不同酸堿預(yù)處理對雜交狼尾草還原糖和揮發(fā)性脂肪酸的影響

趙紅梅，徐俊駒，趙 艷，楊 姝，楊 揚，李 澤，羅子標(biāo)，秦向東*　(.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)與信息工程學(xué)院，云南昆明 65020；2.云南省高校生物天然氣產(chǎn)業(yè)化技術(shù)工程研究中心，云南昆明 65020，.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，云南昆明 65020)

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不同酸堿預(yù)處理對雜交狼尾草還原糖和揮發(fā)性脂肪酸的影響

趙紅梅1，2，徐俊駒3，趙 艷1，2，楊 姝1，2，楊 揚1，2，李 澤1，羅子標(biāo)1，秦向東1，2*(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)與信息工程學(xué)院，云南昆明 650201；2.云南省高校生物天然氣產(chǎn)業(yè)化技術(shù)工程研究中心，云南昆明 650201，3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，云南昆明 650201)

摘要[目的]研究了不同類型不同濃度酸堿預(yù)處理對雜交狼尾草還原糖和揮發(fā)性脂肪酸的影響。[方法]采用固態(tài)化學(xué)預(yù)處理方法。[結(jié)果]6%乙酸預(yù)處理后還原糖含量可達(dá)13.86%，然而乙酸預(yù)處理后的揮發(fā)性脂肪酸含量比其他酸要低。尿素預(yù)處理后還原糖得率在4%和8%濃度最多，為20.02%。4%尿素預(yù)處理后揮發(fā)性脂肪酸含量最多，達(dá)21.59%。[結(jié)論]酸堿預(yù)處理后雜交狼尾草的還原糖含量和揮發(fā)性脂肪酸含量要比預(yù)處理前顯著增加。

關(guān)鍵詞預(yù)處理；雜交狼尾草；還原糖；揮發(fā)性脂肪酸

Effects of Different Acid and Alkali Treatments on Reducing Sugar and Volatile Fatty Acids Content in HybridPennisetum

ZHAO Hong-mei1,2, XU Jun-ju3, ZHAO Yan1,2, QIN Xiang-dong1,2*(1.College of Basic Science and Information Engineering，Yunnan Agricultural University，Kunming, Yunnan 650201; 2.Engineering and Research Center for Industrial Biogas Technology of Yunnan Province University, Kunming, Yunnan 650201)

Abstract [Objective] The research aimed to study the effects of different treatments including acid and alkali on reducing sugar content and volatile fatty acids in hybridPennisetum. [Method] Solid-state chemical pretreatment method was adopted. [Result] When the concentration of acetic acid was 2%, the content of reducing sugar was 13.86%, which was the highest in the four pretreatments. However, the content of volatile fatty acids didn’t increase. The content of reducing sugar was 20.02% after urea pretreatment with concentrations of 4% and 8%. Moreover, the content of volatile fatty acids was 21.59% after urea pretreatment with concentrations of 4%, which was the best in the four pretreatments. [Conclusion] The contents of reducing sugar and volatile fatty acid increased significantly after pretreatment.

Key words Pretreatment; HybridPennisetum; Reducing sugar; Volatile fatty acid

隨著近年來能源需求量的增大，可再生資源引起人們的高度關(guān)注[1-3 ]。生物質(zhì)能源作為潔凈可再生新型能源進(jìn)入人們的視野，引起越來越多的關(guān)注[4-6]，其中最備受關(guān)注的是利用生物質(zhì)能源厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的研究。在發(fā)酵產(chǎn)甲烷過程中需要大量的碳源和揮發(fā)性脂肪酸(VAF)，然而大多生物質(zhì)能源中木質(zhì)纖維素含量較高，限制生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用。如何降低木質(zhì)纖維素，提高碳的含量和揮發(fā)性脂肪酸(VAF)的含量，高效、合理利用生物質(zhì)能源成為目前亟需解決的難題之一。對原料進(jìn)行預(yù)處理是降解木質(zhì)纖維素較有效的手段之一[7-9]。以雜交狼尾草為原料，利用固態(tài)化學(xué)預(yù)處理方法，將不同濃度不同種類的酸堿溶液與秸稈混合，筆者研究了雜交狼尾草預(yù)處理后還原糖和揮發(fā)性脂肪酸含量的變化，為后期厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料采自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山的雜交狼尾草，為自種雜交狼尾草(Penniseturmamericanum×P．purpureum)的地上部分，陰干后切分為2～3 cm 段，常溫密封保存。

1.2試驗方法

1.2.1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。取6支潔凈試管，按表1順序加入各種試劑。將上述試劑依次混合后，搖勻，立即置于沸水浴中加熱5 min，取出，在冷水中迅速冷卻。在分光光度計(620 nm)處測定吸光度，以吸光度為縱坐標(biāo)，以各標(biāo)準(zhǔn)液濃度(mg/ml)為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2還原糖的測定[10]。還原糖含量采用蒽酮比色法測定。

1.2.3乙酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。精確稱取乙酸(AR，相對密度1.045，含量99.0%)1.010 g，用蒸餾水稀釋至100 ml，此溶液含乙酸10 mg/ml。準(zhǔn)確吸取10 mg/ml乙酸標(biāo)準(zhǔn)溶液1、2、6、10、16、20、24、30 ml，分別置于100.0 ml容量瓶內(nèi)，用蒸餾水定容至刻度，搖勻，即得0.1、0.2、0.6、1.0、1.6、2.0、2.4、3.0 mg/ml的乙酸標(biāo)準(zhǔn)系列液。

吸取0.5 ml樣液于比色管中，準(zhǔn)確加入1 ml酸性乙二醇試劑，充分混合，于沸水浴中加熱3 min，避免試管與加熱器壁直接接觸。接著，立即將試管置于冷水中冷卻。加入2 ml羥胺試劑，混勻，放置1 min。向各個試管中加入10 ml酸性氯化鐵試劑，用蒸餾水定容至25 ml，并且充分搖勻，靜置5 min，用分光光度計測定500波長處光密度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.4揮發(fā)性脂肪酸(VAF)[11]的測定。揮發(fā)性脂肪酸的含量采用比色法測定。

1.2.5酸預(yù)處理。取烘干切碎的雜交狼尾草25 g于已知質(zhì)量為500 ml燒杯中。加入2%、4%、6%、8%的鹽酸、乙酸、草酸、磷酸各25 ml(固液比1∶1)，浸潤24 h。用蒸餾水洗滌至中性，烘干，稱恒重。取2 g稀酸處理后樣品于燒瓶中，加入100 ml水，封頂，沸水浴1 h。過濾，樣液備用。

1.2.6堿預(yù)處理。取陰干保存2～3 cm的雜交狼尾草于105 ℃烘干至恒重。各取25 g，分別用濃度為2%、4%、6%、8%的NaOH、Ca(OH)2、氨水、尿素4種堿液浸潤24 h，然后用蒸餾水洗至中性，105 ℃烘干稱重，得處理后總固體質(zhì)量。將烘干的樣品置于粉碎機(jī)中粉碎，裝入密封袋，備用。

2結(jié)果與分析

2.1酸預(yù)處理后還原糖葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。由圖2可知，酸預(yù)處理后，還原糖含量都比未預(yù)處理的高。纖維素中的1-4β 苷鍵具有縮醛鍵的性質(zhì)，對酸敏感。當(dāng)以酸作用于纖維素時，苷鍵發(fā)生斷裂，聚合度降低。這說明酸預(yù)處理有效地破壞雜交狼尾草中的纖維素[12]。乙酸、草酸、磷酸對還原糖的影響較大，其中乙酸影響更明顯，6%乙酸預(yù)處理后還原糖含量可達(dá)13.86%。這說明乙酸預(yù)處理后對雜交狼尾草還原糖成分的影響效果最好。

2.2堿預(yù)處理后還原糖由圖3可知，4種堿液預(yù)處理后，還原糖含量均有明顯增加。其中，氫氧化鈉預(yù)處理后還原糖得率在8%濃度時最多，為15.93%；氫氧化鈣預(yù)處理后還原糖得率在8%濃度時最多，為1.97%；氨水預(yù)處理后還原糖得率在6%濃度時最多，為1.52%；尿素預(yù)處理后還原糖得率在4%和8%濃度時最多，為20.02%。這說明氫氧化鈉和尿素預(yù)處理對雜交狼尾草還原糖成分的影響效果最好。

2.3酸處理后揮發(fā)性脂肪酸乙酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖4。由圖5可知，酸預(yù)處理后揮發(fā)性脂肪酸的含量明顯增加。這與田永蘭[13]在酸預(yù)處理玉米秸稈與牛糞混合厭氧發(fā)酵試驗研究中發(fā)現(xiàn)用不同濃度的硫酸、乙酸、磷酸處理后脂肪含量增加一致。酸處理后揮發(fā)性脂肪酸含量都比對照的高，乙酸和鹽酸處理后脂肪酸增加量隨著濃度的增加呈先增后降的趨勢，其中6%乙酸和4%鹽酸含量最高，分別為6.38%、8.24%。磷酸處理脂肪酸增量隨濃度不同而不同，4%磷酸含量最高為7.01%，可見酸濃度對脂肪酸含量增加的影響不大。

2.4堿處理后揮發(fā)性脂肪酸由圖6可知，4種堿液預(yù)處理對揮發(fā)性脂肪酸均有影響，隨著濃度的增大，揮發(fā)性脂肪酸含量逐漸增大，其中尿素預(yù)處理后呈先增后減的趨勢。氫氧化鈉預(yù)處理后揮發(fā)性脂肪酸得率在8%濃度時最多，為15.09%。氫氧化鈣預(yù)處理后揮發(fā)性脂肪酸得率在8%濃度時最多，為21.47%。氨水預(yù)處理后揮發(fā)性脂肪酸得率在8%濃度時最多，為14.07%。尿素預(yù)處理后揮發(fā)性脂肪酸得率在4%濃度時最多，為21.59%。這說明堿預(yù)處理對雜交狼尾草揮發(fā)性脂肪酸成分的影響較大。

3結(jié)論

采用固態(tài)化學(xué)預(yù)處理方法，可有效減少預(yù)處理后廢液的

產(chǎn)生，不會對環(huán)境造成較大的污染。研究表明，采用不同酸、堿預(yù)處理，雜交狼尾草的纖維素結(jié)構(gòu)明顯受到破壞，還原糖和揮發(fā)性脂肪酸含量都明顯增加，尤其是堿中尿素預(yù)處理尤為明顯，而尿素本身不會對后期發(fā)酵帶來新的沼液處理問題，且尿素可以對發(fā)酵后沼渣進(jìn)行氮源的提供和二次利用。這將為后期發(fā)酵試驗提供一條行之有效的方法。

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收稿日期2015-10-26

作者簡介趙紅梅(1983- )，女，云南昆明人，實驗師，碩士，從事天然產(chǎn)物化學(xué)、材料化學(xué)等方面的研究。*通訊作者，副教授，博士，從事天然產(chǎn)物化學(xué)方面的研究。

基金項目云南省高校工程研究中心建設(shè)項目；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)校企合作項目(KX140811，KX141111)。

中圖分類號X 712

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2015)33-016-02