海藻酸钠是一种从褐藻类植物中提取的天然多糖，其性质稳定且具有安全性，由β-D-甘露糖醛酸（M）和α-L-古罗糖醛酸（G）2种单体单元通过1,4-糖苷键连接，以不同排列方式（如MM均聚段、GG均聚段以及MG交替段）以及不同比例组成海藻酸钠。不同来源海藻种类、生长年限、收获地区、季节、水温和加工方法等对海藻酸钠的M、G物质的量比值（M/G）均有影响。目前海藻酸钠的M/G介于0.33～3.1之间，通常将M/G＞1定义为高M型海藻酸钠，M/G＜1定义为高G型海藻酸钠。
近年来，海藻酸钠广泛应用于食品增稠剂和胶凝剂、组织工程、寡糖活性物质、药物递送等领域。由于M/G不同，海藻酸钠的溶解度、金属离子反应性、黏度和凝胶特性也有所不同，例如GG均聚段刚性＞M M均聚段刚性＞M G交替段的刚性。高G型海藻酸钠凝胶强度高而脆，有明显的泌水趋向；高M型海藻酸钠凝胶较为柔软且蠕变恢复能力较强。除多糖外，海藻酸钠寡糖的功能特性也与其M/G有关，G单体比例越高，其抗氧化活性越高。具有差异单体序列的甘露糖醛酸寡糖（MAOS）、古罗糖醛酸寡糖（GAOS）、杂合糖醛酸寡糖（HAOS）呈现不同的功能。HAOS的主要活性包括抗氧化、抗细胞凋亡和抗癌；而GAOS的主要作用是免疫调节和防御病原体；MAOS及其衍生物作为抗病毒、抗糖尿病、抗阿尔茨海默病和抗帕金森病药物发挥着重要作用。因此，需要确定藻酸盐M/G以更好地调控褐藻的加工生产及开发其应用潜力。
目前，海藻酸钠的M/G测定方法主要包括红外光谱法、液相色谱法、圆二色光谱（CD）法、核磁共振光谱（NMR）法以及紫外-可见分光光度法。其中，红外光谱法处理样品时间短、所用样品较少，但对样品纯度要求高，且峰形易受干扰，分峰过程误差较大。液相色谱法是多糖分析的主要技术之一，采用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮柱前衍生化高效液相色谱（HPLC）法可精确区分其他糖类，其灵敏度较高，但目前缺乏对海藻酸钠的系统研究，连接不同单体的糖苷键所需酸解条件不同，导致其检测重现性和精密度不理想。CD法已被提议作为一种快速且无损的方法确定溶液中藻酸盐的单体组成。然而，该方法对市售藻酸盐常见二价离子（例如钙离子）的存在非常敏感。NMR被认为是检测海藻酸盐成分和大部分特定嵌段结构的最可靠方法，通过预水解步骤提高溶解度和降低样品黏度，能够提供总体M/G的估计值及其块状分布的信息。但该方法所需设备昂贵且解谱方法对检测人员技术水平要求高，故其普及应用受限，可作为判定新方法准确性或样品纯度的金标检测法。紫外-可见分光光度法具有设备简单、成本相对较低的优点，但需要与离子交换柱层析配合使用，过程繁琐，且无法给出M、G分布的具体信息。以上色谱法和核磁法对测试分析人员的能力要求较高，且存在样品制备工作量大、耗时长、成本高昂等缺陷，对于大规模应用构成挑战。
在褐藻胶工业中，褐藻胶纯度是反映海藻酸钠质量优劣的重要指标，目前对褐藻酸钠含量测定的方法主要有重量法、硫酸咔唑法、分光光度法以及HPLC法。以上检测方法难以做到同时检测海藻酸钠的M/G和含量，更难以做到对MG交替段、MM均聚段和GG均聚段含量的检测。简化对海藻酸钠含量的测定方法，有助于提高企业的内控能力，促进行业的发展。
有研究表明，甘露糖醛酸和古罗糖醛酸的酸解离常数（pKa）分别为3.38和3.65，这种差异使甘露糖醛酸和古罗糖醛酸可通过pH值变化实现顺序沉淀。基于该原理，中国海洋大学食品科学与工程学院的刘兴勇、管清雨和李振兴*等拟采用电位滴定构建海藻酸钠含量和M/G的检测方法，实现对海藻酸钠中的MG交替段、MM均聚段和GG均聚段占比、M/G的同时测定，旨在提高检测效率、降低检测成本，为企业生产质控和行业质量提升提供理论参考。
01
不同含量的T藻海藻酸钠滴定分析
对不同含量T藻海藻酸钠进行降解滴定分析，其pH值-NaOH用量滴定曲线如图1a所示。随着海藻酸钠浓度提高，滴定曲线的起始上升点逐渐向左偏移，表明海藻酸钠在降解过程中消耗HCl，且浓度较高的样品反应起始时间较早。为进一步确定反应起始点，对滴定曲线进行一阶求导，结果如图1b所示。随着海藻酸钠含量降低，曲线的第一个极大值点（A点，以质量分数3%T藻为例）逐渐右移。此外，所有曲线在NaOH用量为60～65 mL范围内存在另一极值点（D点），由于滴定突跃的范围与溶液的浓度有关，随着被滴定溶液浓度增大，突跃范围增大。因此，A点与D点之间的差值随海藻酸钠浓度的增大而增大。
02
滴定曲线一阶导数分析
甘露糖醛酸和古罗糖醛酸pKa分别为3.38和3.65，这为采用电位滴定法分离MM均聚段和GG均聚段提供了理论依据。以5%海藻酸钠溶液为例，对T藻、N藻、海带以及T藻与N藻1∶1复配的海藻酸钠样品进行滴定测试，所得导数曲线如图2a、b所示。将A点与D点之间极大值点定义为C点，该点随着M/G增大而右移（图2c），因此其可能与MM均聚段与GG均聚段的分界点有关。由于C点的pH＞2.85，且该区间未出现其他的极大值点，同时，有研究将pH 2.85作为MG交替段和MM均聚段分离的判断阈值，所以将pH 2.85定义为MG交替段和MM均聚段分离的pH值，为B点。综上所述，A点为HCl与MG交替段反应的临界点，该阶段属于强酸与弱酸的反应，存在较大的极大值点；B点为MG交替段与MM均聚段反应的极大值点，这两个弱酸之间的电离常数可能较为接近，因此没有产生极值点；C点为MM均聚段和GG均聚段分离的导数点，该导数特征点的位置应随海藻酸钠M/G的不同发生相应变化；D点为GG均聚段完全反应的终点，此点之后为NaOH与水的体系，伴随pH值急剧上升，因此在导数曲线中表现出最为显著的极大值。
03
样品中海藻酸钠含量和M/G计算
为验证A点和D点的合理性，对海藻酸钠的含量进行计算，其单体单元均存在一个羧基，而羧基与氢氧根物质的量比按1∶1进行反应，因此采用消耗的NaOH用量进行等效计算，如式（6）所示：
式中：ω1为海藻酸钠占湿基的百分比/%；VA和VD分别为A点和D点对应的NaOH用量/L；cOH为NaOH溶液浓度/（mol/L）；mSA为海藻酸钠的质量/g；222为海藻酸钠的相对分子质量。
海藻酸钠中常含有一定量的水分，因此，计算海藻酸钠占干基的百分比（ω2）需要扣除其中的水分，此值可表示海藻酸钠的纯度，如式（7）所示：
式中：ω水为海藻酸钠的水分质量分数/%。
由表1可知，基本超过84%，而可达到95%以上，满足GB 5009.295—2023《化学分析方法验证通则》检出限的规定。因此，A点和D点作为糖醛酸反应的起点和终点具有相当可靠的依据。此外，需要对B点和C点所代表的含义进行验证。由于MG交替段中的单体M和单体G的物质的量比为1∶1，因此，可以根据式（8）～（11）分别计算海藻酸钠中MG交替段、MM均聚段和GG均聚段占比和M/G：
如表1所示，在不同海藻酸钠浓度下获得的GG均聚段占比波动较小，RSD＜10%，MG交替段与MM均聚段占比波动较大（RSD范围为6%～35%），且此消彼长，可能由于MG交替段和MM均聚段的化学性质较为接近，使两交替片段对pH值的反应灵敏度降低。不同藻来源样品中海藻酸钠含量（ω1和ω2）的RSD≤2.60%，符合方法学对检测误差要求。而对M/G检测的RSD波动较大，在5.47%～16.57%之间。因此，需要对该方法进一步优化以获得更高的检测准确度。
由表1可知，T藻的MG交替段和MM均聚段占比较小，GG均聚段占比较大，N藻和海带的MG交替段占比相差不大，但N藻的GG均聚段占比明显高于海带，这表明N藻的强度可能大于海带，这与实践中测得的强度相吻合。
04
预处理条件优化结果
酸性水解是多糖分析中的常用方法，然而该方法存在一定局限性：许多糖类在酸性条件下稳定性较差，并且糖醛酸在低pH值和高温下不稳定 。预处理条件不同对自动滴定分析过程有一定影响，因此，需系统考察并优化预处理过程中HCl浓度、温度及时间等关键条件。
4.1 HCl溶液浓度对测定结果的影响
由图3a可知，随着HCl浓度的升高，NaOH消耗量逐渐增加。如图3b、c所示，在0.15 mol/L条件下，未观察到明显极值点，极值点仅在HCl浓度不低于0.30 mol/L时出现。由表2可知，使用0.30、0.6 mol/L和0.75 mol/L HCl测得的海藻酸钠含量偏低，其可能是HCl浓度（0.3 mol/L）较低导致酸解不完全，而HCl浓度高于0.6 mol/L以上会导致糖醛酸损失。因此，HCl浓度为0.45 mol/L在本实验条件下较为合适。
4.2 水解温度对测定结果的影响
由图3d～f可知，当温度＞90 ℃时可以观察到MM均聚段与GG均聚段的分解导数点。由表3可知，随着温度提高，海藻酸钠含量也逐渐提高，这表明在较低温度下海藻酸钠酸解不完全，导致滴定不充分，而较高温度条件下得到低分子质量的海藻酸钠能够被充分滴定。因此，选择100 ℃作为预处理水解温度。
4.3 水解时间对测定结果的影响
由图3g～i、表4可知，水解时间为0.5 h或1 h时所测海藻酸钠含量偏低，而水解时间大于1 h后，所测海藻酸钠含量较为稳定。因此选择酸解时间为2 h，能够达到测定要求。
综上，根据上述实验结果确定预处理条件：向聚四氟乙烯内衬中加入40 g水以及1.5 mL 0.45 mol/L HCl溶液，在磁力搅拌下加入2.00 g海藻酸钠粉末，海藻酸钠充分分散于HCl溶液后，将聚四氟乙烯内衬置于水浴锅中，100 ℃加热2 h。
05
自动电位滴定参数优化结果
滴定过程中涉及到滴定剂用量及浓度影响海藻酸对Na+吸收与解离，本实验分析了2个因素：滴定剂用量、滴定剂浓度。
5.1 滴定剂用量参数优化
如图4所示，随着滴定剂用量的增加，一阶导数曲线的峰值信息逐渐减少，当滴定剂用量大于0.4 mL/滴时，该曲线所包含的信息显著减少。由表5可知，海藻酸钠含量数据波动较小，但当滴定剂用量大于0.4 mL/滴时M/G无法计算，考虑到时间成本及实验结果，最终选择滴定剂用量为0.2 mL/滴。
5.2 滴定剂浓度参数优化
滴定剂浓度是影响曲线信息及计算的关键因素之一。由图5可知，随着滴定剂浓度增加曲线信息逐渐减少。由表6可知，在0.1 mol/L的低浓度NaOH条件下，测得海藻酸钠含量仅为69.87%，这可能与电位滴定仪在低浓度区间识别终点的灵敏度降低有关，从而导致测定结果误差增大。而在0.5 mol/L较高浓度情况下，其一阶导数曲线较为平滑，导致难以观察到C点，因此，选择NaOH浓度为0.25 mol/L能够有效测定海藻酸钠含量及M/G。
综上，根据上述实验结果，选择0.25 mol/L NaOH溶液作为滴定剂，以0.2 mL/滴的滴定量进行滴定，测定效果最佳。
06
方法学验证
6.1 加标回收率
为验证检测方法的正确度，采用GB 5009.295—2023规定的方法正确度要求进行检测。如图6所示，曲线的重合度表明样品具有良好的重复性。海藻酸钠M/G回收率介于95.93%～100.41%之间（表7），海藻酸钠含量回收率介于102.88%～103.96%之间，这满足GB 5009.295—2023规定的回收率在90%～105%。
6.2 重现性
分别取T藻、N藻和海带待测样品6份，经过相同前处理后，测定海藻酸钠的M/G和含量，结果如图7所示。从宏观上看，滴定曲线和一阶导数曲线的重合度较高，而对于放大后的一阶导数曲线而言，由于每个点的pH值变化不尽相同，导致其细微之处有差异，但整体的含量及M/G差异在合理范围内。由表8可知，海藻酸钠含量重现性RSD范围为0.64%～0.78%，不同藻种海藻酸钠M/G的重现性RSD范围为2.14%～3.85%，这表明该方法有良好的重现性。
6.3 精密度
Anzai等研究表明，较短的水解期可以提高糖醛酸的收率，但不会影响M/G，并且T藻的数据与之前的研究结果较为相符，因此，测定结果中M/G不再添加校正系数。由表8可知，各项数值的精密度RSD介于0.22%～4.77%，符合GB 5009.295—2023规定的5%精密度要求，这表明采用滴定法测定海藻酸钠的含量以及M/G具有良好的重复性与准确性。
07
电位滴定法与核磁法对比分析
核磁共振碳谱所测定T藻、N藻和海带的M/G分别为0.36、1.22、2.38（图8），与本研究采用电位滴定法测定的M/G较为接近。对滴定法和核磁共振碳谱法测定的M/G进行对比分析，两者显示具有较强的线性关系，并对其进行线性拟合。拟合的Pearson相关系数为0.999，调整R2为0.999，拟合曲线方程为y＝1.32x+0.076。结果表明，滴定法和核磁共振碳谱法测定的M/G具有良好的线性拟合关系，进一步说明了数据的准确性与可靠性。
结论
本实验建立的电位滴定法能够同时测定海藻酸钠含量及其MG交替段、MM均聚段和GG均聚段占比以及M/G。测定结果具有良好的重复性和准确度，海藻酸钠含量的重现性RSD为0.64%～0.78%，回收率为102.88%～103.96%；海藻酸钠M/G的重现性RSD为2.14%～3.85%，回收率为95.93%～100.41%。同时，电位滴定法与核磁法测定的海藻酸钠M/G具有良好的线性关系。该方法相对大型仪器的检测方法，所需样品量较多，对仪器精密度要求较高，但相较于其他大型仪器设备成本较低，且操作流程简便，结果可靠，易于推广及重复。
作者简介
第一作者：
刘兴勇，现任青岛海之林生物科技开发有限公司研发中心总监，中国海洋大学博士在读，正高级工程师，长期致力于海藻精深加工与亲水胶体的研发与应用。专注于海藻酸盐等海洋多糖的高效制备工艺、高值化产品开发及全流程质量控制技术研究，推动行业技术进步与产业升级。
作为技术研发负责人，已获授权国家发明专利18 件，其中，第一发明人6 件，形成具有自主知识产权的核心技术体系。参与制修订3 项行业/团体标准，助力行业规范化发展。荣获多项青岛市、即墨区科学技术奖励，主持或参与多项国家级、省部级重大科研与产业化项目，包括国家“十二五”、“十三五”海洋经济创新发展区域示范项目、山东省泰山产业领军人才蓝色人才专项（核心成员）、山东省海洋服务业高质量发展项目、青岛市产业领军人才团队项目、青岛市关键技术攻关项目等。
通过持续技术创新与成果转化，有效拓展了海藻酸盐在食品、医药、化工等领域的应用场景，提升了生产工艺水平与产品附加值，为海洋生物资源的高效利用与产业可持续发展提供了有力支撑。
引文格式：
刘兴勇, 管清雨, 刘成飞, 等. 基于电位滴定同时检测海藻酸钠含量及β-D-甘露糖醛酸与α-L-古罗糖醛酸物质的量比值[J]. 食品科学, 2026, 47(4): 161-171. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250904-016.
LIU Xingyong, GUAN Qingyu, LIU Chengfei, et al.Simultaneous determination of sodium alginate content and the molar ratio of β-D-mannuronic acid to α-L-guluronic acid based on potentiometric titration[J]. Food Science, 2026, 47(4): 161-171. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250904-016.
实习编辑：南伊；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。
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为对标农业农村部2035年科技规划及“十四五”“十五五”发展方向，推动农产品加工与储运的工程化、智能化、绿色化升级，由湖南省农业科学院、湖南农业大学、北京食品科学研究院、国际食品科技联盟（IUFoST）、中国农业大学、岳麓山工业创新中心主办，湖南大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湖南中医药大学、湘潭大学、岳麓山实验室协办，中国食品杂志社、洞庭实验室、湖南省食品科学技术学会、湖南省农产品加工与质量安全研究所、湖南农业大学食品科学技术学院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》杂志承办的“第二届农产品加工与食品制造国际学术研讨会—创新引领绿色智造，AI赋能科技进步”，将于2026年9月19-20日（9月18日会议报到）在中国 湖南 长沙召开。
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