不同酸碱预处理对杂交狼尾草还原糖和挥发性脂肪酸的影响

赵红梅，徐俊驹，赵 艳，杨 姝，杨 扬，李 泽，罗子标，秦向东*　(.云南农业大学基础与信息工程学院，云南昆明 65020；2.云南省高校生物天然气产业化技术工程研究中心，云南昆明 65020，.云南农业大学烟草学院，云南昆明 65020)



不同酸碱预处理对杂交狼尾草还原糖和挥发性脂肪酸的影响

赵红梅1，2，徐俊驹3，赵 艳1，2，杨 姝1，2，杨 扬1，2，李 泽1，罗子标1，秦向东1，2*(1.云南农业大学基础与信息工程学院，云南昆明 650201；2.云南省高校生物天然气产业化技术工程研究中心，云南昆明 650201，3.云南农业大学烟草学院，云南昆明 650201)

摘要[目的]研究了不同类型不同浓度酸碱预处理对杂交狼尾草还原糖和挥发性脂肪酸的影响。[方法]采用固态化学预处理方法。[结果]6%乙酸预处理后还原糖含量可达13.86%，然而乙酸预处理后的挥发性脂肪酸含量比其他酸要低。尿素预处理后还原糖得率在4%和8%浓度最多，为20.02%。4%尿素预处理后挥发性脂肪酸含量最多，达21.59%。[结论]酸碱预处理后杂交狼尾草的还原糖含量和挥发性脂肪酸含量要比预处理前显著增加。

关键词预处理；杂交狼尾草；还原糖；挥发性脂肪酸

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

随着近年来能源需求量的增大，可再生资源引起人们的高度关注[1-3 ]。生物质能源作为洁净可再生新型能源进入人们的视野，引起越来越多的关注[4-6]，其中最备受关注的是利用生物质能源厌氧发酵产甲烷的研究。在发酵产甲烷过程中需要大量的碳源和挥发性脂肪酸(VAF)，然而大多生物质能源中木质纤维素含量较高，限制生物质能源的开发和利用。如何降低木质纤维素，提高碳的含量和挥发性脂肪酸(VAF)的含量，高效、合理利用生物质能源成为目前亟需解决的难题之一。对原料进行预处理是降解木质纤维素较有效的手段之一[7-9]。以杂交狼尾草为原料，利用固态化学预处理方法，将不同浓度不同种类的酸碱溶液与秸秆混合，笔者研究了杂交狼尾草预处理后还原糖和挥发性脂肪酸含量的变化，为后期厌氧发酵产沼气提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料采自云南农业大学后山的杂交狼尾草，为自种杂交狼尾草(Penniseturmamericanum×P．purpureum)的地上部分，阴干后切分为2～3 cm 段，常温密封保存。

1.2试验方法

1.2.1葡萄糖标准曲线的绘制。取6支洁净试管，按表1顺序加入各种试剂。将上述试剂依次混合后，摇匀，立即置于沸水浴中加热5 min，取出，在冷水中迅速冷却。在分光光度计(620 nm)处测定吸光度，以吸光度为纵坐标，以各标准液浓度(mg/ml)为横坐标，绘制标准曲线。

1.2.2还原糖的测定[10]。还原糖含量采用蒽酮比色法测定。

1.2.3乙酸标准曲线的绘制。精确称取乙酸(AR，相对密度1.045，含量99.0%)1.010 g，用蒸馏水稀释至100 ml，此溶液含乙酸10 mg/ml。准确吸取10 mg/ml乙酸标准溶液1、2、6、10、16、20、24、30 ml，分别置于100.0 ml容量瓶内，用蒸馏水定容至刻度，摇匀，即得0.1、0.2、0.6、1.0、1.6、2.0、2.4、3.0 mg/ml的乙酸标准系列液。

吸取0.5 ml样液于比色管中，准确加入1 ml酸性乙二醇试剂，充分混合，于沸水浴中加热3 min，避免试管与加热器壁直接接触。接着，立即将试管置于冷水中冷却。加入2 ml羟胺试剂，混匀，放置1 min。向各个试管中加入10 ml酸性氯化铁试剂，用蒸馏水定容至25 ml，并且充分摇匀，静置5 min，用分光光度计测定500波长处光密度，绘制标准曲线。

1.2.4挥发性脂肪酸(VAF)[11]的测定。挥发性脂肪酸的含量采用比色法测定。

1.2.5酸预处理。取烘干切碎的杂交狼尾草25 g于已知质量为500 ml烧杯中。加入2%、4%、6%、8%的盐酸、乙酸、草酸、磷酸各25 ml(固液比1∶1)，浸润24 h。用蒸馏水洗涤至中性，烘干，称恒重。取2 g稀酸处理后样品于烧瓶中，加入100 ml水，封顶，沸水浴1 h。过滤，样液备用。

1.2.6碱预处理。取阴干保存2～3 cm的杂交狼尾草于105 ℃烘干至恒重。各取25 g，分别用浓度为2%、4%、6%、8%的NaOH、Ca(OH)2、氨水、尿素4种碱液浸润24 h，然后用蒸馏水洗至中性，105 ℃烘干称重，得处理后总固体质量。将烘干的样品置于粉碎机中粉碎，装入密封袋，备用。

2结果与分析

2.1酸预处理后还原糖葡萄糖标准曲线见图1。由图2可知，酸预处理后，还原糖含量都比未预处理的高。纤维素中的1-4β 苷键具有缩醛键的性质，对酸敏感。当以酸作用于纤维素时，苷键发生断裂，聚合度降低。这说明酸预处理有效地破坏杂交狼尾草中的纤维素[12]。乙酸、草酸、磷酸对还原糖的影响较大，其中乙酸影响更明显，6%乙酸预处理后还原糖含量可达13.86%。这说明乙酸预处理后对杂交狼尾草还原糖成分的影响效果最好。

2.2碱预处理后还原糖由图3可知，4种碱液预处理后，还原糖含量均有明显增加。其中，氢氧化钠预处理后还原糖得率在8%浓度时最多，为15.93%；氢氧化钙预处理后还原糖得率在8%浓度时最多，为1.97%；氨水预处理后还原糖得率在6%浓度时最多，为1.52%；尿素预处理后还原糖得率在4%和8%浓度时最多，为20.02%。这说明氢氧化钠和尿素预处理对杂交狼尾草还原糖成分的影响效果最好。

2.3酸处理后挥发性脂肪酸乙酸的标准曲线见图4。由图5可知，酸预处理后挥发性脂肪酸的含量明显增加。这与田永兰[13]在酸预处理玉米秸秆与牛粪混合厌氧发酵试验研究中发现用不同浓度的硫酸、乙酸、磷酸处理后脂肪含量增加一致。酸处理后挥发性脂肪酸含量都比对照的高，乙酸和盐酸处理后脂肪酸增加量随着浓度的增加呈先增后降的趋势，其中6%乙酸和4%盐酸含量最高，分别为6.38%、8.24%。磷酸处理脂肪酸增量随浓度不同而不同，4%磷酸含量最高为7.01%，可见酸浓度对脂肪酸含量增加的影响不大。

2.4碱处理后挥发性脂肪酸由图6可知，4种碱液预处理对挥发性脂肪酸均有影响，随着浓度的增大，挥发性脂肪酸含量逐渐增大，其中尿素预处理后呈先增后减的趋势。氢氧化钠预处理后挥发性脂肪酸得率在8%浓度时最多，为15.09%。氢氧化钙预处理后挥发性脂肪酸得率在8%浓度时最多，为21.47%。氨水预处理后挥发性脂肪酸得率在8%浓度时最多，为14.07%。尿素预处理后挥发性脂肪酸得率在4%浓度时最多，为21.59%。这说明碱预处理对杂交狼尾草挥发性脂肪酸成分的影响较大。

3结论

采用固态化学预处理方法，可有效减少预处理后废液的

产生，不会对环境造成较大的污染。研究表明，采用不同酸、碱预处理，杂交狼尾草的纤维素结构明显受到破坏，还原糖和挥发性脂肪酸含量都明显增加，尤其是碱中尿素预处理尤为明显，而尿素本身不会对后期发酵带来新的沼液处理问题，且尿素可以对发酵后沼渣进行氮源的提供和二次利用。这将为后期发酵试验提供一条行之有效的方法。

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收稿日期2015-10-26

作者简介赵红梅(1983- )，女，云南昆明人，实验师，硕士，从事天然产物化学、材料化学等方面的研究。*通讯作者，副教授，博士，从事天然产物化学方面的研究。

基金项目云南省高校工程研究中心建设项目；云南农业大学校企合作项目(KX140811，KX141111)。

中图分类号X 712

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)33-016-02