdauer niedrigere Molatwerte beobachten als bei l~ingerer. Der fein disperse Anteil der Substanz diffundiert rasch aus und zieht mit seinem Impulse einen Bruchteil des gr6beren dispersen mit; das Gros dieses letzteren folgt dann allmS~hlich nach.
Der groge Untersehied zwischen den Resultaten der Osmometrie und der Diffusiometrie kommt daheI, daft sieh bei der ersteren nur die durch Kollodium impermeablen Molate am osmotischen Druck beteiligen, die aus dem osmotischen Druek bereehneten Molatwerte sich also nur auf den kolloiden Rest beziehen, wS~hrend bei der Diffusion die gesamte gel6ste Substanz zur Geltung kommt.
Um einen AnschluB an die Osmose zu finden, ermittelten wir daher auch die Diffusionskoeffizienten des naeh der Gleichgewichtseinstellung in den Osmometers~ieken verbliebenen Restes. Das Resultat zeigt Ta- belle VII, aus weleher als mittlere Molatgr6t3e der Wert
M = 352 980 folgt.
T a b e l l e VII.
D u r c h K o l l o d i u m i m p e r m e a b l e E r y t h r o a m y l o s e n aus p o t e n t i o m e t r i s c h n e u t r a l e n Gelen .
D ~ 200 C, = 0,50 C, c --- 1,7 P roz .
I II III IV S
Mittel
0,1039 0,0500 0,0111 0,0028 0,1678
6 192 2 980
661 167
0,5298 0,5872 0,5500 0,3972
44,8 44,8 44,8 44.8
D 1 M
0,00979 0,00883 0,00993 0,0131
1) M. Samec, Kolloid-Z. 59, 266 (1932).
365 800 449 300 394 200 205 600
352 980
430 KOLLOID- BEIHEFTE BAND 39, HEFT 8--12
Dieser Molatwert ist zwar wesentlich grSBer als der ftir die nicht zerlegten Sole gefundene, er erreicht aber den osmotischen Wert noch immer nicht. Der Hauptgrund liegt darin, dab sich bei der Osmose der durch Kollodium diffundierende Anteil gleichm~tBig in der AuBenflfissig- keit und im Osmometerinhalt verteilt, so dab dieser immerhin noeh eine wenn auch kleine Menge niedrigmolatiger Anteile enth~lt, welche sich
bei der Diffusion geltend maehen, w~hrend sie bei der Osmose nicht zum Ausdruck kommen.
c) E r y t h r o a m y l o s e n aus G e l e n m i t e i g e n e n S g u r e g r a d e n . Werden die elektrodialytisch abgeschiedenen Gele in eigensaurer LO- sung unter Druek 1) gekocht, so sind die jeweils erhaltenen Sole kon- zentrierter und man kommt bereits naeh der dritten Koehung zu Ery- throamylosensolen. Wir filtrierten das ,,Sol I I I " tiber Watte 2) und eng- ten es im Vakuum bei 450 C ein. Die Resultate der osmotischen Messung eines solchen Sols enth~tlt Tabelle VI I I .
T a b e l l e VI I I .
E r y t h r o a m y l o s e n (So l III) aus e i g e n s a u r e n Gelen . G l e i c h g e w i c h t n a c h 14 T a g e n .
P = 7,9c + 2,5. c ~-,ea.
Osmose .
Anfangs- konzen- tration in Proz.
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0 2,5 3,2
Pc Beobach.
teter osmo- tischer Druck
in Milli- meter
C OSITIO- tisch aktive
Konzen- tration
in Proz.
PvH van't
Perme- Hoffsches able Glied
Substanz ac = "/,9 c in Proz. in Mflli-
Ineter H~O
PQ Quel- lungs- druck b c" =
2 , 5 c 2 , ~ 3
in Milli- meter H20
BerPtch.
nette:c~eS r'
Druck Pber 7,9c+
2,5c 2.2a ,n Milli- meter H20
0,7 1,6 2,8 4,4 5,8
10,9 21,1 32,2 51,0
0,0876 0,191 0,344 0,490 0,642 1,03 1,733 2,233 2,925
42,73 39,03 27,7 29,08 26,8 28,11 27,13 26,22 25,65
0,69 1,51 2,72 3,87 5,07 8,14
13,69 17,64 23,11
0,01 0,06 0,23 0,51 0,93 2,67 8,52
15,00 27,38
0,70 1,57 2,95 4,38 6,00
10,81 22,21 32,64 50,49
A
P e - Pber
0,00 + 0,03 - - 0,15 + 0,02 - - 0,20 + 0,09 - - 1,11 - - 0,44 + 0,51
1) Kochdauer: Kleister 1/2 Stunde, Gel I 1 Stunde, Konzentration 2 Proz., Temperatur 120 o C.
2) 6 g Watte fiir 100 cm 3 0,365 prozentigem Sol.
Gel II l J/~ Stunden,
SAMEC u. KNOP, STUDIEN OBER PFLANZENKOLLOIDE X X X V l 431
Hier gehen, ausgenommen die niedrigsten Konzentrationen, etwa 27 Proz. der Substanz durch Kollodium. Aus dem beobaehteten Druck folgt nach der Gleichung P- - - -7 ,9"c + 2,5" c -~ die Molatgr6Be
M = 315 �9 400. Aueh an diesem Material zeigt die Diffusion eine feinere Dispersion
an. Tabelle IX gibt uns die Zahlenwerte. Die Molatgr6fie bereehnet sich
aus ihnen zu M = 149 485.
T a b e l l e IX. E r y t h r o a m y l o s e n aus e i g e n s a u r e n Gelen . D i f f u s i o n .
T e m p e r a t u r v~= 21,5 ~ m a x i m a l e T e m p e r a t u r s e h w a n k u n g A = 0,70 C, D i f f u s i o n s d a u e r 36,8 T a g e .
Schicht [ x i a b I [ D M Nr.
I
Konzentration 1,9 Proz. Apparat N
1 0,1047 5 540 0,3652 0,01447 167 350 !I 0,0607 3 180 0,3630 0.01456 165 400
III 0,0184 974 0,3636 0,01454 165 900 IV 0,0058 309 0,2813 0,01879 99 290
S 0,1890 10 003 149 485
II. I m p e r m e a b l e 1 8 s u n g s s t a b i l e E r y t h r o a m y l o s e n . Die Erythroamylosen enthalten mehr oder weniger durch KoI!o-
dium permeable Substanz; bei der Ultrafiltration des eben beschriebenen ,,Sol I I I " dureh Kollodium gehen 58 Proz. durch die Membrane. Aus dem Ultrafilterrtickstand flockt beim Altern eih kleiner Teil partiell ans;
entfernt man auch diesen Substanzanteil (durch Zentrifugieren), so be- kommt man eine zeitlich stabile Fraktion, deren Dispersit~tsgrad aus Tabelle X ersichtlieh ist. Er entspricht je nach Konzentration der Molat- gr6fle M = 18807 bis 14 430.
T a b e l l e X. I m p e r m e a b l e E r y t h r o a m y l o s e n aus e i g e n s a u r e n Gelen .
D i f f u s i o n . M i t t l e r e V e r s u c h s t e m p e r a t u r 17,8 ~ D i f f u s i o n s d a u e r 34,3 Tage .
Nach der Ultrafiltration
in
Mittlere Molatgr613e berechnet aus der
1 2 I 3 4 Mittel
Diflusionsschicht
0,25prozentiger L6sung [ 18 610 0,33prozentiger L6sung 16 080
! 19 8 9 0 ' 18 807 14 850 14 430
19 890 16 840 I0 900 15 890
432 KOLLOID- BEIHEFTE BAND 39 , HEFT 8---12
III. U l t r a f i l t r i e r t e E r y t h r o a m y l o s e n .
Die durch das Kollodium-Filter durchgegangene LSsung wurde im Vakuum bei 45 o C auf 0,8 Proz. eingeengt und ebenfalls diffusio- rnetriseh geprtift.Ihre Charakteristik enth~tlt Tabelle XI.
T a b e l l e XI. U l t r a f i l t r i e r t e E r y t h r o a r n y l o s e n aus e i g e n s a u r e n Gelen .
T e m p e r a t u r 20 ~ m a x i m a l e T e m p e r a t u r s c h w a n k u n g A : 0,050 C, e ---- 0,7 Proz.
I II
I l l IV
S Mittel
a b x t D M
0,0264 0,0216 0,0143 0,0101 0,0724
3 647 2983 1 975 1 395
10 000
0,1212 0,1274 0,1288 0,1195
45,1 45,1 45,1 45,1
0,0769 0,0732 0,0709 00798
6 492 6 542 6 656 5 500
6 297
Der gefundene DispersitXtsgrad
M -- 6300 liegt sehr nahe bei den Werten, welehe wir seinerzeit ffir die F o u a r d - sche StSrke gefunden habenl).
IV. G u m m S s e s E r y t h r o d e x t r i n d u r c h B a c t e r i u m m a c e r a n s .
Bei der St~rkespaltung durch Bacterium rnacerans verbleibt ein gumrnSses Dextrin, welches wir seinerzeit genauer untersueht habena). Naeh passender Reinigung zeigt dieses Produkt eine ziegelrote Jodfarbe. Als rnittlere M olatgrSBe fanden wir osmotiseh bei
St~trke als Ausgangsprodukt . . . . . M = 28 600 und bei Arnylopektin als Ausgangsprodukt . M----36 000.
V. D i a s t a s e . E r y t h r o d e x t r i n . I
Die Amylolyse der Stltrke ist bekanntlich von einem Wandel der Jod- farbe begleitet. Man pflegt heute yon Amylodextrinen zu sprechen, die durch eine blaue Jodfarbe gekennzeichnet sind, yon Erythrodextrinen mit roter Jodfarbe und schlieBlich yon Achrodextrinen, welche sich mit Jod nicht anf~rben. DaB keine Syrnbasie zwischen der Jodfarbe und dem ,,Molekulargewicht" des Dextrins besteht, konnte schon W. B i l t z beobachten, d a er z. B. ffir einige Achrodextrine hShere Mole-
x) M. Samec, Kolloid.Beih. 87, 94 (1932). 2) M. Samec, Biochem. Z. 187, 120 (1927).
SAMEC u. KNOP, STUDIEN OBER PFLANZENKOLLOIDE XXXVI 4~33
kulargewichte land als for Erythrodextrinel). Das Abklingen der Jod- farbe ist bei verschiedenen Diastasearten sehr verschieden. Bei Pan- kreasamylase beobachten wir z .B. bereits bei einem Verzuckerungs-
grade von 32 Proz. Maltose eine dunkelrote Jodfarbe, welche bei,,49 Proz. Maltose" schwindet, die Gerstenamylase aber hydrolysiert Amylose bis , 9 2 Proz. Maltose", ohne dab die blaue Jodfarbe verschwinden wtirde~). Wir haben demnach auch bei den Diastase-Erythrodextrinen, ghnlich wie bei anderen ErythrokSrpern eine grofle Schwankung der Molatgr6fle zu erwarten. Anl~filieh einer Studie fiber die Diastasewirkung hydrolysier- ten wir eine einprozentige bei 1200 C bereitete L6sung von Kartoffelsts mit K a h l b a u m s ,,Maltin" und mit , ,Takodiastase" und isolierten nach best immten Zeitintervallen die kolloiden Abbauprodukte. Hierbei ergab sich der rote bis braune Farbton
bei Maltin zwisehen �9 . . M~-,18220 und M ~ 8 1 2 0 ,, Takodiastase . . . . M ~ 10 980 ,, M ~ 5550
Das ,, Erythrodextr in" stellten wir ferner nach L i n t ne r und D fill her3) ' und reinigten es genau nach ihrer Methode. Es ergab sich osmometrisch
.daffir die Molatgr•Be M = 10 670 a)
und diffusiometrisch M = 5000.
VI. $1iure. Erythro dextrin.
A. M e y e r nannte das durch Jod sich rOtende St~trkeprodukt Amylodextrin, spgter ffihrte man daffir den Namen Erythrodextrin ein. Er stellte es ~thnlich wie W. N~tgeli durch S~turewirkung dar. W. B i l t z
untersuchte drei solcher Dextrine. Das als Erythrodextrin I I I bezeichnete Produkt wurde durch
Hydrolyse mit Oxals~ure dargestellt. Es hat te eine spezifische Drehung a n = 193 ~ zeigte kryoskopisch die Molekulgr6Be 2925; das , ,Erythro- dextrin I I a " wurde von F e i s t m a n dargestellt~). Seine Jodfarbe war rotbraun, die Drehung a D = 186 ~ das kryoskopisch bestimmte Mole- kulargewicht s t immte nach L i n t n e r mit dem des Erythrodextrin I I I iiberein, nach K S n i g und H a s e n b a u m e r betrug es M = 3949--3470. Das ,,S~turedextrin" wurde durch Kochen yon 16slicher StXrke mit einer
1) W. Biltz, Z. physik. Chem. 8{I, 683 (1913). 2) M. Samec u. E. Waldschmid t -Le i tz , Z. physiol. Chem. 203, 16 (1931);
vgl. auch M. Samec, Kolloid-Beih. 6, 23 (1914), 10, 289 (1919); Biochem. Z. 187, 120 (1927).
a) C. J. L in tner u. G. Drill, Ber. dtsch, chem. Ges. 26, 2533 (1893). ~) M. Samec, Biochem. Z. 187, 120 (1927). 5) Dissertation (Miinchen 1909).
434 K O L L O I D - B E I H E F T E B A N D 39, H E F T 8 - -12
Spur Salzs~ure bis zum Verschwinden der StS.rkereaktion und mehr-
fachen Umf~llen mit Salzs~ture erhalten. Die Jodfarbe war braun. Die
exakten Messungen des osmotisehen Druckes W. B i l t z ' ergaben for das
Erythrodext r in I I I . M = 6800 und
M : 4100 Erythrodext r in I I a . M = 3000
S~turedextrin . . . . . 3,I = 4000
Wir untersuchten ein genau nach A. M e y e r dargestelltes Produkt l ) . t
Die Reinigung trieben wir so weir, dat3 das Produkt in Form kleiner SphS.rokristalle vorlag. Die Daten tiber die Diffusion dieses Produktes
gibt Tabelle XI I , aus ihr folgt die mittlere Molatgr61?e.
M = 4190.
T a b e l l e XI I . E r y t h r o d e x t r i n M e y e r v a = 1 7 ~ A = 0 , 5 0 , c = 0 , 6 P r o z .
I II
i I I IV
S
a b x t D M
0,0232 0,0185 0,0124 0,0081 0,0722
3 730 2 974 1 994 1 302
10 000
0,1276 0,1273 0,1250 0,1278
16,9 16,9 16,9 16,9
0,0910 0,0912 0,0929 0,0909
4,232 4,212 4,061 4,245
~M. b 2) = 4,190 lOON
VII. Durch einstf indiges Erhitzen in Naphthal in auf 3 0 5 ~ desaggregierte und desazetyl ierte Azety lamylose .
H. Pr i n g s h ei m suchte dadurch zu fein dispersen St~rkesubstanzen zu kommen, dab er AzetylstS.rke in Naphthal in erhitzte und das Des-
aggregat ionsprodukt desazetylierte3). Wird die Tempera tur hoch ge- nug getrieben, z. B. 1 Stunde bei 3050 C, so erhMt man nach dem Ent-
fernen des Naphthal ins und nach dem Desazetylieren ein weit3es pul-
veriges StS.rkedesaggregat mit sch6ner roter Jodfarbe. Die kolori- metrische Charakterist ik gibt Tabelle X I I I und die Diffusionsresultate
Tabelle X I V wieder.
1) M. Meyer, Die Stiirkek6rner, S. 31. e) Berechnet man aus den 4 Diffusionsschichten durch gew6hnliche Mittel-
bildung die Molatgr6Be, so kommen im Resultat alle beriicksichtigten Schichten in gleicher Weise zur Geltung. Da aber die Substanzmenge in den einzelnen Schichten sehr verschieden ist, entspricht den tatsS.chlichen VerhS.ltnissen besser
IvI �9 b die Berechnung nach der Formel 1000~"
3) A, Ste in gro ever , Ber. dtsch, chem. Ges. 62; 1352 (1929); vgl. M. Sam ec, Kolloid-Beih. 87, 100 (1932).
SAMEC u. KNOP, STUDIEN OBER PFLANZENKOLLOIDE XXXVI 43 5
T a b e l l e XI I I .
J o d f a r b e e x t r e m d e s a g g r e g i e r t e r A m y l o s e .
50cm 3 0 , 0 3 p r o z e n t i g e s Sol + n/100 J K J - L 6 s u n g im K o l o r i m e t e r D u b o s q u e k o l o r i m e t r i e r t . V e r g l e i c h s l 6 s u n g 50cm a.
Zugesetzte Jod- I menge in em 3 . I 1,25 2,0
Farbe . . . . . . -]
Skalenteil . . . . 50 23
I
3,0 4,0 5,0 i
7,0 ~ lO,Oi 12,0
I 13
r o t
8,5 j 7,0 i 5 i 4 4
T a b e l l e XIV.
E x t r e m d e s a g g r e g i e r t e A m y l o s e . D i f f u s i o n .
Temperatur: t9 = 17,60 C, maximale Temperaturschwankung: A : - 0,60 C.
I II
I l i IV
S
0,0209 0,0144 0,0071 0,0026 0,0450
b x t
4644 3 200 1 578
578 10000
D
0,222 10,98 0,0991 0,217 10,98 0,1011 0 , 2 1 3 : 10,98 0,1031 0,227 I 10,98 0,0966
Es resultiert das Molatgewicht
M = 3487.
M
3570 3430 3 298 3756 3513
M.b ~ ' ~ 10000 3 487
V I I I . D a s P i e t e t s e h e I s o d i h e x o s a n .
Ein weiteres Hitze-Desaggregationsprodukt mit roter Jodfarbe ist das Isodihexosan yon A. P i e t e t l ) . Man erh/ilt es durch Erhitzen yon 1 Tell St~irke mit 3 Teilen Glyzerin auf 2200 C, wobei man beim Auf- treten der rein roten Jodfarbe die Reaktion unterbricht. Wir haben uns mit dem Problem der ])ispersit~tsgradbestimmung dieses Produktes bereits cingehend beschMtigt~). Der wahrscheinliche Wert der mittleren
Molatgr6i3e betr~gt M = 1700.
1) A. Pic te t u. H. Vogel , Helv. chim. Acta 1~, 700. 2) M. Samec, Kolloid.Beih 87, 104 (1932).
~/,..q6 K O L L O I D - B E I H E F T E B A N D 39, H E F T 8--12
IX. (~berb l i ck .
Ein Oberblick tiber die beschriebenen Erythroprodukte, wie ihn Tabelle XV gibt, l~flt erkennen, dab wir ErythrokSrper auBerst ver- schiedenen Dispersit~tsgrades kennen.
T a b e l l e XV.
Mittlere Molatgr61]e
diffusiometrisch I osmometrisch
Erythroamylosen, Osmometerinhalt Erythroamylosen aus potentiometrisch
neutralen Gelen . . . . . . . Erythroamylosen aus gegen Phenol-
phthalein neutralen Gelen, letzte Ko- chung in neutraler Reaktion
Erythroamylosen aus gegen Phenol- phthalein neutralisierfen Gelen, letzte Kochung in eigensaurer Reaktion .
Erythroamylosen aus eigensauren Gelen
.GummSses Dextrin . . . . . .
Impermeable 15sungsstabile Erythro- amylosen aus eigensauren Gelen
Erythrodextrin durch Diastase Ultrafiltrierte Erythroamylosen
Erythrodextr in durch Oxals~ure
Erythrodextr in durch Salzsgure Amylodextrin A. Meyer, S~ture-Erythro-
dextrin . . . . . . . . . . Hitzedesaggregat in Naphthalin (305 o) lsodihexosan . . . . . . . .
352 980
250 021
149"485
18 807 14 430
5 000 6 300
4 200 3 487 1 700
534 000
347 000
267 050 315 400
36 000 28 600
10 670
6 800 4 100 4 000
Die Ansicht, dab die Jodfarbe an eine bestimmte TeilchengrSfle gebunden w~ire, mut3 demnach endgfiltig fallen gelassen werden. Wir sehen vielmehr, dab sowohl die jodbl~uenden als auch die jodr6tenden St~.rkeprodukte eine Art ,,polymerhomologer" Reihen bilden.
Ftir das Isodihexosan wurde bekanntlich von A. P i c t e t die Teil- chengr6Be entsprechend einem Disaccharid angenommen. Die kryo- skopischen Messungen, welche auf diese Molekulargr6Be hinweisen, scheinen jedoch nicht verl~Blich genug zu sein, so dab wit heute noch kein St~rkeprodukt notorisch ,,kristalloider" Dimensionen kennen, welches sich in L 6 s u n g mit Jod anfiirben wtirde und demnach mit Rficksicht auf .dieses Merkmal als ,,St~.rke" wfirde angesprochen werden kSnnen.
SAMEC u. KNOP, STUDIEN OBER PFLANZENKOLLOIDE XXXVl 437
Unsere Ansicht, daft eine gewisse Atomgruppierung far die Jod- ffarbe maflgebend ist, kgnnen wir auch weiterhin aufrechterhalten. Dieser Standpunkt bricht sich fibrigens weiter Bahn. $o schreiben E. L. H i r s t , M. M. T. P l a n t und M. D. W i l k i n 1) in neuester Zeit dem nach L i n g und N an j i dargestellten Amylopektin (welches die Erythro- fraktion der St~rke enthMt) eine a-fl-glukosidische Bindung zu, wiihrend
s ie . in den Amylose n e i n e fl-Bindung der Glukosereste annehmen. Die M6glichkeit einer Beziehung zwischen der verschiedenen glukosidischen Bindungsart, der Molkoh~tsion und dem Jodaufnahmeverm6gen haben wir an anderer Stel|e ausffihrlich diskutiert 2) und konnten die Anschau- ung durch enzymatische Versuche stfitzen3).
Zusammenfassung. In der Vorliegenden Arbeit wurde der Dispersit~itsgrad einer Reihe
yon StS.rkesubstanzen, welche sich mit Jod rot f~trben, untersucht. Es waren dies: die unter verschiedenen Bedingungen erhaltenen
Erythroamylosensole aus der Amylopektinfraktion der Kartoffelstarke, <lurch Kollodium impermeable 16sungsstabile Erythroamylosen, ultra- fiitrierte Sole, mit dem Bacterium macerans aus St~trke erhaltene gum- m6se Dextrine, S~ure- und Diastase-Erythrodextrine, ein durch Erhitzen des Amyloseazetates in Naphthalin erhaltener ErythrokiSrper und das Isodihexosan P i c t e t s.
Die untersuchten Substanzen sind polydispers, die mittlere Teilchen- gr6t3e ist auflerordentlich verschieden. Sic liegt zwischen M ,-~ 1700 und M ~ 534 000, so daft auch die ErythrokSrper eine Art polymerhomologer Reihe im Sinne S t a u d i n g c r s bilden.
Die rote Jodfarbe kann demnach nicht als Abh~ngige einer be- stimmten Teilchengr~fie aufgefaflt werden, sondern ist wohl konstitutiv bedingt.
1) j. chem. Soc. London 193~, 2375. 2) M. Samec u. M. Blinc, Kolloid-Beih. 30, 163 (1929). 3) M. Samec u. C. v. Waldschmidt-Lei tz , Z. physiol. Chem. P.,03, 16
(1931).
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