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緩沖劑

2020/10/23 9:04:26

【背景及概況】[1][2]

酸度或堿度常用PH值表示。溶液中PH值是以氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)為依據(jù)。我們知道PH為零的是很強(qiáng)的酸性,等于7的是中性,等于14的是很強(qiáng)的酸性。改變1個(gè)PH單位,實(shí)際上氫離子濃度改變10倍。因此,PH為3的溶液其酸度是PH值等于4的溶液的10倍(前者的氫離子濃度是后者的10倍)照此推下去,溶液PH值為3的酸度是PH等于5的100倍。任何一種水溶液都含有氫離子、氫氧根離子和水分子。它們之間處于相互平衡。當(dāng)氫離子加到溶液里就會(huì)跟氫氧根離子反應(yīng),當(dāng)氫離子溶液里的濃度增加10倍,氫氧根離子濃變到只有原來(lái)的十分之一。當(dāng)PH值等于7,氫離子濃度和氫氧根離子濃度相等。

日常食物許多具有酸性或堿性,而另些食物在體內(nèi)經(jīng)新陳代謝之后也會(huì)留下酸性或堿性的殘余物。顯然要使生命維持下去,必然用了一些控制PH值的方法,有些物質(zhì)或一些物質(zhì)的混和物用來(lái)保持溶液的PH值相對(duì)恒定,即使加酸或加堿,也能保持恒定,這些物質(zhì)稱為緩沖劑。最簡(jiǎn)要的緩沖劑是一些弱酸和這些弱敵的故的混合物。譬如酷酸和醋酸根離子的沉和物就是種很好的緩沖體系。如果用氫離子加到這種緩沖劑中,則醋酸根離子跟氫離子反應(yīng)生成醋酸,而醋酸只有極少電離,實(shí)際上把增加的氫離子從溶液里除去。如果把堿OH離子加到醋酸和醋酸很離子的混和物里,氫氧根離子和醋酸反應(yīng)生成醋酸根離子和水。因此,氫氧根離子不會(huì)使緩沖溶液的PH值發(fā)生大的變化。加入H或OH的凈結(jié)果是醋酸根離子與醋酸的比值變化使得PH有一個(gè)很小的變化。醋酸鹽-醋酸緩沖劑只在PH4-6范圍內(nèi)有效。這個(gè)值比人體能容許的酸度大得多。在人體中主要無(wú)機(jī)緩沖劑是酸式碳酸鹽-碳酸和磷酸鹽緩沖劑??刂迫梭w內(nèi)PH值更重要的是蛋白質(zhì),它是極好的緩沖劑。血液中的血紅蛋白不僅是氫的載體而是重要的血液PH緩沖劑。

【種類及性質(zhì)】[2]

機(jī)體的組織器官中存在緩沖酸性代謝產(chǎn)物的系統(tǒng),以維持細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的酸堿平衡,例如血漿緩沖系統(tǒng)有NaHCO3/H2CO3、Na2HPO4/NaH2PO4、Na- Pro/H- Pro(Pro:蛋白質(zhì))等緩沖對(duì);骨骼肌細(xì)胞中的緩沖系統(tǒng)有K2HPO4/KH2PO4、K- Pro/H- Pro、KHCO3/H2CO3等緩沖對(duì)。其中,血漿中以NaHCO3/H2CO3緩沖對(duì)最為重要,而骨骼肌細(xì)胞中以K2HPO4/KH2PO4和K- Pro/H- Pro最為重要。NaHCO3/H2CO3緩沖對(duì)是細(xì)胞外液中最強(qiáng)大重要的緩沖系統(tǒng)。正常情況下,血漿中NaHCO3/H2CO3緩沖對(duì)的濃度比維持在20/1。該緩沖系統(tǒng)來(lái)自謝產(chǎn)物CO2的水合作用:

由于該緩沖對(duì)有較多可接受氫離子(H+)的堿性物質(zhì),即HCO3-,因此對(duì)酸的緩沖能力特別強(qiáng)。HCO3-與H+反應(yīng)生成H2CO3,然后轉(zhuǎn)變?yōu)樗虲O2,CO2從肺臟呼出體外,這是機(jī)體排出H+最有效最便捷的途經(jīng)。肺臟通過(guò)呼出CO2來(lái)調(diào)節(jié)血漿NaHCO3/H2CO3的比值,而腎臟通過(guò)排出過(guò)多的酸性或堿性物質(zhì),調(diào)節(jié)血漿中NaHCO3的含量。

細(xì)胞內(nèi)、外液的酸堿平衡是一個(gè)相互連貫的整體,細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的酸性物質(zhì)可進(jìn)入細(xì)胞外液,再排出體外。骨骼肌細(xì)胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物首先在細(xì)胞內(nèi)得到一定程度的緩沖,余下的可進(jìn)入血液,進(jìn)一步被緩沖,然后通過(guò)肺臟或腎臟排出體外。正常人血漿和組織間液的pH值總是維持在7.35~7.45的范圍內(nèi)。骨骼肌細(xì)胞內(nèi)液pH值較血漿低,一般保持在7.05左右。

【應(yīng)用】 [3][4][5]

1. 碳酸氫鈉:又名小蘇打,為白色結(jié)晶體,其中NaHCO3含量99%以上,國(guó)內(nèi)廣泛用于食品工業(yè)、醫(yī)藥和獸藥中,在國(guó)外則更多地用作畜禽飼料添加劑〔3〕。碳酸氫鈉是目前研究較為清楚、安全的飼料添加劑,1%碳酸氫鈉水溶液pH值8.4,在瘤胃pH值為6.2時(shí)發(fā)揮有效的緩沖功能。其作用包括提高瘤胃pH值和滲透壓,維持理想的瘤胃發(fā)酵環(huán)境和增加瘤胃液外流速度。據(jù)近幾年國(guó)內(nèi)外的研究,在畜禽飼料中添加適量碳酸氫鈉,可有效地提高畜禽對(duì)飼料的消化率,加速營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用和有害物質(zhì)的排出,提高畜禽的增重速度;可使畜禽機(jī)體的抵抗力和免疫力保持良好狀態(tài),有效地提高畜禽的抗應(yīng)激能力,對(duì)預(yù)防畜禽疾病、保持畜禽健康生長(zhǎng)具有重要作用。

2. 氧化鎂:是一種堿性物質(zhì),氧化鎂的主要作用是維持瘤胃適宜的酸度,增強(qiáng)食欲,增加日糧干物質(zhì)采食量,有利于粗纖維和糖類消化,提高瘤胃和腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。氧化鎂不僅可以補(bǔ)充飼糧中鎂的不足(含鎂54%),而且能夠調(diào)節(jié)瘤胃發(fā)酵,對(duì)于奶牛來(lái)說(shuō)還可增加乳腺對(duì)乳脂合成前體物的吸收。氧化鎂的溶解度、飼料的熱處理和顆粒度大小,直接影響其作用效果。

3. 檸檬酸鈉:研究證明較大劑量的檸檬酸鈉可一定程度緩沖乳酸,提高大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的成績(jī)。線粒體檸檬酸循環(huán)是有氧氧化的代謝途經(jīng),檸檬酸根是該循環(huán)的中間代謝物,可沿循環(huán)繼續(xù)氧化分解產(chǎn)生能量。補(bǔ)充檸檬酸鈉可提高細(xì)胞外液的緩沖能力,促使H+從肌細(xì)胞內(nèi)液流出,這與碳酸氫鈉的作用類似。由于檸檬酸鈉的代謝產(chǎn)物就是碳酸氫鹽(檸檬酸鈉可通過(guò)檸檬酸循環(huán),釋放羧基,產(chǎn)生碳酸氫鹽),補(bǔ)充檸檬酸鈉從理論上講可以提高機(jī)體碳酸氫鹽的濃度。

4. 磷酸鹽:當(dāng)作酸性緩沖劑使用的磷酸鹽主要有磷酸鈉Na3PO4、磷酸氫二鈉Na2HPO4等。從理論上講,補(bǔ)充磷酸鹽,還可為體內(nèi)ATP和磷酸肌酸的合成提供原料,這也是補(bǔ)充磷酸鹽的目的之一。補(bǔ)充磷酸鹽不僅可刺激糖酵解加速,還也可增加機(jī)體無(wú)機(jī)磷水平,促進(jìn)磷酸肌酸和ATP的合成。無(wú)機(jī)磷酸鹽是糖酵解和有氧代謝的有力激活劑,當(dāng)磷酸鹽和ADP濃度增多時(shí),可刺激ATP的合成。補(bǔ)充磷酸鹽提高運(yùn)動(dòng)能力的可能機(jī)制主要有:提高細(xì)胞內(nèi)外緩沖酸性物質(zhì)的能力;增加細(xì)胞內(nèi)外的磷酸鹽濃度,促進(jìn)磷酸鹽誘導(dǎo)的糖酵解;促進(jìn)氧化磷酸化和ATP及磷酸肌酸的合成;提高無(wú)氧閾;促進(jìn)2,3-二磷酸甘油酸的合成;改善運(yùn)動(dòng)中心血管的功能;提高外周氧釋放能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 指示劑、PH值和緩沖劑.《教學(xué)與進(jìn)修》1984年02期

[2] 艾華. 酸性緩沖劑的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J]. 中國(guó)運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)雜志, 2004, 23(2): 169-179.

[3] 葛蔚, 柴超. 緩沖劑的作用機(jī)制及應(yīng)用效果[J]. 中國(guó)飼料, 2001 (16): 8-9.

[4] 武法響. pH 值緩沖劑的使用探討[J]. 聚氯乙烯, 2006 (12): 20-22.

[5] 常新耀, 趙建中. 堿性緩沖劑在高精料條件下對(duì)肉牛增重的試驗(yàn)[J]. 上海畜牧獸醫(yī)通訊, 2008 (1): 24-25.

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