不同化學試劑對稻草秸稈酶解糖化效果的影響

侯金麗

(河南工業(yè)貿(mào)易職業(yè)學院糧食工程系，河南鄭州 451191)

中國是一個農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源十分豐富，年產(chǎn)各類農(nóng)作物秸稈到2015年將達9億t左右，位居世界之首，其中，稻草秸稈占1/3［1］。由于化石能源的逐漸枯竭及所造成的全球環(huán)境惡化等問題，人們對來源廣泛、廉價、可再生的生物質(zhì)資源的開發(fā)利用越來越重視，加強對稻草這類可再生資源的高值利用研究具有重要的戰(zhàn)略意義。目前，人們對稻草的利用還停留在低級階段，如肥田、作食草動物的飼料、焚燒或將之遺棄［2］。這不僅造成了嚴重的環(huán)境污染，而且也是對資源的極大浪費。因此，尋找一條有效途徑加快對稻草秸稈的綜合開發(fā)利用勢在必行。不同的糖化方法由于其原理不同，必然會對秸稈的降解效果產(chǎn)生不同的影響［3］。本文通過比較4種化學試劑預處理對稻草秸稈酶解糖化效果，以期優(yōu)化出一種較適宜稻草秸稈糖化降解的方法，為秸稈的綜合開發(fā)利用提供有效的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

稻草秸稈采自河南省鄭州市郊區(qū)農(nóng)田，洗凈，烘干，粉碎至20目 (0.84 mm)備用。

1.2 方法

稱取10 g稻草秸稈粉，分別放入裝有100 mL不同質(zhì)量分數(shù)的鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鈣溶液的三角瓶中，攪拌均勻，40℃水浴糖化2 d。每個梯度設置3個重復處理。反應完畢，冷卻、抽濾得水解液，水解液測還原糖濃度。濾餅中加入纖維素酶45g·kg-1和木聚糖酶液50 mL·kg-1，用0.2 mol·L-1、pH值4.8的乙酸-乙酸鈉緩沖液補充使液固比為10，在50℃、130 r·min-1下糖化48 h，進行對比試驗，冷卻、抽濾得水解液，水解液測還原糖濃度。

1.3 還原糖濃度測定

采用 DNS 法［4］。

2 結果與分析

2.1 鹽酸預處理對稻草秸稈酶解糖化效果的影響

圖1顯示，3%的稀鹽酸預處理后測得還原糖含量達到最高值48.18%;2%的稀鹽酸預處理后濾餅中再加入2種酶進行酶解糖化，測得總還原糖含量達到66.92%，比前者提高18.74%，因此，2%的鹽酸預處理有利于2種酶的酶解作用，效果最好;總還原糖含量隨著鹽酸質(zhì)量分數(shù)的增加呈下降趨勢，原因可能是過剩的H+抑制了2種酶的活性，減緩了酶解糖化過程［5］。

2.2 硫酸預處理對稻草秸稈酶解糖化效果的影響

由圖2可知，隨著硫酸濃度的增大，預處理還原糖含量和預處理后再加2種酶進行酶解的總還原糖含量都是先增加又下降，但總還原糖含量最高值沒有鹽酸預處理后酶解糖化的高，為51.15%。

2.3 氫氧化鈉預處理對稻草秸稈酶解糖化效果的影響

圖1 鹽酸預處理對稻草秸稈酶解糖化效果的影響

圖2 硫酸預處理對稻草秸稈酶解糖化效果的影響

由圖3可知，稻草秸稈經(jīng)質(zhì)量分數(shù)為1%～7%的NaOH處理后，總還原糖含量從28.97%升至36.56%，較預處理還原糖含量分別提高19.41%和24.79%。增幅明顯，說明NaOH預處理后水解的還原糖含量較低，而經(jīng)NaOH預處理后再加2種酶，糖化效果顯著提高。

圖3 氫氧化鈉預處理對稻草秸稈酶解糖化效果的影響

2.4 氫氧化鈣預處理對稻草秸稈酶解糖化效果的影響

從圖4可看出，隨著氫氧化鈣質(zhì)量分數(shù)的增加，預處理還原糖含量和總還原糖含量都隨之增大，且總還原糖含量最高值比氫氧化鈉預處理后酶解糖化的高，為47.68%。

圖4 氫氧化鈣預處理對稻草秸稈酶解糖化效果的影響

3 小結

4種化學試劑預處理對稻草秸稈2種酶糖化效果的影響的試驗結果表明，酸預處理比堿預處理對雙酶糖化效果好，其中，以鹽酸的總還原糖含量最高，其較優(yōu)條件為:20目稻草秸稈粉，用質(zhì)量分數(shù)為2%的稀鹽酸40℃水浴糖化預處理2 d后，加入纖維素酶45 g·kg-1和木聚糖酶液50 mL·kg-1，液固比為10，在50℃下糖化48 h，稻草秸稈的總還原糖含量為66.92%。

［1］ 劉海燕，黃梟，高星愛，等.農(nóng)作物秸稈酶解制糖研究進展［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學，2014，42(3):10-12.

［2］ 李金埔，王雙磊，張美玲，等.秸稈還田對棉田土壤微生物和土壤呼吸速率的影響［J］.山東農(nóng)業(yè)科學，2014，46(9):69-73.

［3］ 劉國麗，楊鎮(zhèn)，王娜，等.微生物轉化秸稈飼料研究進展［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學，2014(1):110-114.

［4］ 江滔，路鵬，李國學.稻草秸稈稀酸水解糖化法影響因子的研究 ［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2008，24(7):185-189.

［5］ 黃歡喜，姚茂君，姚柳.稻草秸稈硫酸水解研究 ［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39(4):1899-1901.