竹筍殼降解過(guò)程的微觀(guān)表征

張亞強(qiáng) 張萍 牛春

摘要 [目的]驗(yàn)證混合菌對(duì)竹筍殼的降解效果。[方法]運(yùn)用紅外光譜分析（IR）、氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）和掃描電子顯微鏡技術(shù)（SEM）對(duì)降解前后竹筍殼的成分和表面結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了分析。[結(jié)果]混合菌分泌的水解酶先降解竹筍殼表面的蠟質(zhì)、半纖維素和纖維素，甲基化和氧化竹筍殼木質(zhì)素側(cè)鏈，隨后破壞木質(zhì)素苯環(huán)。[結(jié)論]竹筍殼表面硅結(jié)構(gòu)的裸露程度可以作為竹筍殼降解程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 竹筍殼；混合菌；降解；微觀(guān)表征 中圖分類(lèi)號(hào) TS209 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(guó)內(nèi)外關(guān)于真菌降解秸稈的研究較多，但研究重點(diǎn)還停留在篩選高效降解菌或通過(guò)研究真菌培養(yǎng)條件等來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酶的最優(yōu)化[1-3]，而對(duì)降解過(guò)程和機(jī)理的研究則比較少見(jiàn)。有研究指出，真菌對(duì)秸稈的降解作用是通過(guò)其產(chǎn)生的2種胞外酶系：纖維素、半纖維素水解酶系；木質(zhì)素降解酶系（錳過(guò)氧化物酶、木質(zhì)素過(guò)氧化物酶和漆酶）來(lái)實(shí)現(xiàn)[4]。但這些酶作用后秸稈結(jié)構(gòu)的變化還需進(jìn)一步研究。為深入了解降解過(guò)程與機(jī)理以及降解前后秸稈結(jié)構(gòu)和成分的變化，筆者運(yùn)用紅外光譜分析（IR）、氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）和掃描電子顯微鏡技術(shù)（SEM）對(duì)降解前后竹筍殼的成分和表面結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了分析。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)材料與試劑。竹筍殼購(gòu)自安徽寧國(guó)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(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)。

1.1.2 培養(yǎng)基。竹筍殼固態(tài)發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)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，F(xiàn)eSO4·7H2O 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(chuàng)木酚0.50 mmol，CuSO4·5H2O 20 mg，定容到1 L。

1.1.3 儀器。SCION SQ單四級(jí)桿氣質(zhì)聯(lián)用儀為布魯克·道爾頓公司產(chǎn)品；Nicolet 67 傅里葉紅外光譜儀為美國(guó)Thermo Nicolet公司產(chǎn)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(tài)混合發(fā)酵。竹筍殼洗凈，風(fēng)干，粉碎至60目，稱(chēng)5.00 g置于250 mL錐形瓶中；加入初始pH為5.5的營(yíng)養(yǎng)液12 mL，調(diào)節(jié)培養(yǎng)基含水量為60%；先接種活化的平菇菌絲懸液培養(yǎng)176 h，再接種活化的黑曲霉孢子懸液共同培養(yǎng)11 d；平菇和黑曲霉總接種量為20%，接種比例為3∶2；培養(yǎng)溫度為28 ℃。

1.2.2 降解前后竹筍殼結(jié)構(gòu)和成分的變化。

1.2.2.1 IR分析。

培養(yǎng)完成后，取適量發(fā)酵培養(yǎng)基，用pH 4.8的HAc-NaHAc緩沖液50 mL浸泡3 h，過(guò)濾，濾渣置于105 ℃烘箱中烘干備用。稱(chēng)適量樣品，添加基質(zhì)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(guò)濾，用CH2Cl2萃取濾液3次，蒸發(fā)濃縮，0.45 μm有機(jī)膜過(guò)濾。

氣質(zhì)聯(lián)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(guān)察。

2 結(jié)果與分析

2.1 IR分析結(jié)果

由圖1可知，經(jīng)混合菌降解后，竹筍殼的結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯改變。綜合有關(guān)學(xué)者對(duì)秸稈類(lèi)物質(zhì)的IR分析結(jié)果可以得出[5]，竹筍殼在降解前后，主要是蠟質(zhì)的剝落和木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)發(fā)生了較大變化。蠟質(zhì)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(dǎo)致3 380和2 920 cm-1處的紅外吸收發(fā)生了變化。而木質(zhì)素先是支鏈甲基化、側(cè)鏈氧化，之后是苯環(huán)解環(huán)，所以1 550 cm-1處的紅外吸收也發(fā)生了明顯變化。上述過(guò)程進(jìn)行到一定程度后，竹筍殼中的硅結(jié)構(gòu)便隨著包裹它的成分的剝離而裸露出來(lái)，這從1 050 cm-1處聚合態(tài)硅發(fā)生轉(zhuǎn)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(jié)果

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

和原始竹筍殼相比，降解后竹筍殼洗脫液中出現(xiàn)了硅類(lèi)化合物這一新物質(zhì)（圖3）。隨著木質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)從竹筍殼表面脫落，硅結(jié)構(gòu)便裸露出來(lái)，有少量在機(jī)械振蕩作用下被洗脫下來(lái)萃取到水中。硅氧化物這一物質(zhì)出現(xiàn)在洗脫液中，從一定程度上證明了竹筍殼的纖維結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)規(guī)整緊密，其上突出的大圓點(diǎn)和小圓點(diǎn)是竹筍殼中的硅結(jié)構(gòu)[7]，硅結(jié)構(gòu)表面還有一層包裹竹筍殼的致密蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)[8]；降解后竹筍殼表觀(guān)結(jié)構(gòu)被破壞，出現(xiàn)了很多空洞和裂縫，硅結(jié)構(gòu)也越來(lái)越明顯裸露。

3 結(jié)論

混合菌降解竹筍殼的微觀(guān)過(guò)程基本如下：混合菌分泌的水解酶先將竹筍殼表面的蠟質(zhì)、半纖維素和纖維素進(jìn)行降解，對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行側(cè)鏈甲基化和氧化，使竹筍殼表面出現(xiàn)裂痕，內(nèi)部結(jié)構(gòu)裸露，隨后破壞木質(zhì)素苯環(huán)，菌絲進(jìn)入竹筍殼內(nèi)部，釋放木質(zhì)纖維素降解酶系[9]。

參考文獻(xiàn)

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