秸秆粗饲料中粗纤维结构层次的研究

通过酶解实验提出秸秆粗饲料中的粗纤维成分分为两个结构层次,即粗纤维中易被酶水解的是游离型半纤维素和纤维素,难以被酶水解的是与木质素键合的结合型半纤维素和纤维素。试验结果表明,棉花秸秆中半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的80.98%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的19.31%;玉米秸秆中被半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的60.23%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的44.36%;小麦秸秆中被半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的46.20%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的43.04%;水稻秸秆中被半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的47.60%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的51.80%。这可能是造成粗饲料消化代谢率低的主要原因。     

麦秸饲料转化中木质纤维素软化技术研究

为解决秸秆饲料转化中消化率低的问题,开发秸秆分解软化技术,优先分解部分半纤维素,以小麦秸秆为原料,以半纤维素分解为特色的分解菌复合系为接种剂,对麦秸进行高温发酵分解,通过检测秸秆木质纤维素各成分的动态、发酵参数变化,以及PCR-DGGE为手段的微生物群动态监测,研究秸秆木质纤维素结构松散的规律。结果表明,经过高温发酵,秸秆中半纤维素显著降解,9d时半纤维素和纤维素分别分解了11.2%和9.3%在高温发酵过程中,微生物群以细菌为主体,真菌种类较少,且细菌群中以接入的分解菌复合系的组成菌占优势。说明向高温发酵体系中添加分解菌复合系可以有效促进发酵进程,使麦秸在发酵第9d时半纤维素的降解达到要求,有效地松散了秸秆结构。     

玉米秸秆纤维素提取工艺优化

[目的]优化提取玉米秸秆纤维素的最佳工艺条件。[方法]采用氢氧化钠-醋酸-亚氯酸钠法提取玉米秸秆纤维素,并用硝酸乙醇法测定纤维素含量。利用单因素试验探讨原料用量、提取时间以及提取温度等因素对产品纤维素含量的影响,并利用正交试验优化工艺条件。[结果]提取玉米秸秆纤维素的最佳工艺条件为:提取过程中,搅拌速度为500 r/min;半纤维素脱除过程中,称取5 g秸秆粉末,NaOH溶液质量分数为9%,提取温度T_1为60℃,提取时间t_1为120 min,将产物洗涤烘干;木质素脱除过程中,取上述产物进行试验,亚氯酸钠用量为1.5 g,醋酸用量为10 m L,提取温度T_2为70℃,提取时间t_2为60 min,将产物洗涤烘干得到纤维素。在此最优工艺条件下,产品纤维素纯度平均可达81.45%,最高可达82.29%,而且经红外分析可发现半纤维素和木质素已基本被去除。[结论]该工艺研究可为玉米秸秆纤维素的批量生产提供理论指导。     

绵羊对可酶解和不可酶解纤维素、半纤维素消化率的研究

在3个独立的试验中共测定了34羊次成年小尾寒羊母羊采食玉米秸秆日粮时可酶解和不可酶解纤维素、半纤维素的消化率.测得的可酶解纤维素、不可酶解纤维素、可酶解半纤维素和不可酶解半纤维素的平均消化率(96.06%±2.91%,2.32%±9.31%,96.72%±2.78%和2.14%±7.38%),从而表明将粗饲料中的纤维素、半纤维素分为可酶解和不可酶解两部分,是有生物学意义的.本研究发现,绵羊个体之间对粗饲料纤维素、半纤维素消化率的差异性,主要是由于其对不可酶解部分消化率的不同造成的.本研究表明,对于反刍动物纤维素类物质消化的研究,重点应是不可酶解部分的消化.     

纤维素、半纤维素分解菌MYB3和YB1菌株的生物学特性研究

对纤维素、半纤维素分解菌MYB3和YB1菌株在不同温度和pH值条件下的存活性、酶活性及对秸秆分解特性进行初步研究。结果表明:MYB3菌株存活的最适条件为35℃,pH值8时;YB1菌株为30℃,pH值9。2种菌在发酵中生成的纤维素酶活性最高,分别达到19.28U/mL(MYB3-玉米秸秆-3d)和19.5U/mL(YB1-稻草-3d);半纤维素酶最高分别达到6.66 U/mL(MYB3-玉米秸秆-2d)和17.17 U/mL(YB1-稻草-4d);淀粉酶活性最高分别达到9.84U/mL(MYB3-玉米秸秆-3d)和10.65U/mL(YB1-稻草-5d)。MYB3菌株适合玉米秸秆发酵,纤维素、半纤维素分解率(5d)分别为39.03%和14.67%;YB1菌株适合稻草发酵,纤维素、半纤维素分解率(5d)分别为31.53%和37.44%。     

玉米秸秆中木质素、半纤维素和纤维素的组分分离研究

针对分离植物茎秆中的木质素、半纤维素和纤维素需高温和高压处理的苛刻条件以及所得组分纯度和回收率均较低的缺陷,采用乙醇和硝酸相结合的方法对玉米秸秆在常压下进行预处理,经稀碱溶液蒸煮及过氧化氢处理,实现高效分离和回收木质素、半纤维素和纤维素组分的目的。正交试验确定的最佳条件为：固液比1∶14、硝酸与乙醇体积比1∶2、76℃下反应3 h,原料的木质素脱除率达76.3%,木质素回收率为44.5%;预处理后的原料以4% NaOH为溶剂、固液比1∶40、95℃下蒸煮2.5 h,其半纤维素脱除率98.8%,半纤维素回收率达66.0%（滤液∶乙醇1∶0.8、pH 7、沉淀2 h）;粗纤维素以2.5%H2O2为溶剂、固液比1∶30、pH 11.5、（46±1）℃下处理6 h,其纤维素纯度99.28%,回收率59.7%。该方法具有工艺条件温和及绿色环保等优势,为玉米秸秆的分级利用提供了一条新的途径。     

高效纤维素分解菌的分离及秸秆降解生物效应

秸秆还田可以改善土壤肥力、保护生态环境、促进农业可持续发展,土壤微生物特别是与纤维素降解有关的微生物在秸秆还田过程中起关键性作用。从长期堆放农业秸秆的土壤中采用羧甲基纤维素固体培养基平板稀释法和赫奇逊滤纸条液体培养基富集法分离纤维素分解菌;刚果红染色法和CMC酶活力测定法筛选高效纤维素分解菌;采用培养特性、形态特征和分子生物学方法对菌种进行鉴定;通过测定秸秆失重率和纤维素、半纤维素和木质素的含量及降解率研究其降解玉米秸秆的效果;并测定其处理的玉米秸秆粉末对紫苏和油菜生长的影响。结果在分离到的16种纤维素分解菌中筛选出高效纤维素分解菌菌株HLF4和YDL3。HLF4和YDL3菌株分别鉴定为栗褐链霉菌(Streptomyces badius)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。HLF4和YDL3及混合菌株处理的玉米秸秆分解能力与对照相比均显著提高;其中HLF4+YDL3混合菌株处理效果优于单菌株,其玉米秸秆失重率、半纤维素降解率、纤维素降解率以及木质素降解率分别比对照高52.00%、46.65%、42.11%和31.19%。用纤维素分解菌酵解的秸秆还田处理的紫苏和油菜叶片的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(hydrogen peroxidase,CAT)活性和叶绿素含量以及生长指标均显著高于对照;特别是用HLF4+YDL3混合菌株处理的各项指标显著高于单菌株处理。筛选的HLF4和YDL3菌株分解纤维素能力较强,且其混合菌株的分解纤维素能力更强,可作为高效纤维素分解菌用于田间种植。     

秸秆生物处理技术应用现状

我国年产秸秆约６亿吨。秸秆干物质中含碳水化合物约７０ %,是巨大的潜在能量饲料资源（Ｃｈａｕｄｒｙ，１９９８）。如何科学地评价和利用这一资源关系到畜牧业的可持续发展和人民生活水平的改善。作物秸秆主要由细胞壁和细胞内容物组成 ,其中细胞壁所占比例约８０ %以上。细胞壁的基本成分是纤维素、半纤维素和木质素 ,而木质素是纤维素与半纤维素降解的限制因子。１秸秆生物处理方法１ １青（黄）贮青贮是应用最广泛、操作也简单的方法之一。在青（黄）贮过程中 ,经过乳酸发酵 ,抑制和杀死有害微生物 ,达到长期酸贮的目的。在秸秆发酵过…     

纤维素降解细菌对玉米秸秆的降解效果

为了寻找高效纤维素降解菌,提高秸秆降解效果并缩短秸秆腐解时间,从腐烂秸秆及附近土壤中,筛选获得高效秸秆纤维素降解细菌,并研究其对秸秆纤维素的降解能力。利用羧甲基纤维素钠培养基分离纤维素降解菌,结合纤维素刚果红测定、滤纸条降解试验和秸秆失重法筛选到2株具有纤维素降解能力的细菌(CMC-red、CMC-I),经16S r DNA序列分析,初步鉴定菌株CMC-red为Massilia arvi菌属,菌株CMC-I为黄杆菌属(Flavobacterium banpakuense)。菌株CMC-red的降解能力强,10 d可将滤纸降解成糊状,10 d内对秸秆的降解率可达24. 14%。通过分析红外光谱和扫描电镜图可以得出,经纤维素降解菌降解的秸秆纤维素、半纤维素的吸收峰减弱,纤维素的结构变得疏松。筛选获得的2株细菌中,菌株CMC-red对秸秆具有显著的降解效果。     

脱果胶甜菜渣提取纤维素及半纤维素的工艺条件

从甜菜渣脱果胶样品中,利用碱提取法将纤维素和半纤维素分离.实验证明氢氧化纳碱液的浓度范围为8%～12%,碱液浸泡时闻为6d,温度保持在25～30℃时,可将纤维素及半纤维素充分分离,半纤维素的产率为13.0%.又通过不同条件实验证明,进一步用 NaOCl 溶液氧化除去纤维素中木质素的最佳工艺条件为:5%NaOCl 溶液的用量是每10g 甜菜原渣需20mL,氧化时间是3h,氧化温度是55℃.得到纤维素的产率为18.3%、纯度是91.10%.     

纤维素分解菌的分离筛选及其对秸秆的分解特性

从秸秆还田土壤中分离纯化出1株高效纤维素分解菌JJU-A,经形态观察和ITS分子序列分析,鉴定该菌为白耙齿菌(Irpex lacteus)。将JJU-A接种至玉米秸秆培养30、60、90 d后测定秸秆化学组成及官能团变化。结果表明,JJU-A菌对玉米秸秆中纤维素、半纤维素及可溶性糖的分解利用率远高于木质素,其中,纤维素、半纤维素和可溶性糖的降解率分别达53.60%、58.89%和76.03%,而木质素的降解率仅为28.61%。采用傅里叶红外光谱法(FTIR)分析秸秆中主要化学官能团的变化。由光谱数据分析可知,随着降解的进行,秸秆样品在1 046、1 245、1 335、1 603、2 900和3 383 cm~(-1)吸收峰信号强度明显降低,秸秆中C=C、C=O、—CH3、—CH的含量逐渐降低,暗示纤维素、半纤维素、糖类及脂肪族化合物被大量分解。以上结果说明,白耙齿菌JJU-A可以有效提高秸秆的降解效率,加快秸秆资源化利用。     

高效木质纤维素分解菌Aspergillus fumigatus Z5原位分解小麦秸秆的研究

[目的]本研究旨在评价高效木质纤维素分解菌Aspergillus fumigatus Z5分解木质纤维素的能力,并以小麦秸秆为材料解析其分解过程。[方法]以小麦秸秆为唯一碳源,研究接种菌株Z5后小麦秸秆物理、化学特性及胞外水解酶活力,并结合扫描电镜、原子力显微镜、傅里叶红外光谱和二维核磁共振等方法,原位分析菌株Z5对小麦秸秆的分解过程。[结果]与对照相比,接种28 d后小麦秸秆的总碳相对含量减少了22.05%,总氮相对含量却增加了76.77%,而纤维素和半纤维素含量分别下降了36.97%和39.77%。电子扫描电镜和原子力显微镜观察结果表明,小麦秸秆表面在生物降解过程中发生了明显变化,28 d后表面出现孔洞,而且表面粗糙度由0.97%上升到43.83%。X-ray分析结果表明:随着降解时间的增加,小麦秸秆的结晶度由43.8%减小到28.3%,小麦秸秆中大部分的纤维素和半纤维素被菌株Z5分解。二维核磁共振分析结果表明:小麦秸秆中的多糖类、脂肪族类和芳香族类化合物都发生了分解,其中多糖类化合物最容易被降解,特别是β-D-木二糖和α-L-阿拉伯糖类化合物。[结论]菌株A.fumigatus Z5通过分泌多种胞外水解酶,从小麦秸秆的表面逐渐将纤维素、半纤维素等多糖类化合物分解,在农业废弃物处理及木质纤维类物质的资源化利用方面将具有较好的应用前景。     

用酸解和酶解改良粗饲料中纤维类物质测定方法的研究

对粗饲料测定的Van Soest法进行了改良,分别用pH 2.0硫酸代替中性洗涤纤维(NDF)洗涤剂和用2.0 mol/L盐酸代替酸性洗涤纤维(ADF)洗涤剂,以除去NDF中的果胶质和ADF中的半纤维素,从而使测定更加容易、准确.还利用酶解法将粗饲料中的纤维素和半纤维紊分为可酶解和不可酶解的两部分,测得在玉米秸秆、麦草、稻草和棉花秸秆中可酶解纤维素分别为总纤维素含量的44.3%,40.2%,42.6%和19.3%;可酶解半纤维素分别为总半纤维素含量的62.6%,46.3%,53.2%和82.0%,其对反刍动物消化的意义有待于进一步阐述.根据试验结果提出了新的粗饲料纤维素类物质测定方法的建议.     

牦牛粪便中纤维素降解菌的筛选及产酶优化

为筛选牦牛粪便中高效纤维素降解菌,实现高纤维素类饲料资源化利用。利用刚果红平板染色法初筛,纤维素酶活测定复筛,从甘肃省天祝县牦牛粪便中分离产纤维素酶菌株,并结合形态学观察、生理生化特征和16S rDNA基因序列同源性分析进行鉴定。对菌株培养时间、温度、初始pH、接种量条件进行单因素优化,并在优化的基础上采用响应面优化,将优化后纤维素酶液处理小麦、玉米和水稻秸秆,10 d后检测秸秆降解率。结果表明:分离筛选出1株产纤维素酶菌株M2,鉴定为Bacillus pumilus;初步确定该菌株发酵产纤维素酶最佳工艺条件为温度33℃、初始pH 6.5、接种量5%、培养时间30 h,羧甲基纤维素酶活最高为520 U/mL,与优化前相比提高了1.3倍;滤纸酶活为98 U/mL,与优化前相比提高了1.1倍;玉米秸秆的降解效果优于其他2种秸秆,玉米秸秆纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为36.2%、25.5%和4.3%。     

低温木质纤维素分解复合菌系PLC-8对玉米秸秆的分解特性

为提高东北寒区玉米秸秆的分解效率,突破低温的瓶颈,探讨了低温木质纤维素分解复合菌系PLC-8对玉米秸秆的分解效果及其微生物多样性。通过pH、玉米秸秆的减重、木质纤维素的含量、酶活性、有机酸含量等指标评价玉米秸秆的分解效果,采用变性凝胶电泳（DGGE）和高通量测序技术研究其微生物多样性。结果表明：pH先下降后回升至接近初始值;30 d后,玉米秸秆减重率达到43.65%;半纤维素、纤维素、木质素含量分别减少了61.13%、40.91%、14.25%;纤维素酶活性先升高后降低,其中滤纸酶和β-葡萄糖苷酶活性在第20 d,分别为0.054、0.025 U·mL^-1;内切酶和外切酶活性的最高值在第15 d,分别为0.032、0.030 U·mL^-1;木聚糖酶活性随着玉米秸秆的分解而逐渐升高,甲酸和乙酸分别在第20和15 d达到最高值。微生物群落分析表明,PLC-8由细菌和真菌组成,具有分解稳定性,在属的水平上细菌优势菌株为金黄杆菌属（Chryseobacterium）、短波单胞菌属（Brevundimonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）等,真菌的优势菌株为肉座菌（Hypocreales）。     

对甲苯磺酸耦合碱性过氧化氢预处理对不同木质纤维素生物转化的影响

【目的】研究对甲苯磺酸（p-toluenesulfonic acid,p-TsOH）耦合碱性过氧化氢（AHP）预处理对不同木质纤维素酶解率及乙醇产率的影响,为农林废弃物纤维素生物转化提供理论依据。【方法】以芒草秆、小麦秸秆和杨木为供试材料,分别采用p-TsOH处理（质量分数70% p-TsOH水溶液于80 ℃处理20 min）以及p-TsOH耦合AHP两步处理（先用质量分数70% p-TsOH水溶液于80 ℃处理20 min,之后用pH 11.5、体积分数2% H₂O₂于50 ℃、120 r/min恒温振荡器中反应12 h）2种方法对3种材料进行预处理,分析不同预处理方法对3种材料化学组成、形态结构（扫描电镜观察、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射、结晶度、保水值）的影响,并研究纤维素酶添加量（5,10,15 FPU/g,以纤维素质量计算）及不同发酵工艺（同步糖化发酵、分步糖化发酵）对p-TsOH耦合AHP两步处理3种材料纤维素酶解率及乙醇产率的影响。【结果】采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木中的半纤维素和木质素含量明显降低,纤维素含量明显提高,其中p-TsOH耦合AHP两步处理的效果更明显,该法处理的芒草秆、小麦秸秆和杨木的木质素脱除率分别为97.01%,96.50%和94.01%,半纤维素脱除率分别为82.50%,84.21%和81.19%,纤维素保留率分别为87.97%,87.85%和90.53%。采用p-TsOH处理以及p-TsOH耦合AHP两步处理后,芒草秆、小麦秸秆和杨木的微观结构、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射图谱发生了明显变化,结晶度及保水值均明显增加。纤维素酶添加量5 FPU/g、酶解72 h时,芒草秆和小麦秸秆的酶解率均超过90%,而杨木的酶解率为78%;纤维素酶添加量15 FPU/g、酶解12 h时,芒草秆、小麦秸秆的酶解率达到100%,杨木的酶解率为73%;纤维素酶添加量10 FPU/g、酶解24 h时,芒草秆、小麦秸秆和杨木的酶解率均达到95%以上。当底物质量浓度为130 g/L、纤维素酶加量为10 FPU/g、发酵96 h时,p-TsOH耦合AHP两步处理芒草秆、小麦秸秆和杨木同步糖化发酵的乙醇产率分别为92.63%,90.07%和88.00%,高于分步糖化发酵工艺的乙醇产率（86.40%,84.21%和78.09%）。【结论】p-TsOH耦合AHP两步处理可以在温和水溶液条件下选择性脱除原料中的木质素和半纤维素,得到富含纤维素的样品,对不同原料具有较强的适用性,应用前景良好。     

秸秆饲料中纤维素、半纤维素和木质素的定量分析研究

拟定了秸秆饲料中纤维素、半纤维素和木质素的定量分析方法。结果表明:将中性洗涤剂法改为pH2洗涤剂法,更便于过滤;将酸性洗涤剂法改为2 mol/L盐酸洗涤剂法,使ADF中半纤维素含量显著降低,提高了纤维素和半纤维素的测定准确度。与Van Soest方法相比有操作简便、快速,定量准确性高的特点。     

小麦和玉米秸秆的亚临界水预处理条件优化及其生产燃料乙醇的研究

【目的】优化小麦和玉米秸秆的亚临界水处理条件,并考察最优条件下处理残渣的酶解和发酵特性。【方法】采用亚临界水法分别处理小麦和玉米秸秆,以水可溶部分的总还原糖含量为响应值,通过中心组合设计优化处理温度和时间,并研究最优条件下2种原料处理后的残渣的同步酶解和发酵生产乙醇过程。【结果】小麦和玉米秸秆的最优亚临界水处理条件分别为:194℃,0min和190℃,0min;在此条件下,处理后小麦秸秆中的木质素、纤维素和半纤维素含量分别比处理前减少44.9%,4.9%和74.7%,处理后的玉米秸秆对应的3种成分含量分别比处理前减少34.2%,7.2%和69.5%。小麦秸秆的残渣酶解-发酵率优于玉米秸秆,小麦秸秆处理后残渣的酶解率为35%,约为处理前(6.9%)的5倍;玉米秸秆处理后残渣的酶解率为28.8%,约为处理前(9%)的3倍;小麦和玉米秸秆处理后的残渣在35℃下分别发酵(残渣质量分数为11%),最终获得的乙醇质量浓度分别为12.8和10.4g/L。【结论】亚临界水预处理能有效去除小麦和玉米秸秆中的半纤维素和木质素,保留90%以上的纤维素,提高了酶解-发酵过程的效率。     

秸秆中温厌氧发酵产沼气研究

为解决秸秆焚烧难题,实现秸秆资源的高值化利用,采用玉米秸秆为主要发酵原料,添加泥炭进行中温厌氧发酵产沼气实验,研究了原料混合配比、接种量、起始pH对沼气发酵的影响,分析了玉米秸秆高值化利用的沼气发酵途径。研究结果表明:原料混合配比、接种量、起始pH对沼气发酵均有显著影响,玉米秸秆与泥炭的配比为7∶3、接种量50%、起始pH7.5、在35℃下的发酵产沼气,沼气日产气量达到最大值227.5 m L,总产气量最高为3 193.3 m L。秸秆与泥炭混合,其中所含大量纤维素及半纤维素适合微生物的生长,能为沼气发酵提供丰富的碳素营养;沼气发酵前后原料中纤维素和半纤维素的降解程度比较大,发酵前后纤维素由28.60%降到9.32%,半纤维素由27.67%降到1.51%。     

农村污水与玉米秸秆耦合对厌氧发酵特性的影响

为研究农村生活污水与玉米秸秆耦合厌氧发酵特性,实现农村污水就地资源化利用和提高秸秆利用效率。比较了污水堆沤和污水浸泡预处理对玉米秸秆产气特性的影响,采用生活污水调节玉米秸秆含水率至70%混合堆沤8d(T1)和污水与秸秆质量比为10∶1混合浸泡3d(T2)两种预处理方式,处理后取样进行厌氧发酵试验。试验结果表明:T1和T2预处理后,秸秆中有机碳、挥发性固体、纤维素和半纤维素相对含量均下降,且T1试验组下降幅度均大于T2试验组,而木质素相对含量均小幅上升;T1试验组厌氧发酵后纤维素和半纤维素降解率分别提高9.47%和5.40%,T2试验组分别提高7.82%和3.33%,两种处理后纤维素降解率的提高幅度均明显大于半纤维素;与对照组相比,T1试验组产气高峰期相对提前2d,但累积产气量下降3.12%;T2试验组产气相对滞后3d,但累积产气量提高12.38%。污水堆沤处理有利于玉米秸秆厌氧发酵启动,缩短启动时间,促进后续发酵纤维素类的降解,但秸秆中可利用有机质含量相对减少,导致产气量下降;污水浸泡处理有利于厌氧发酵过程中纤维素和半纤维素的降解,提高二者降解率,进而提高累积产气量,但浸泡处理后发酵系统启动相对滞后,短时间内(5d)可以恢复。