酸和纤维素酶综合处理降解甘蔗渣为还原糖研究
2007-12-18 23:04:43   来源：食品与发酵工业   评论：0 点击：

【摘要】 我国南方甘蔗渣资源丰富，但要实现其高效重复利用还存在困难。本文采用酸和酶相结合的方法，分别用2%、5%和10%的醋酸预处理甘蔗渣，再按一定的酶/甘蔗渣（质量比）加入纤维素酶对其进行降解。实验发现，5%的醋酸降解的效果最好，平均测得还原糖含量为2.413mg/mL。

【关键词】 甘蔗渣；醋酸；纤维素酶 

【中图分类号】S556　　 【文献标识码】Ａ　　  【文章编号】 

生物质能源技术的研究与开发已成为世界重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。如巴西以甘蔗汁为原料生产的乙醇燃料已占该国汽车燃料消费量的50％以上。国内近年也新上了许多乙醇项目，但国内近年新上的乙醇生产项目多以红薯、木薯和玉米为原料而生产的，成本仍然相对较高。为降低燃料乙醇的生产成本，许多研究者尝试降解农作物秸杆纤维素为还原糖而进行酒精生产技术研究，近年来有很多关于化学、酶和微生物处理降解秸杆纤维素制备还原糖的研究报道，但未见用酸和酶综合处理降解甘蔗渣的报道。因此，本文以南方比较多的甘蔗渣为原料，进行酸和酶综合处理甘蔗纤维素为还原糖的研究, 这对进一步利用甘蔗渣发酵转化为燃料酒精,提高甘蔗的全生物量利用率,具有非常重大的意义。 

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

仪器:  试管,烧杯,锥形瓶,移液器,移液管,721分光光度计,酒度计,电热炉,烘箱,电热套,蒸馏装置等。试剂: DNS试剂,葡萄糖,PH试纸,氢氧化钠,醋酸。

纤维素酶: 湖南尤特尔生物有限公司提供；酶活10000(U)/mg；最佳反应温度50℃左右； 最佳反应PH值:4.6-6.0。

1.2 实验材料：甘蔗渣:  粉碎烘干,长度2mm左右,其中纤维素含量为40.6%。

1.3 酸和酶综合处理降解甘蔗渣实验

分别取3g甘蔗渣加入40ml 2%、5%和10%的醋酸水溶液浸泡2小时，然后向每种酸预处理的混合物中加入酶/甘蔗渣（质量比）0、 1/10000、5/10000、10/10000、20/10000、30/10000、50/10000的纤维素酶（设计3次重复），然后1h、3h、5h、7h和过夜测定其中的总还原糖含量。

1.4 还原糖含量的测定

还原糖含量采用 DNS（3,5—二硝基水杨酸）法测定。步聚如下：

（1） 3,5-二硝基水杨酸试剂（DNS试剂）甲液: 将6.9 g结晶酚溶于15.2ml氢氧化钠溶液中,稀释至69 ml,在此溶液中加入6.9 g亚硫酸氢钠。乙液: 255g酒石酸钾钠加到10%的氢氧化钠300ml中,再加入1%3,5—二硝基水杨酸880ml。将甲液与乙液相混合即得黄色DNS试剂,贮于棕色瓶中,在室温下放置7d后使用。（2） 0.1％葡萄糖标准液准确称取100mg分析纯的葡萄糖（预先在105℃干燥制恒重），用少量蒸馏水溶解后定容至100ml,冰箱中保存备用。配制不同浓度的葡萄糖溶液，加入DNS，水浴冷却后在721分光光度计上（550nm）进行比色测定，用空白管调零后，记录光密度值，以葡萄糖浓度为横坐标，光密度值为纵坐标绘制标准曲线,绘制标准曲线如下图1。

（3） 还原糖含量的测定  在酸酶降解甘蔗渣的溶液中取1ml含糖溶液，再加入1ml蒸馏水，2mlDNS试剂，在沸水中加热2分钟，立刻用冷水冷却，然后加入8ml蒸馏水，摇匀，在721分光光度计上（550nm）进行比色测定，用空白管调零后，记录光密度值，在葡萄糖标准曲线上查出还原糖的含量。 

2 甘蔗渣降解实验结果与分析

2.1 2%乙酸处理和不同酶量降解效果  

由图2可以看出，相同用量的酶对降解效果的影响是随着时间的延长而提高的；在相同降解时间里改变酶用量也会使降解效果提高，但当酶/甘蔗渣（质量比）达到30/10000以上时，降解的效果不再有明显提高，甚至出现下降的趋势。

2.2 5%乙酸处理和不同酶量降解效果

图3反应出来在相同酶用量的条件下，降解效果随时间的延长而提高；在相同时间内，不同酶用量也使降解效果有所改变，呈现一个正比关系，标准偏差值较小，降解效果整体比较好。 

2.3 10%乙酸处理和不同酶量降解效果 

图4  10%醋酸处理后,不同酶用量在不同时间还原糖含量测定

上图4可以看到，10%醋酸处理后的降解效果虽然也是随时间增加降解的糖量增加，但总体降解效果比5%醋酸处理弱有下降。因此，综合图2,图3,图4的结果,可以看出,5%的醋酸处理后降解的效果最好,降解的还原糖含量随着酶量的增加基本保持增加,同时也随着时间的延长而降解得越多(图3)。本实验研究甘蔗渣最长的降解时间为17个小时,所得到的还原糖产率最高为5%醋酸处理后,加50/10000的酶,平均测得还原糖含量为2.413mg/ml。 

3 结论

用乙酸预处理甘蔗渣后,加纤维素酶进行降解,最佳的酸用量是 5%的醋酸，在此条件下，降解效果随着酶的增加而增加,随着时间的延长而降解效果越好。酶的投入量增加是可以提高降解效果的，但是，酶制剂的成本一向颇高，如果进一步提高酶用量，将会增加酶解成本，因此降低酶用量是必须的。通过本次实验我们知道，通过改变预处理的条件，对后面的降解过程是有影响的，因此，再下一步研究中，可以考虑通过改进预处理的方法，在进一步降低酶的用量同时，使得降解效果不下降或者有所提高。

参考文献:

[1] 鲁杰，石淑兰，杨汝男等. 纤维素酶水解纤维素类废弃物的研究[J]．纤维素科学与技术.2004（12）：7-12.

[2] 王丽，陈卫平．纤维质原料制燃料酒精的研究进展.酿酒科技．2005（3）：57-60.

[3] 蔡燕飞, 李华兴, 赵肃清等．纤维素分解菌的筛选及鉴定. 林产化学工业. 2005, 25（2）：67-70.

[4] 蔡燕飞，赵肃清，何成新等．应用纤维素分解菌降解香蕉杆生成可发酵糖的研究. 现代化工. 2005, 25（9）：34-36.