不同酸堿預處理對雜交狼尾草還原糖和揮發性脂肪酸的影響

趙紅梅，徐俊駒，趙 艷，楊 姝，楊 揚，李 澤，羅子標，秦向東*　(.云南農業大學基礎與信息工程學院，云南昆明 65020；2.云南省高校生物天然氣產業化技術工程研究中心，云南昆明 65020，.云南農業大學煙草學院，云南昆明 65020)

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不同酸堿預處理對雜交狼尾草還原糖和揮發性脂肪酸的影響

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1，秦向東1，2*(1.云南農業大學基礎與信息工程學院，云南昆明 650201；2.云南省高校生物天然氣產業化技術工程研究中心，云南昆明 650201，3.云南農業大學煙草學院，云南昆明 650201)

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

關鍵詞預處理；雜交狼尾草；還原糖；揮發性脂肪酸

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注[1-3 ]。生物質能源作為潔凈可再生新型能源進入人們的視野，引起越來越多的關注[4-6]，其中最備受關注的是利用生物質能源厭氧發酵產甲烷的研究。在發酵產甲烷過程中需要大量的碳源和揮發性脂肪酸(VAF)，然而大多生物質能源中木質纖維素含量較高，限制生物質能源的開發和利用。如何降低木質纖維素，提高碳的含量和揮發性脂肪酸(VAF)的含量，高效、合理利用生物質能源成為目前亟需解決的難題之一。對原料進行預處理是降解木質纖維素較有效的手段之一[7-9]。以雜交狼尾草為原料，利用固態化學預處理方法，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處理后還原糖和揮發性脂肪酸含量的變化，為后期厭氧發酵產沼氣提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料采自云南農業大學后山的雜交狼尾草，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葡萄糖標準曲線的繪制。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，以各標準液濃度(mg/ml)為橫坐標，繪制標準曲線。

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乙酸標準曲線的繪制。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。準確吸取10 mg/ml乙酸標準溶液1、2、6、10、16、20、24、30 ml，分別置于100.0 ml容量瓶內，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的乙酸標準系列液。

吸取0.5 ml樣液于比色管中，準確加入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，繪制標準曲線。

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

1.2.5酸預處理。取烘干切碎的雜交狼尾草25 g于已知質量為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，得處理后總固體質量。將烘干的樣品置于粉碎機中粉碎，裝入密封袋，備用。

2結果與分析

2.1酸預處理后還原糖葡萄糖標準曲線見圖1。由圖2可知，酸預處理后，還原糖含量都比未預處理的高。纖維素中的1-4β 苷鍵具有縮醛鍵的性質，對酸敏感。當以酸作用于纖維素時，苷鍵發生斷裂，聚合度降低。這說明酸預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%乙酸預處理后還原糖含量可達13.86%。這說明乙酸預處理后對雜交狼尾草還原糖成分的影響效果最好。

2.2堿預處理后還原糖由圖3可知，4種堿液預處理后，還原糖含量均有明顯增加。其中，氫氧化鈉預處理后還原糖得率在8%濃度時最多，為15.93%；氫氧化鈣預處理后還原糖得率在8%濃度時最多，為1.97%；氨水預處理后還原糖得率在6%濃度時最多，為1.52%；尿素預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酸處理后揮發性脂肪酸乙酸的標準曲線見圖4。由圖5可知，酸預處理后揮發性脂肪酸的含量明顯增加。這與田永蘭[13]在酸預處理玉米秸稈與牛糞混合厭氧發酵試驗研究中發現用不同濃度的硫酸、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堿處理后揮發性脂肪酸由圖6可知，4種堿液預處理對揮發性脂肪酸均有影響，隨著濃度的增大，揮發性脂肪酸含量逐漸增大，其中尿素預處理后呈先增后減的趨勢。氫氧化鈉預處理后揮發性脂肪酸得率在8%濃度時最多，為15.09%。氫氧化鈣預處理后揮發性脂肪酸得率在8%濃度時最多，為21.47%。氨水預處理后揮發性脂肪酸得率在8%濃度時最多，為14.07%。尿素預處理后揮發性脂肪酸得率在4%濃度時最多，為21.59%。這說明堿預處理對雜交狼尾草揮發性脂肪酸成分的影響較大。

3結論

采用固態化學預處理方法，可有效減少預處理后廢液的

產生，不會對環境造成較大的污染。研究表明，采用不同酸、堿預處理，雜交狼尾草的纖維素結構明顯受到破壞，還原糖和揮發性脂肪酸含量都明顯增加，尤其是堿中尿素預處理尤為明顯，而尿素本身不會對后期發酵帶來新的沼液處理問題，且尿素可以對發酵后沼渣進行氮源的提供和二次利用。這將為后期發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，從事天然產物化學、材料化學等方面的研究。*通訊作者，副教授，博士，從事天然產物化學方面的研究。

基金項目云南省高校工程研究中心建設項目；云南農業大學校企合作項目(KX140811，KX141111)。

中圖分類號X 712

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)33-016-02