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缓冲剂

发布日期:2018/4/20 16:29:55

【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或OH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HCO3-,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.

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  • 2018-04-20   缓冲剂