麦秆酸解制备还原糖的研究

袁超，张鑫，汤哲，方汉章，刘炎，宫贵贞

（徐州工程学院材料与化学工程学院，江苏 徐州 221018）

随着我国乡村振兴和农业科技的发展，每年生产出的农作物数量逐渐升高，而农作物在收获完后，都会残留下大量秸秆，尤其以水稻、麦子、玉米等为主。农作物秸秆已成为农村污染的新来源。现今虽然国家已经明令禁止燃烧秸秆，但是农村的老百姓为了方便下次播种，依然会选择放一把火，使其快速地燃烧完，严重污染空气，对环境造成不可挽回的破坏性。农作物秸秆是农业生态系统中一种非常有价值的生物质资源。如何把这些生物质资源做到最大化利用，并且对环境不产生污染，需要国内外科学家们研究解决。因此，探索利用秸秆资源的新途径，可以极大地促进生态农业的发展和美丽中国的建设，符合我国产业政策。秸秆主要由纤维素、半纤维素及木质素组成，其结构致密，若要高效利用必须先进行预处理[1-7]，打破其晶体结构，增加可触面[8]。本文用盐酸预处理麦秆，考查预处理条件对麦秆酶解制备还原糖的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

麦秆来自于江苏泰兴，用去离子水清洗后自然风干，粉碎后并用60 目筛筛分。然后将样品置于真空干燥箱中90℃下干燥至恒重，于样品瓶中保存备用。实验试剂为分析纯，未进一步纯化。

1.2 仪器与设备

RE52CS-1 型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；DHT型搅拌调温电热套，山东鄄城华鲁电热仪器有限公司；DZF6020型真空干燥箱，上海贺德实验设备有限公司；T6新世纪紫外分光光度计，北京普析通用仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 预处理

称取干燥的麦秆1.0 g，加入含有0.8 mol/L HCl溶液的250 mL 烧杯中。麦秆与盐酸量的比例分别为1∶100，1∶75，1∶50。先超声30 min，然后用水浴加热至80℃，搅拌反应一定时间。反应毕抽滤，弃去滤液，滤渣称重，作为酶解原料。

1.3.2 纤维素酶解

称取上步酸解的麦秆，加入到250 mL碘量瓶中，用去离子水将其配成0.08 g/L的溶液，用缓冲液（0.1 mol/L醋酸-醋酸钠）调节pH 为4.8，加入酶，浓度为39 FPU/g（底物）。在50℃下搅拌反应12 h，然后静置物理降温，用离心机分离残渣，稀释酶解液中的还原糖含量采用DNS比色法测定。

2 结果与分析

2.1 不同料液比对麦秆预处理的影响

图1 为温度80℃、常压下、超声30 min，浸泡60 min，料液比分别为1∶100，1∶75，1∶50 时，麦秆中纤维素、半纤维素的含量及木质素的脱除率。从图1可以看出，料液比对小麦秸秆的预处理效果有明显影响。随着料液比的增加，小麦秸秆的纤维素和半纤维素的保留率逐渐减少，木质素的脱除率逐渐增加。盐酸能与麦秆中木质素发生反应，使之分解为小分子进入溶液中被去除；而对纤维素和半纤维素破坏不大，保留率较高。

图1 料液比对麦秆酸解的影响

2.2 不同浸泡时间对麦秆预处理的影响

图2为80℃、常压下、料液比为1∶100，超声30 min，酸解30 min、60 min、90 min时麦秆中纤维素、半纤维素的含量及木质素的脱出率。从图2 可以看出，在60 min，麦秆的木质素脱除率和半纤维素的保留率都最高，而纤维素保留率相比较30 min、90 min有所降低。综合半纤维的保留和成本，浸泡时间控制在60 min为最佳。

图2 反应时间对麦秆酸解的影响

2.3 料液比和浸泡时间对小麦秸秆产糖的影响

图3 为80℃、常压下、超声30 min，盐酸浓度为0.8 mol/L，料液比为1∶100，1∶75，1∶50，酸解时间分别为30 min、60 min、90 min，再经过酶解所得酶解液还原糖含量。由图3 可知，料液比较低时，浸泡时间为60 min 时酶解产糖效果最好。随着料液比的增加，小麦秸秆的酶解产糖率逐渐增加，所以料液比越高对酶解产还原糖含量效果越好。在80℃、盐酸浓度为0.8 mol/L、浸泡60 min、料液比1∶100条件下生成5.7 g/L的还原糖。

图3 酸解时间与料液比对酶解还原糖含量的影响

3 结论

麦秆用盐酸对其进行酸解，考查了麦秆与盐酸的配比和酸解时间的影响，结果表明，随着料液比的增加，麦秆的纤维素和半纤维素的保留率逐渐减少，木质素的脱除率逐渐增加，浸泡时间控制在60 min 为最佳。在80℃、盐酸浓度0.8 mol/L、浸泡60 min、料液比1∶100 条件下酸解麦秆，酶解后溶液中还原糖含量达5.7 g/L。