CN105675805A

CN105675805A - 一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法

Info

Publication number: CN105675805A
Application number: CN201510762775.7A
Authority: CN
Inventors: 王欲晓; 王玉珠; 郑尊福; 闵成香
Original assignee: XUZHOU RUIFENG ENTERPRISE MANAGEMENT CONSULTING CO Ltd; Xuzhou Xiangpei Wine Co Ltd; Xuzhou University of Technology
Current assignee: XUZHOU RUIFENG ENTERPRISE MANAGEMENT CONSULTING CO Ltd; Xuzhou Xiangpei Wine Co Ltd; Xuzhou University of Technology
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2016-06-15

Abstract

本发明公开了一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法；采取多种测量方法相结合的方式来快速定量分析农业秸秆的主要化学组分含量。本发明采用分光光度双波长比色定量法与质量差法相结合，一次实验即可测定秸秆主要10个化学组分，方法简单，操作简便，时间较短，结果准确可靠，分析成本较低，有效解决了前人方法中分析时间较长、操作复杂、成本高昂、组分不全等缺点。对于秸秆的组分定量分析和高值化应用等具有积极的指导意义和广泛的利用价值。

Description

一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法

技术领域

本发明涉农业化学分析技术领域，具体涉及一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法。

背景技术

我国是一个农业大国，当然也是农作物秸秆生产大国，每年生产农作物秸秆6-7亿吨左右。而作物秸秆可富含有机物，尤其是糖类，想要提升其经济价值，利用其中的组分生产高价值产品，就必须对作物秸秆的主要化学组分进行定量分析。

农作物秸秆的主要有机组分有碳水化合物（半纤维素，纤维素）、木质素（酸不溶木质素和酸溶木质素）、发酵性糖（己糖如葡萄糖和戊糖如木糖）和灰分。当前定量分析农业秸秆主要有机成分的方法有：根据测定仪器的不同分为分光光度法（也叫比色定量法，简称比色法）和液相色谱法（简称HPLC法），根据测定原理的不同分为测糖法（根据测糖结果计算组分含量）和质量差法（根据前后两次反应的质量差计算组分含量），根据指标测定顺序的不同分为逐个指标测定法（一次检测一个指标）和程序定量法（一次检测数个指标）。

（1）质量差法：2001年薛惠琴等用质量差法测定稻草秸秆中木质素和纤维素的质量百分数，2007年马晓建在《燃料乙醇生产与应用技术》中提出的木质纤维素组分的定量分析方法，2011年王欲晓等改进了质量差法，提出一种快速准确定量分析玉米芯主要化学成分含量的新方法。质量差法特点是：利用2步酸水解和灰化（550℃）前后的质量差计算得到样品中半纤维素、纤维素、酸不溶木素的含量，优点是操作方便，节约试剂，缺点是系统误差较大，如由于酸水解时酸溶木素的溶解，导致半纤维素的结果偏高，如因为中间步骤多，最后的灰分结果偏低；硫酸水解纤维素需要室温过夜，导致分析时间较长；木质素含量用酸不溶木素替代，没有分析酸不溶木素的含量。

（2）比色测糖法：1987年王玉万等提出木质纤维素固体基质发酵物中半纤维素、纤维素和木质素的定量分析程序，该方法实质是VanSoest法（也叫范式质量差测定法）结合比色测糖法应用于半纤维素、纤维素和酸不溶木素的测定，2010年ChenYefu等在研究中采用王玉万法定量分析秸秆中主要化学组分。该法的特点是：两步酸法水解秸秆中的半纤维素、纤维素，用地衣酚单波长比色和蒽酮单波长比色法定量分析2步酸水解液体中的木糖和葡萄糖的质量，再分别计算样品中半纤维素和纤维素的含量，利用灰化前后的质量差计算酸不溶木素。优点是一次分析木糖、葡萄糖和酸不溶木素3个指标，缺点是：利用单波长法定量木糖和葡萄糖的结果偏高，由此计算半纤维素和纤维素含量有显著的系统误差；木质素含量用酸不溶木素替代，没有分析酸不溶木素的含量；硫酸水解纤维素需要室温过夜，导致分析时间较长。

（3）HPLC法：2008年美国国家可再生能源实验室提出木质纤维素生物质中主要化学组分的定量分析方法，2013年刘荣厚等的中国发明专利（申请号CN201310062708，公开号CN103196777A）报道了一种测试玉米秸秆纤维素、半纤维素和木质素含量的方法，2015年陈翠霞等的专利（申请号CN201510121434，公开号CN104655784A）报道了一种测定植物秸秆木质纤维素组分含量的方法，以上三方法的特点是：两步酸法（72%浓硫酸，4%稀硫酸）水解半纤维素和纤维素以及酸溶木素，然后使用HPLC同时检测酸水解液中的葡萄糖和木糖，紫外法定量酸溶木素；最后残渣经575℃灰化后，再用质量差法计算酸溶木素。优点是结果准确、可靠，缺点是HPLC法成本高，价格昂贵，单机价值数十万元到数百万元，使用成本高，操作要求高，分析时间长。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法；其特征在于：采取多种测量方法相结合的方式来快速定量分析农业秸秆的主要化学组分含量，该新方法的步骤如下：

（1）将秸秆样品粉碎至粒状。

（2）将步骤（1）所得到的粒状秸秆样品用水洗净，然后105℃干燥至恒重，接着取四份样品并分别记录干重M0。

（3）将步骤（2）所得到的其中两份样品分别高温灰化，高温灰化后称干重M1，利用灰化前后质量差计算出灰分质量。

（4）将步骤（2）所得到的另外两份样品用中性洗涤剂洗涤。

（5）将步骤（4）所得到的两份样品固液分离，保留残渣,并将残渣用水洗至酸碱度为中性。

（6）将步骤（5）所得到的两份样品残渣105℃干燥至恒重，并称干重M2，然后用盐酸水解。

（7）将步骤（6）所得到的两份样品固液分离，保留盐酸水解液体和盐酸水解残渣，盐酸水解液体取一定容量备用。

（8）将步骤（7）所得到的其中一份盐酸水解液体用紫外分光光度计定量分析酸溶木素质量M3。

（9）将步骤（7）所得到的另外一份盐酸水解液体用地衣酚盐酸双波长减差法定量分析戊糖质量M4。

（10）将步骤（7）所得到的两份盐酸水解残渣105℃干燥至恒重，称干重M5，然后用硫酸在室温下水解，接着加水稀释，最后用硫酸水解。

（11）将步骤（10）所得到的两份样品固液分离，保留硫酸水解液体和硫酸水解残渣，硫酸水解液体取一定容量备用。

（12）将步骤（11）所得到的其中一份硫酸水解液体用紫外分光光度计定量分析酸溶木素质量M6。

（13）将步骤（11）所得到的另外一份硫酸水解液体用蒽酮硫酸双波长减差法定量分析己糖质量M7。

（14）将步骤（11）所得到的两份硫酸水解残渣干燥至恒重M8，然后高温灰化，利用灰化前后的质量差计算酸不溶木素质量M9。

（15）计算出秸秆化学组分含量。

作为优选，（1）中先用刀式粉碎机将秸秆粉碎成粉，再用锤式粉碎机将碎粉碎至粒径0.5~3mm；（2）中粒状秸秆样品质量为0.5~1g；（3）中高温灰化的温度为600±25℃，高温灰化的时间为2-4h；（5）中酸碱度为6.5~7，固液分离用离心机或抽滤机进行；（6）中残渣和盐酸的固液比为8:1~12:1，盐酸水解温度为沸水浴100℃，时间为0.5h~1h；（7）中固液分离用离心机或抽滤机进行，盐酸水解液定溶到20-200mL；（8）中酸溶木素质量M3=A×D×V/K，A为205nm测定时的吸光值，D为溶液的稀释倍数，V为滤液定溶的体积（L），K为酸溶木素的吸光系数，K值为110L/(g×cm)；（9）中用地衣酚盐酸双波长减差法时，其标准曲线绘制时，第一检测波长为660~670nm，第二检测波长为580~590nm，利用第一和第二检测波长吸光度的差值对戊糖浓度做线性回归方程，计算戊糖质量M4；（10）中硫酸的的浓度为72-80%，室温下水解时间为1h，并且水解过程中每10分钟搅拌一次，加水稀释倍数为10倍，加水稀释后硫酸水解在121℃进行1h；（11）中固液分离用离心机或抽滤机进行，硫酸水解液体定溶到20-200mL；（12）中酸溶木素质量M6=A×D×V/K，A为205nm测定时的吸光值，D为溶液的稀释倍数，V为滤液定溶的体积（L），K为酸溶木素的吸光系数，K值为110L/(g×cm)；（13）中用蒽酮硫酸双波长减差法时，其标准曲线绘制时，第一检测波长为610-620nm，第二检测波长为530-540nm，利用第一和第二检测波长吸光度的差值对己糖（葡萄糖）浓度做线性回归方程，计算己糖质量；（14）中高温灰化的温度为600±25℃，高温灰化的时间为2-4h。

作为优选，（5）中固液分离用离心机进行；（6）中残渣和盐酸的固液比为10:1，盐酸水解时间为45min；（7）中固液分离用抽滤机进行，盐酸水解液体定溶到100mL；（11）中固液分离用抽滤机进行，硫酸水解液体定溶到100mL。

作为优选，（15）中秸秆化学组分含量的计算方式为，灰分含量=（M1/M0）×100%，酸溶木素含量=[（M3+M6）/M0]×100%，酸不溶木素含量=[（M8-M9）/M0]×100%，总木素含量=酸溶木素含量+酸不溶木素含量，戊聚糖含量=[（M4×0.88）/M0]×100%，葡聚糖含量=[（M7×0.9）/M0]×100%，总发酵性糖含量=戊聚糖含量+葡聚糖含量，半纤维素含量=[（M2–M5–M3）/M0]×100%，纤维素含量=[（M8–M9–M6）/M0]×100%，总碳水化合物含量=半纤维素含量+纤维素含量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.本发明利用双波长减差法分别定量秸秆中戊糖和己糖，既解决了HPLC法的分析成本高，时间长的缺点，又消除了单波长比色法结果的系统误差；利用紫外分光光度计测量法和质量差法分别定量分析酸溶木素和酸不溶木素含量，既解决了传统质量差法忽视酸溶木素的问题，又可以计算样品中的总木质素；利用直接灰化法，解决程序定量分析方法中灰分检测不准的问题；提出了半纤维素和纤维素的新计算方法，酸水解前后的质量差减去相应的酸溶木素；提出了发酵性糖的新计算方法，戊聚糖+葡聚糖。

附图说明

图1为本发明一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法的流程示意图。

图2为本发明一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法收集江苏北部和山东南部地区的三种农业秸秆，按照本发明的方法分析后得到的结果数据。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法；其特征在于：采取多种测量方法相结合的方式来快速定量分析农业秸秆的主要化学组分含量，该新方法的步骤如下：

（1）将秸秆样品粉碎至粒状。

（15）计算出秸秆化学组分含量。

（1）中先用刀式粉碎机将秸秆粉碎成粉，再用锤式粉碎机将碎粉碎至粒径0.5~3mm；（2）中粒状秸秆样品质量为0.5~1g；（3）中高温灰化的温度为600±25℃，高温灰化的时间为2-4h；（5）中酸碱度为6.5~7，固液分离用离心机或抽滤机进行；（6）中残渣和盐酸的固液比为8:1~12:1，盐酸水解温度为沸水浴100℃，时间为0.5h~1h；（7）中固液分离用离心机或抽滤机进行，盐酸水解液定溶到20-200mL；（8）中酸溶木素质量M3=A×D×V/K，A为205nm测定时的吸光值，D为溶液的稀释倍数，V为滤液定溶的体积（L），K为酸溶木素的吸光系数，K值为110L/(g×cm)；（9）中用地衣酚盐酸双波长减差法时，其标准曲线绘制时，第一检测波长为660~670nm，第二检测波长为580~590nm，利用第一和第二检测波长吸光度的差值对戊糖浓度做线性回归方程，计算戊糖质量M4；（10）中硫酸的的浓度为72-80%，室温下水解时间为1h，并且水解过程中每10分钟搅拌一次，加水稀释倍数为10倍，加水稀释后硫酸水解在121℃进行1h；（11）中固液分离用离心机或抽滤机进行，硫酸水解液体定溶到20-200mL；（12）中酸溶木素质量M6=A×D×V/K，A为205nm测定时的吸光值，D为溶液的稀释倍数，V为滤液定溶的体积（L），K为酸溶木素的吸光系数，K值为110L/(g×cm)；（13）中用蒽酮硫酸双波长减差法时，其标准曲线绘制时，第一检测波长为610-620nm，第二检测波长为530-540nm，利用第一和第二检测波长吸光度的差值对己糖（葡萄糖）浓度做线性回归方程，计算己糖质量；（14）中高温灰化的温度为600±25℃，高温灰化的时间为2-4h。

（5）中固液分离用离心机进行；（6）中残渣和盐酸的固液比为10:1，盐酸水解时间为45min；（7）中固液分离用抽滤机进行，盐酸水解液体定溶到100mL；（11）中固液分离用抽滤机进行，硫酸水解液体定溶到100mL。

（15）中秸秆化学组分含量的计算方式为，灰分含量=（M1/M0）×100%，酸溶木素含量=[（M3+M6）/M0]×100%，酸不溶木素含量=[（M8-M9）/M0]×100%，总木素含量=酸溶木素含量+酸不溶木素含量，戊聚糖含量=[（M4×0.88）/M0]×100%，葡聚糖含量=[（M7×0.9）/M0]×100%，总发酵性糖含量=戊聚糖含量+葡聚糖含量，半纤维素含量=[（M2–M5–M3）/M0]×100%，纤维素含量=[（M8–M9–M6）/M0]×100%，总碳水化合物含量=半纤维素含量+纤维素含量。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围内的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法；其特征在于：采取多种测量方法相结合的方式来快速定量分析农业秸秆的主要化学组分含量，该新方法的步骤如下：

（1）将秸秆样品用水洗净，粉碎至细粒状；

（2）将步骤（1）所得到的细粒状秸秆样品在105℃干燥至恒重，接着取四份样品并分别记录干重M0；

（3）将步骤（2）所得到的其中两份样品分别高温灰化，高温灰化后称干重M1，利用灰化前后质量差计算出灰分质量；

（4）将步骤（2）所得到的另外两份样品用中性洗涤剂洗涤；

（5）将步骤（4）所得到的两份样品固液分离，保留残渣,并将残渣用水洗至酸碱度为中性；

（6）将步骤（5）所得到的两份样品残渣105℃干燥至恒重，并称干重M2，然后用盐酸水解；

（7）将步骤（6）所得到的两份样品固液分离，保留盐酸水解液体和盐酸水解残渣，盐酸水解液体取一定容量备用；

（8）将步骤（7）所得到的其中一份盐酸水解液体用紫外分光光度计定量分析酸溶木素质量M3；

（9）将步骤（7）所得到的另外一份盐酸水解液体用地衣酚盐酸双波长减差法定量分析戊糖质量M4；

（10）将步骤（7）所得到的两份盐酸水解残渣105℃干燥至恒重，称干重M5，然后用硫酸在室温下水解，接着加水稀释，最后用硫酸水解；

（11）将步骤（10）所得到的两份样品固液分离，保留硫酸水解液体和硫酸水解残渣，硫酸水解液体取一定容量备用；

（12）将步骤（11）所得到的其中一份硫酸水解液体用紫外分光光度计定量分析酸溶木素质量M6；

（13）将步骤（11）所得到的另外一份硫酸水解液体用蒽酮硫酸双波长减差法定量分析己糖质量M7；

（14）将步骤（11）所得到的两份硫酸水解残渣干燥至恒重M8，然后高温灰化，利用灰化前后的质量差计算酸不溶木素质量M9；

（15）计算出秸秆化学组分含量。

2.根据权利要求1所述的一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法，其特征在于：所述（1）中先用刀式粉碎机将秸秆粉碎成粉，再用锤式粉碎机将碎粉碎至粒径0.5~3mm；所述（2）中粒状秸秆样品质量为0.5~1g；所述（3）中高温灰化的温度为600±25℃，高温灰化的时间为2-4h；所述（5）中酸碱度为6.5~7，固液分离用离心机或抽滤机进行；所述（6）中残渣和盐酸的固液比为8:1~12:1，盐酸水解温度为沸水浴100℃，时间为0.5h~1h；所述（7）中固液分离用离心机或抽滤机进行，盐酸水解液定溶到20-200mL；所述（8）中酸溶木素质量M3=A×D×V/K，A为205nm测定时的吸光值，D为溶液的稀释倍数，V为滤液定溶的体积（L），K为酸溶木素的吸光系数，K值为110L/(g×cm)；所述（9）中用地衣酚盐酸双波长减差法时，其标准曲线绘制时，第一检测波长为660~670nm，第二检测波长为580~590nm，利用第一和第二检测波长吸光度的差值对戊糖浓度做线性回归方程，计算戊糖质量M4；所述（10）中硫酸的的浓度为72-80%，室温下水解时间为1h，并且水解过程中每10分钟搅拌一次，加水稀释倍数为10倍，加水稀释后硫酸水解在121℃进行1h；所述（11）中固液分离用离心机或抽滤机进行，硫酸水解液体定溶到20-200mL；所述（12）中酸溶木素质量M6=A×D×V/K，A为205nm测定时的吸光值，D为溶液的稀释倍数，V为滤液定溶的体积（L），K为酸溶木素的吸光系数，K值为110L/(g×cm)；所述（13）中用蒽酮硫酸双波长减差法时，其标准曲线绘制时，第一检测波长为610-620nm，第二检测波长为530-540nm，利用第一和第二检测波长吸光度的差值对己糖（葡萄糖）浓度做线性回归方程，计算己糖质量；所述（14）中高温灰化的温度为600±25℃，高温灰化的时间为2-4h。

3.根据权利要求2所述的一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法，其特征在于：所述（5）中固液分离用离心机进行；所述（6）中残渣和盐酸的固液比为10:1，盐酸水解时间为45min；所述（7）中固液分离用抽滤机进行，盐酸水解液体定溶到100mL；所述（11）中固液分离用抽滤机进行，硫酸水解液体定溶到100mL。

4.根据权利要求1所述的一种准确快速定量分析农业秸秆主要化学组分含量的新方法，其特征在于：所述（15）中秸秆化学组分含量的计算方式为，灰分含量=（M1/M0）×100%，酸溶木素含量=[（M3+M6）/M0]×100%，酸不溶木素含量=[（M8-M9）/M0]×100%，总木素含量=酸溶木素含量+酸不溶木素含量，戊聚糖含量=[（M4×0.88）/M0]×100%，葡聚糖含量=[（M7×0.9）/M0]×100%，总发酵性糖含量=戊聚糖含量+葡聚糖含量，半纤维素含量=[（M2–M5–M3）/M0]×100%，纤维素含量=[（M8–M9–M6）/M0]×100%，总碳水化合物含量=半纤维素含量+纤维素含量。