李 巖，馬永剛，鹿欣茹，倪小雨，顧道恒

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

小麥秸稈內(nèi)含有豐富的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其中纖維素作為一種豐富的可再生資源，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和生物降解性，能以不同形式再次加以利用，目前廣泛應(yīng)用于發(fā)酵、化工等行業(yè)中，可水解生成葡萄糖，并進(jìn)一步發(fā)酵生成乳酸等產(chǎn)品。但是由于秸稈內(nèi)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和穩(wěn)定性，木質(zhì)素和半纖維素以共價鍵的形式緊密相連，而纖維素就被包裹于其中，直接進(jìn)行酶解糖化產(chǎn)率并不理想。所以合適的預(yù)處理工藝是纖維素原料大規(guī)模生產(chǎn)利用的關(guān)鍵[1]。因此為提高小麥秸稈的酶解糖化率，更大限度地利用纖維素，避免秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染和資源浪費，首先必須要破壞其原有的高度致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，對秸稈進(jìn)行預(yù)處理操作。

本試驗采用氯化鈉溶液、三氯化鐵、三氯化鋁和氯化鋅4種金屬離子溶液分別預(yù)處理秸稈，分析研究處理后的的酶解還原糖產(chǎn)率，找出最佳的小麥秸稈預(yù)處理方式。

1 試驗部分

1.1 原料和試劑

原料和試劑來源見表1。

表1 原料和試劑Tab.1 The raw materials and reagents

1.2 試驗儀器

粉碎機(jī)（GR150A），合肥榮事達(dá)三洋電器股份有限公司提供；真空干燥箱（DZF-6050），上海精宏實驗設(shè)備有限公司提供；數(shù)顯恒溫水浴鍋（HH-1），常州丹瑞實驗儀器設(shè)備有限公司提供；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（DF-101S），鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司提供；低速離心機(jī)（TDZ5WS），長沙湘智離心機(jī)儀器有限公司提供；全空氣恒溫?fù)u床（精騏ISRSV1），美國精騏有限公司提供；多功能酶標(biāo)儀（infinite 200 pro），南京科麟得科學(xué)儀器有限公司提供。

1.3 試驗過程

小麥秸稈原料采自泰州郊區(qū)，購入后首先在通風(fēng)處進(jìn)行自然風(fēng)干，然后利用粉碎機(jī)粉碎，經(jīng)前期研究，決定選取過60目篩部分的小麥秸稈為研究對象，105℃條件下烘干至恒重備用。分別取5 g秸稈按表2的配比進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后將秸稈用蒸餾水沖洗至金屬離子溶液，調(diào)節(jié)pH為中性，分別將4種金屬離子處理后的溶液裝于離心管中，放置于離心機(jī)中離心，3 000 r/min，10 min后取出離心管，棄上清液，將沉淀在下層的秸稈放置于真空干燥箱中105℃烘干至恒重。

表2 4種金屬離子預(yù)處理秸稈反應(yīng)配比Tab.2 The reaction ratio of straw pretreated with four kinds of metal ions

各組分別稱取1 g預(yù)處理后的小麥秸稈放入50 mL錐形瓶中，加入0.6 g纖維素酶液和24.4 mL的pH值4.8的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液，在50℃，160 r/min的條件下，搖床中恒溫酶解24 h，酶解結(jié)束后取上層清液，使用還原糖檢測試劑盒，用多功能酶標(biāo)儀測定纖維素酶解液中還原糖的濃度。

2 試驗結(jié)果

繪制出的標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖曲線見圖1。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖曲線Fig.1 The standard glucose curve

將試驗所得數(shù)據(jù)代入葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到各組的還原糖濃度：NaCl組：23 mg/g；FeCl3組：72 mg/g；AlCl3組：31 mg/g；ZnCl2組：52 mg/g。

3 討論

本試驗研究了金屬離子溶液預(yù)處理小麥秸稈物料對酶解后還原糖得率的影響。由纖維素酶酶解試驗結(jié)果可知，小麥秸稈經(jīng)4種金屬離子溶液預(yù)處理后的酶解還原糖產(chǎn)率均有大幅度的提高，且4種金屬離子溶液預(yù)處理技術(shù)均有其最優(yōu)的處理條件，即NaCl 0.6 mol/L、固液比1∶10、反應(yīng)溫度170℃、反應(yīng)時間15 min；FeCl3溶液濃度0.6 mol/L、固液比1∶10、反應(yīng)溫度170℃、反應(yīng)時間15 min；ZnCl2溶液濃度0.6 mol/L、固液比1∶10、反應(yīng)溫度為120℃、反應(yīng)時間為30 min；AlCl3溶液濃度0.3 mol/L、固液比1∶15、反應(yīng)溫度170℃、反應(yīng)時間30 min。當(dāng)金屬離子在其最優(yōu)條件下單獨處理時，F(xiàn)eCl3組的還原糖產(chǎn)率最高。由此可見，采用FeCl3處理秸稈所得還原糖產(chǎn)率有大幅提升，且金屬離子價格低廉，試驗操作簡單，對環(huán)境的污染小，效能高，易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，因此在秸稈循環(huán)再利用中，金屬離子預(yù)處理有著廣闊的應(yīng)用前景。