缓冲剂

【背景及概况】^[1][2]

酸度或碱度常用PH值表示。溶液中PH值是以氢离子浓度的负对数为依据。我们知道PH为零的是很强的酸性，等于7的是中性，等于14的是很强的酸性。改变1个PH单位，实际上氢离子浓度改变10倍。因此，PH为3的溶液其酸度是PH值等于4的溶液的10倍（前者的氢离子浓度是后者的10倍）照此推下去，溶液PH值为3的酸度是PH等于5的100倍。任何一种水溶液都含有氢离子、氢氧根离子和水分子。它们之间处于相互平衡。当氢离子加到溶液里就会跟氢氧根离子反应，当氢离子溶液里的浓度增加10倍，氢氧根离子浓变到只有原来的十分之一。当PH值等于7，氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等。

日常食物许多具有酸性或碱性，而另些食物在体内经新陈代谢之后也会留下酸性或碱性的残余物。显然要使生命维持下去，必然用了一些控制PH值的方法，有些物质或一些物质的混和物用来保持溶液的PH值相对恒定，即使加酸或加碱，也能保持恒定，这些物质称为缓冲剂。最简要的缓冲剂是一些弱酸和这些弱敌的故的混合物。譬如酷酸和醋酸根离子的沉和物就是种很好的缓冲体系。如果用氢离子加到这种缓冲剂中，则醋酸根离子跟氢离子反应生成醋酸，而醋酸只有极少电离，实际上把增加的氢离子从溶液里除去。如果把碱OH^一离子加到醋酸和醋酸很离子的混和物里，氢氧根离子和醋酸反应生成醋酸根离子和水。因此，氢氧根离子不会使缓冲溶液的PH值发生大的变化。加入H^十或OH^一的净结果是醋酸根离子与醋酸的比值变化使得PH有一个很小的变化。醋酸盐-醋酸缓冲剂只在PH4-6范围内有效。这个值比人体能容许的酸度大得多。在人体中主要无机缓冲剂是酸式碳酸盐-碳酸和磷酸盐缓冲剂。控制人体内PH值更重要的是蛋白质，它是极好的缓冲剂。血液中的血红蛋白不仅是氢的载体而是重要的血液PH缓冲剂。

【种类及性质】^[2]

机体的组织器官中存在缓冲酸性代谢产物的系统，以维持细胞内外环境的酸碱平衡，例如血浆缓冲系统有NaHCO₃/H₂CO₃、Na₂HPO₄/NaH₂PO₄、Na^- Pro/H^- Pro（Pro：蛋白质）等缓冲对；骨骼肌细胞中的缓冲系统有K₂HPO₄/KH₂PO₄、K- Pro/H- Pro、KHCO₃/H₂CO₃等缓冲对。其中，血浆中以NaHCO₃/H₂CO₃缓冲对最为重要，而骨骼肌细胞中以K₂HPO₄/KH₂PO₄和K- Pro/H- Pro最为重要。NaHCO₃/H₂CO₃缓冲对是细胞外液中最强大重要的缓冲系统。正常情况下，血浆中NaHCO₃/H₂CO₃缓冲对的浓度比维持在20/1。该缓冲系统来自谢产物CO₂的水合作用：

由于该缓冲对有较多可接受氢离子(H+)的碱性物质，即HCO^3-，因此对酸的缓冲能力特别强。HCO3-与H+反应生成H₂CO₃，然后转变为水和CO₂，CO₂从肺脏呼出体外，这是机体排出H+最有效最便捷的途经。肺脏通过呼出CO₂来调节血浆NaHCO₃/H₂CO₃的比值，而肾脏通过排出过多的酸性或碱性物质，调节血浆中NaHCO₃的含量。

细胞内、外液的酸碱平衡是一个相互连贯的整体，细胞内产生的酸性物质可进入细胞外液，再排出体外。骨骼肌细胞内的代谢产物首先在细胞内得到一定程度的缓冲，余下的可进入血液，进一步被缓冲，然后通过肺脏或肾脏排出体外。正常人血浆和组织间液的pH值总是维持在7.35～7.45的范围内。骨骼肌细胞内液pH值较血浆低，一般保持在7.05左右。

【应用】 ^[3][4][5]

1. 碳酸氢钠：又名小苏打，为白色结晶体，其中NaHCO₃含量99%以上，国内广泛用于食品工业、医药和兽药中，在国外则更多地用作畜禽饲料添加剂〔3〕。碳酸氢钠是目前研究较为清楚、安全的饲料添加剂，1%碳酸氢钠水溶液pH值8.4，在瘤胃pH值为6.2时发挥有效的缓冲功能。其作用包括提高瘤胃pH值和渗透压，维持理想的瘤胃发酵环境和增加瘤胃液外流速度。据近几年国内外的研究，在畜禽饲料中添加适量碳酸氢钠，可有效地提高畜禽对饲料的消化率，加速营养物质的利用和有害物质的排出，提高畜禽的增重速度；可使畜禽机体的抵抗力和免疫力保持良好状态，有效地提高畜禽的抗应激能力，对预防畜禽疾病、保持畜禽健康生长具有重要作用。

2. 氧化镁：是一种碱性物质，氧化镁的主要作用是维持瘤胃适宜的酸度，增强食欲，增加日粮干物质采食量，有利于粗纤维和糖类消化，提高瘤胃和肠道对营养物质的吸收。氧化镁不仅可以补充饲粮中镁的不足（含镁54%），而且能够调节瘤胃发酵，对于奶牛来说还可增加乳腺对乳脂合成前体物的吸收。氧化镁的溶解度、饲料的热处理和颗粒度大小，直接影响其作用效果。

3. 柠檬酸钠：研究证明较大剂量的柠檬酸钠可一定程度缓冲乳酸，提高大强度运动的成绩。线粒体柠檬酸循环是有氧氧化的代谢途经，柠檬酸根是该循环的中间代谢物，可沿循环继续氧化分解产生能量。补充柠檬酸钠可提高细胞外液的缓冲能力，促使H⁺从肌细胞内液流出，这与碳酸氢钠的作用类似。由于柠檬酸钠的代谢产物就是碳酸氢盐（柠檬酸钠可通过柠檬酸循环，释放羧基，产生碳酸氢盐），补充柠檬酸钠从理论上讲可以提高机体碳酸氢盐的浓度。

4. 磷酸盐：当作酸性缓冲剂使用的磷酸盐主要有磷酸钠Na₃PO₄、磷酸氢二钠Na₂HPO₄等。从理论上讲，补充磷酸盐，还可为体内ATP和磷酸肌酸的合成提供原料，这也是补充磷酸盐的目的之一。补充磷酸盐不仅可刺激糖酵解加速，还也可增加机体无机磷水平，促进磷酸肌酸和ATP的合成。无机磷酸盐是糖酵解和有氧代谢的有力激活剂，当磷酸盐和ADP浓度增多时，可刺激ATP的合成。补充磷酸盐提高运动能力的可能机制主要有:提高细胞内外缓冲酸性物质的能力；增加细胞内外的磷酸盐浓度，促进磷酸盐诱导的糖酵解；促进氧化磷酸化和ATP及磷酸肌酸的合成；提高无氧阈；促进2，3-二磷酸甘油酸的合成；改善运动中心血管的功能；提高外周氧释放能力。

【参考文献】

[1] 指示剂、PH值和缓冲剂.《教学与进修》1984年02期

[2] 艾华. 酸性缓冲剂的研究进展及应用[J]. 中国运动医学杂志, 2004, 23(2): 169-179.

[3] 葛蔚, 柴超. 缓冲剂的作用机制及应用效果[J]. 中国饲料, 2001 (16): 8-9.

[4] 武法响. pH 值缓冲剂的使用探讨[J]. 聚氯乙烯, 2006 (12): 20-22.

[5] 常新耀, 赵建中. 碱性缓冲剂在高精料条件下对肉牛增重的试验[J]. 上海畜牧兽医通讯, 2008 (1): 24-25.