竹筍殼降解過程的微觀表征

張亞強 張萍 牛春

摘要 [目的]驗證混合菌對竹筍殼的降解效果。[方法]運用紅外光譜分析（IR）、氣質聯用（GC-MS）和掃描電子顯微鏡技術（SEM）對降解前后竹筍殼的成分和表面結構變化進行了分析。[結果]混合菌分泌的水解酶先降解竹筍殼表面的蠟質、半纖維素和纖維素，甲基化和氧化竹筍殼木質素側鏈，隨后破壞木質素苯環。[結論]竹筍殼表面硅結構的裸露程度可以作為竹筍殼降解程度的評價指標。

關鍵詞 竹筍殼；混合菌；降解；微觀表征 中圖分類號 TS209 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）04-0006-02

Microstructure Characterization of Degradation Process of Bamboo Shoot Shell

ZHANG Ya-qiang，ZHANG Ping，NIU Chun* （Ningxia Tairui Pharmaceutical Co.，Ltd.，Yinchuan，Ningxia 750101）

Abstract [Objective] The aim was to verify degradation process of bamboo shoot shell by mixed bacteria.[Method] We analyzed the composition and surface structure of bamboo shoot shell before and after degradation by IR，GC-MS and SEM.[Result] The hydrolytic enzymes secreted by mixed bacteria firstly degraded the wax，hemicellulose and cellulose of bamboo shoot shell surface，and methylated and oxidized the lignin side chain of bamboo shoot shell，and then destroyed the lignin benzene.[Conclusion] The bare degree of silicon structure of bamboo shoot shell surface could be taken as the evaluation index of bamboo shoot shell degradation degree.

Key words Bamboo shoot shell；Mixed bacteria；Degradation；Microstructure characterization

國內外關于真菌降解秸稈的研究較多，但研究重點還停留在篩選高效降解菌或通過研究真菌培養條件等來實現產酶的最優化[1-3]，而對降解過程和機理的研究則比較少見。有研究指出，真菌對秸稈的降解作用是通過其產生的2種胞外酶系：纖維素、半纖維素水解酶系；木質素降解酶系（錳過氧化物酶、木質素過氧化物酶和漆酶）來實現[4]。但這些酶作用后秸稈結構的變化還需進一步研究。為深入了解降解過程與機理以及降解前后秸稈結構和成分的變化，筆者運用紅外光譜分析（IR）、氣質聯用（GC-MS）和掃描電子顯微鏡技術（SEM）對降解前后竹筍殼的成分和表面結構變化進行了分析。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗材料與試劑。竹筍殼購自安徽寧國茂盛源食品有限公司；平菇、黑曲霉保藏于寧夏泰瑞制藥股份有限公司；試劑均為分析純，購自國藥集團。

1.1.2 培養基。竹筍殼固態發酵營養液：酒石酸銨22.00 g，KH2PO4 20.00 g，MgSO4·7H2O 13.80 g，CaCl2 1.00 g，NaCl 0.60 g，MnSO4·H2O 0.35 g，FeSO4·7H2O 60 mg，CoCl2·6H2O 110 mg，ZnSO4·7H2O 60 mg，AlK（SO4）2·12H2O 6 mg，H3BO3 6 mg，VB1 100 mg，麩皮0.03 g，吐溫-80 1.10 g，愈創木酚0.50 mmol，CuSO4·5H2O 20 mg，定容到1 L。

1.1.3 儀器。SCION SQ單四級桿氣質聯用儀為布魯克·道爾頓公司產品；Nicolet 67 傅里葉紅外光譜儀為美國Thermo Nicolet公司產品；JSM-6490LV 掃描電子顯微鏡為日本電子制造。

1.2 方法

1.2.1 竹筍殼固態混合發酵。竹筍殼洗凈，風干，粉碎至60目，稱5.00 g置于250 mL錐形瓶中；加入初始pH為5.5的營養液12 mL，調節培養基含水量為60%；先接種活化的平菇菌絲懸液培養176 h，再接種活化的黑曲霉孢子懸液共同培養11 d；平菇和黑曲霉總接種量為20%，接種比例為3∶2；培養溫度為28 ℃。

1.2.2 降解前后竹筍殼結構和成分的變化。

1.2.2.1 IR分析。

培養完成后，取適量發酵培養基，用pH 4.8的HAc-NaHAc緩沖液50 mL浸泡3 h，過濾，濾渣置于105 ℃烘箱中烘干備用。稱適量樣品，添加基質量100倍的KBr粉末制鹽片，傅里葉紅外光譜儀掃描。

1.2.2.2 GC-MS分析。添加200 mL蒸餾水到樣品中，200 r/min振蕩1 h，用8層紗布過濾，用CH2Cl2萃取濾液3次，蒸發濃縮，0.45 μm有機膜過濾。

氣質聯用條件：色譜柱為DB-5MS（0.25 mm×60 m，0.25 μm）；載氣為高純氦；載氣流量為1.00 mL/min；程序：50 ℃保持2 min，5 ℃/min 升溫到280 ℃保持3 min。

1.2.2.3 SEM分析。

先用蒸餾水清洗樣品，再用乙醇和丙酮清洗，冷凍干燥后得樣品，噴金，掃描電子顯微鏡觀察。

2 結果與分析

2.1 IR分析結果

由圖1可知，經混合菌降解后，竹筍殼的結構發生了明顯改變。綜合有關學者對秸稈類物質的IR分析結果可以得出[5]，竹筍殼在降解前后，主要是蠟質的剝落和木質纖維素類物質發生了較大變化。蠟質的剝落和纖維素、半纖維素的降解引起了—CH3、—CH2和C—H鍵的減少，導致3 380和2 920 cm-1處的紅外吸收發生了變化。而木質素先是支鏈甲基化、側鏈氧化，之后是苯環解環，所以1 550 cm-1處的紅外吸收也發生了明顯變化。上述過程進行到一定程度后，竹筍殼中的硅結構便隨著包裹它的成分的剝離而裸露出來，這從1 050 cm-1處聚合態硅發生轉化也得到了充分證明。

2.2 降解前后竹筍殼洗脫液的GC-MS分析結果

竹筍殼表面被角質蠟狀膜包裹著，一般由醛類、脂溶性的脂肪酸、脂類、烷烴、酮類和脂肪醇組成[6]。細胞壁填充物中還含有硅類化合物。而原始竹筍殼洗脫液中的硅類物質、長鏈脂肪酸和長鏈脂肪烴正好印證了這些結構（圖2），說明竹筍殼有部分表面結構在振蕩提取時可能被洗脫下來溶于水中，從而被萃取出來。

和原始竹筍殼相比，降解后竹筍殼洗脫液中出現了硅類化合物這一新物質（圖3）。隨著木質纖維素類物質從竹筍殼表面脫落，硅結構便裸露出來，有少量在機械振蕩作用下被洗脫下來萃取到水中。硅氧化物這一物質出現在洗脫液中，從一定程度上證明了竹筍殼的纖維結構已被混合菌有效降解。

2.3 SEM分析

由圖4可知，原始竹筍殼表面結構規整緊密，其上突出的大圓點和小圓點是竹筍殼中的硅結構[7]，硅結構表面還有一層包裹竹筍殼的致密蠟質結構[8]；降解后竹筍殼表觀結構被破壞，出現了很多空洞和裂縫，硅結構也越來越明顯裸露。

3 結論

混合菌降解竹筍殼的微觀過程基本如下：混合菌分泌的水解酶先將竹筍殼表面的蠟質、半纖維素和纖維素進行降解，對木質素進行側鏈甲基化和氧化，使竹筍殼表面出現裂痕，內部結構裸露，隨后破壞木質素苯環，菌絲進入竹筍殼內部，釋放木質纖維素降解酶系[9]。

參考文獻

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