超低酸预处理结合酶解提高玉米秸秆糖化效率

为提高纤维素酶解糖化的效率,该文采用超低浓度硫酸水解预处理废弃玉米秸秆。重点考察了不同酸浓度、反应温度、反应时间条件下超低浓度酸水解及后续酶解的总还原糖、葡萄糖及木糖的产率,详细叙述了总还原糖及各种单糖在酸水解及酶解过程中的转化规律,通过正交试验确定酸水解的最佳工况为酸浓度0.1%,反应温度160℃,反应时间55 min,搅拌180 r/min,固液比1∶10。酸水解后进行酶解(酶用量5%,pH值4.6,时间24 h,温度50℃)得到还原糖、葡萄糖、木糖产率分别为56.22%、16.97%、18.83%。通过红外光谱和纤维素分析仪对酸水解和酶解后的残渣进行分析可知,纤维素、半纤维素的转化率分别为88.52%、95.18%,进一步计算还原糖、葡萄糖、木糖的转化率为88.11%、44.86%、72.49%。该方法较大程度避免了还原糖在酸水解过程中的降解,保证了半纤维素还原糖的转化效率,进一步提高了总还原糖的产率,为超低酸水解在燃料乙醇领域提供了新的应用途径。     

螺杆挤压连续汽爆玉米秸秆的稀酸水解效果

对采用螺杆挤压连续汽爆方法处理的玉米秸秆进行酸水解,探讨稀硫酸和稀盐酸在酸浓度、反应时间、反应温度及固液比等因素对经过处理的玉米秸秆水解效果的影响。结果表明：在硫酸水解正交试验中,影响水解过程的因素由主到次分别为：原料类型、固液比、水解温度、酸浓度和水解时间。其优化条件为：硫酸浓度3%,水解温度110℃,水解时间60 min,固液比1︰15,此时120℃下汽爆10 min的原料的水解效果最好,还原糖得率可达39.7%。在盐酸水解的正交试验中,影响水解过程的因素由主到次分别为：水解温度、原料类型、水解时间、酸浓度和固液比。在最优条件下,即采用120℃下汽爆6 min的原料,在盐酸浓度为3%,水解温度 110℃,水解时间60 min,固液比1︰20的条件下进行水解,还原糖得率为42.0%。结果表明,螺杆挤压连续汽爆方法能有效提高玉米秸秆在稀酸条件下的水解能力。     

Alcalase酶水解花生蛋白制备花生短肽的研究

对Alcalase水解花生蛋白制备花生短肽过程中，酶用量、底物浓度、pH值、反应温度、反应时间等影响因素进行了系统地研究，建立了短肽得率及水解度与各种影响因素的回归模型；在此基础上，结合实际生产确定出了Alcalase酶解花生蛋白的最适条件为pH值8.0，水解温度54℃，底物浓度4%，酶用量3480 U/g，水解时间106 min。在此条件作用下，体系中短肽得率为79.08%，水解度为17.08%，短肽平均链长为5.85，平均分子量为661.5。     

超低浓度马来酸水解玉米芯纤维素

为考察超低浓度马来酸对玉米芯纤维素的水解性能,该文采用高温液态水预处理和超低马来酸水解相结合的两步法。3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法和高效液相色谱法(HPLC)分析表明,第一步预处理(200℃,10min,4MPa,500r/min,液固比20:1mL/g)玉米芯可获得12.24g/L还原糖,半纤维素转化率91.76%,损失3.61%的纤维素;其残渣进行第二步酸水解(质量分数0.1%,220℃,20min,4MPa,500r/min,液固比20:1mL/g)可获得9.94g/L还原糖,纤维素转化率达95.17%,约1/3转化为糖。气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析表明,第二步水解液中含有多种木质素降解副产物,如苯酚、苯甲酸等,带有多种活泼基团,可能与糖降解物反应,加快葡萄糖降解正反应的进行。改进反应器,使得糖降解物和木质素降解物及时排出,可提升马来酸水解性能,为马来酸在生物质水解领域的应用提供参考。     

荞麦淀粉的真菌淀粉酶酶解动力学研究

为掌握真菌α-淀粉酶对荞麦淀粉的酶解特性，该文研究了不同底物浓度、酶浓度、pH值及温度对水解反应速率的影响，运用米氏方程对水解动力学过程进行描述和拟合，用Lineweaver-Burk和Wilkinson统计法求解动力学参数。结果表明，真菌α-淀粉酶对荞麦淀粉的水解反应初期遵循一级反应规律，可用米氏方程对水解动力学过程进行描述和拟合，在酶浓度为0.5 U/mL、pH值5.5、温度为55℃时米氏常数K_m为5.470 mg/mL，最大反应速率V_m为1.587 mg/(mL·min)。确立的包括底物浓度、酶浓度、水解温度在内的荞麦淀粉酶水解动力学模型，在303.15～333.15 K的温度范围内适用。     

白酒丢糟的酸酶联合水解糖化工艺

为充分利用白酒丢糟资源,探讨了酸酶联合水解法对其进行糖化以获得可发酵糖的可行性。以木糖和还原糖浓度为指标,研究温度、固液比、混合酸浓度和时间等因素对酸解效果的影响;在此基础上分析纤维素酶对酸解残渣(AHR)的酶解历程,并利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和X-衍射(XRD)技术考察不同水解阶段丢糟的结构特性变化。结果表明,丢糟在温度为100℃、固液比为1:12g/mL和酸浓度为2.0%的条件下经混合酸水解120min可获得59.32g/L还原糖和6.49g/L木糖,该酸解阶段的半纤维素和纤维素转化率分别为77.38%和62.50%,木质素溶出率为43.50%。AHR在纤维素酶用量为4000U/g原料、温度为45℃和pH值为4.8的条件下继续作用2.5h可获得13.27g/L还原糖,该酶解阶段的纤维素转化率为66.67%,酶解率高达90.73%。结构特性研究表明,水解作用前后的丢糟形貌结构变化明显,孔隙率和比表面积增加,有利于纤维素酶对AHR中纤维结晶区的作用。FTIR和XRD结果显示,水解前后的特征组分所对应的吸收峰强度发生了变化,相对结晶度逐渐提高。白酒丢糟经酸酶联合水解作用转化为可发酵糖具有可行性。该研究可为丢糟生物质发酵制备乙醇提供理论基础。     

农作物秸秆的生物转化研究

采用纤维素酶降解底物谷草,从预处理,残渣重复利用,反应条件几方面进行了实验研究。实验结果表明,最适宜的酶解温度为４５－５０℃;ｐＨ为４－５,反应时间大约２１ｈ。增加酶用量能提高酶解产率,但从投入产出比考虑,以酶底物比４％为好。残渣重复利用而不增加酶,酶解产率翻一番。秸秆全株叶茎结构不同,酶解产率也不同。     

秸秆还田对稻田渗漏液DOC含量及土壤Cd活度的影响

通过盆栽试验,研究了秸秆还田对稻田渗漏液DOC含量及重金属污染土壤Cd溶出的影响。结果表明,秸秆还田增加了稻田渗漏液的DOC含量,提高了土壤Cd的活度。稻田渗漏水DOC的浓度随秸秆还田量的增加而增大。秸秆还田增加了Cd随稻田渗漏水的流失,使得稻田土壤Cd全量、有效态Cd量均随秸秆还田量的增加而降低,部分处理降低幅度达显著水平。本试验条件下由于较多的秸秆还田影响了水稻生长,使水稻植株Cd浓度、累积量均随秸秆还田量的增加呈先上升后下降的趋势。秸秆还田0.5%处理的水稻植株Cd浓度、累积量最高,分别为45.10mg·kg-1、1858.1μg·pot-1。     

丝胶蛋白抗氧化肽的酶法制备及功能评价

为进一步开发利用废蚕丝,充分挖掘丝胶蛋白的可利用程度,该文研究了6种蛋白酶水解制备丝胶肽及产品的抗氧化活性。筛选出Alcalase碱性蛋白酶为制备丝胶抗氧化肽的理想蛋白酶,并以ABTS体系评价了丝胶肽的抗氧化活性。通过单因素试验研究了反应时间、底物浓度、反应温度、pH值、酶底物比对酶水解制备丝胶肽的影响;并通过回归正交旋转试验设计对水解条件进行优化,建立各因素与水解度和抗氧化活性的数学模型,确定Alcalase酶水解丝胶蛋白的最佳水解条件为:反应时间240min,底物浓度2%,反应温度55℃,pH8.5,酶底物比2.375%。最佳水解条件下水解度为33.35%,ABTS清除活性为43.19%。该研究为开发丝胶抗氧化肽功能产品提供了技术依据。     

胰蛋白酶对壳聚糖的降解研究

用粘度法和吸光度法，研究胰蛋白酶非专一性降解壳聚糖过程中温度、PH值、反应时间、酶浓度、底物浓度。金属离子对胰蛋白酶降解壳聚糖反应的影响，确定了以壳聚糖为底物的胰蛋白酶的一些催化特性：最适温度为30℃，最适PH值为5.0,10-180min内酶反应速度恒定，酶浓度在0.1-0.5g/L的范围内，酶反应速度与酶浓度呈线性关系，米氏常数Km为9.54g/L。     

酸-超声波预处理及糖化水解稻草研究

采用室内实验方法,研究了酸-超声联合预处理稻草对其化学组成以及糖化效果的影响,并与传统酸预处理法的效果进行了对比。结果表明,与未经处理的稻草相比,经酸-超声波处理的稻草其半纤维素、木质素含量最高分别减少了64．46％、62．19％,纤维素含量最高则上升了73．20％,而酸处理的稻草相应数值只能达到56．72％、59．90％及53．41％。同时分别对两种方法的稻草糖化的工艺条件通过正交试验进行了优化,得出两种方法的稻草最佳糖化条件均为：pH值为4．8,温度为45℃,酶浓度为20mg·g-1。在该条件下,对于酸一超声波预处理稻草,在糖化108h以后还原糖浓度稳定并达到最大值26．4g·L-1,而对于酸预处理稻草,在糖化120h以后还原糖浓度才稳定并达到最大值26．2g·L-1,且前者能比后者产生更多的葡萄糖以及更少的木糖,更有利于提高后续酒精发酵的效率。     

响应面法优化酸水解稻秆制木糖的工艺参数

为了提高稀硫酸水解稻秆制木糖的收率,采用响应面法对稀硫酸水解稻秆制木糖的关键参数进行了优化研究,建立了木糖收率的二次多项式数学模型,并分析模型的有效性与因子间的交互作用。结果表明,3个因素对木糖收率的影响大小依次为酸浓度（质量分数）＞温度＞时间;稀硫酸水解稻秆制木糖的最佳工艺参数为：酸质量分数1.52%、温度121℃和时间为56 min。在此条件下,木糖的最高收率为78.12%。在最佳工艺条件下得到实验结果与模型预测值很吻合,说明所建立的模型是切实可行的。     

两种钢渣源调理剂对水稻生长及氮磷钾吸收量的影响

钢渣富含硅、钙等养分,是优良的土壤调理剂原料,但其肥效和合理施用量在很大程度上取决于钢渣的养分含量和组分,本研究选取白色钢渣调理剂(W)和黄色钢渣调理剂(Y)2种性质不同的钢渣调理剂,通过盆栽试验研究其不同施用量(W调理剂0.74、1.47、2.94、5.88 g·kg~(-1)和11.76 g·kg~(-1);Y调理剂1.47、2.94、5.88、11.76 g·kg~(-1)和23.52 g·kg~(-1))对水稻生长的影响。研究结果表明,与单施NPK相比,添加W调理剂对水稻生长无显著促进作用,而Y调理剂施用量为11.76 g·kg~(-1)和23.52 g·kg~(-1)时可提高晚稻籽粒产量20%,且当Y调理剂施用量为5.88~23.52 g·kg~(-1)时显著提高晚稻秸秆产量24.02%~35.23%。施用Y调理剂促进了晚稻对氮、磷、钾素的吸收,提高幅度分别为12.61%~21.55%、7.63%~38.31%、11.89%~54.13%。综合结果表明,在弱酸性水稻土(pH 6.51)上,添加W钢渣源调理剂未促进水稻生长,而施用Y调理剂对晚稻生长和氮磷钾养分吸收具有一定的促进作用。     

纤维乙醇工艺中酸处理稻秸秆反应条件的优化

以木糖含量为指标,在稀酸处理条件中时间、浓度和液固比影响试验结果的基础上,采用二次回归正交设计优化稀酸处理的条件,建立稀酸处理3因素与木糖含量之间的回归方程关系式,通过验证得到方差分析具有显著性。同时得到各因素的主次因素顺序：时间（x1）＞液固比（x2）＞浓度（x3）。并通过回归方程求解得到的稀酸处理秸秆条的最佳工艺参数为：反应时间2 h,稀酸体积分数4.1%、液固比22︰1,此条件下可以求得较为稳定的木糖质量浓度为0.332 g/L。研究中通过采用二次回归正交设计方法,较大程度地减少了试验次数和优化工艺条件,从而为试验研究提供了一定的依据。此外,该试验研究结果表明3因素交互项对试验结果影响不显著,但反应时间和稀酸浓度2因素的水平选择上有待调整。     

生物质炭和氮肥配施对菠菜产量和硝酸盐含量的影响

施用生物质炭是提高作物产量和氮肥利用效率的潜在有效措施。以菠菜为供试作物开展盆栽试验,研究了生物质炭与氮肥配施对菠菜产量、组织中硝酸盐含量及养分（氮磷钾）含量的影响。生物质炭设3个水平：C0（0g·kg-1）、C5（5g·kg-1）和C10（10g·kg-1）,氮素3个水平分别为N0（0mg·kg-1）、N1（90mg·kg-1）和N2（120mg·kg-1）。试验结果表明,在N0和N1水平下,施用生物质炭显著提高了菠菜产量,增幅为16.6%～57.3%,而在N2水平下,生物质炭对菠菜产量无显著影响（P〉0.05）。同时,在N1水平下,与C0处理相比,C5和C10处理菠菜组织中硝酸盐含量分别增加了198.7%和233.4%;而在N2水平下,C5和C10处理的硝酸盐增幅分别为8.8%和46.3%。在不同氮素水平下,生物质炭的施用增加了菠菜对氮和钾的吸收,而对磷素吸收的影响不明显。总之,生物质炭与氮肥配施可以提高菠菜产量,明显增加氮肥当季利用效率。     

秸秆覆盖旱作对稻田甲烷排放和水稻产量的影响

为较全面评价秸秆覆盖旱作水稻栽培模式的生态意义,采用田间试验研究了常规淹水（F）、秸秆覆盖旱作（NF-M）和无覆盖旱作（NF-ZM）3种栽培模式稻田甲烷排放、水稻产量及土壤养分的变化规律。结果表明：3种水稻栽培模式的甲烷排放均集中在水稻生育期的前20d;在水稻生育期内,秸秆覆盖旱作稻田甲烷的排放总量为11.12g·m^-2,显著高于常规淹水稻田的7.78g·m^-2和无覆盖旱作稻田的4.23g·m^-2。秸秆覆盖旱作稻田的水稻产量为8.60t·hm^-2,与常规淹水处理没有显著差异,但二者均显著高于无秸秆覆盖旱作处理的6.78t·hm^-2;与常规淹水处理相比,秸秆覆盖旱作还可以提高水稻单株生物量10g以上。秸秆覆盖旱作还可以显著提高稻田表层土壤有机质含量,维持和改善表层土壤养分状况,对实现农业可持续性有重要意义。因此,在水资源缺乏地区,秸秆覆盖旱作是一种值得考虑的替代传统淹水栽培的水稻栽培模式,同时秸秆覆盖旱作还田也是一种值得推广的稻田秸秆管理技术。     

长期施肥下新疆灰漠土有机碳及作物产量演变

为明确长期不同施肥下新疆灰漠土有机碳和作物产量演变特征,依托始于1990年的灰漠土肥力长期定位监测试验,选择对照(CK,不施肥)、施氮磷肥(NP)、氮磷钾平衡施肥(NPK)、氮磷钾配合常量有机肥(NPKM)、氮磷钾配合高量有机肥(h NPKM,有机肥施用量为NPKM的2倍)、氮磷钾配合秸秆还田(NPKS)6个处理,分析不同处理下土壤有机碳和小麦、玉米产量演变特征,探讨碳投入及有机碳与作物产量的关系。结果表明:1)长期耗竭种植(CK)、连续施用NP或NPK肥,灰漠土有机碳含量持续下降,年均下降速率分别为0.094 g·kg~(-1)、0.043 g·kg~(-1)和0.053 g·kg~(-1),表明施化肥(NP、NPK)不能维持土壤有机碳含量,不利于土壤肥力的保持。NPKM和h NPKM处理,土壤有机碳显著增加,年均增加0.360 g·kg~(-1)和0.575 g·kg~(-1),增施有机肥是快速提高灰漠土肥力的重要措施。秸秆还田处理(NKPS),土壤有机碳年均增幅0.006 g·kg~(-1),与NPK处理对比,秸秆还田虽没有大幅度提高土壤有机碳,但维持了土壤肥力。2)较CK,长期化肥有机肥配施(NPKM、h NPKM)显著增加了作物产量(P0.05)。与NP和NPK比较,长期化肥有机肥配施显著提高了小麦产量(P0.05),但玉米产量与施化肥处理差异不显著(P0.05),玉米产量以平衡施肥(NPK)的增幅最高,达到220 kg·hm~(-2)·a~(-1)。小麦的产量变异系数(29.1%~43.9%)高于玉米产量变异(19.0%~32.7%)。化肥配合秸秆还田(NPKS)处理的小麦增产幅度与高量施用有机肥(h NPKM)处理接近,喻示了秸秆还田对作物增产的作用不可忽视。3)碳投入与土壤有机碳和小麦、玉米产量有显著线性正相关(P0.05)。基于以上分析,在干旱区灰漠土增加土壤碳投入(有机肥或秸秆)仍然是最基本的土壤培肥措施。     

炭输入及生化调控对设施菜田土壤N_2O排放的影响

本研究以河北永清蔬菜基地设施菜田土壤为研究对象,控制温度(25±1)℃和土壤含水量(70%WFPS),采用静态培养方法,通过监测培养期间土壤N_2O排放通量、无机氮含量及土壤中酶活性的变化情况,研究炭输入及生化调控对设施菜田N_2O排放及氮素转化的影响。结果表明,土壤添加尿素后,N_2O排放峰值达到644.11μg N·kg~(-1)·d~(-1),添加双氰胺(DCD)和石灰氮(CaCN_2)的土壤N_2O排放峰值分别为101.47μg N·kg~(-1)·d~(-1)和36.74μg N·kg~(-1)·d~(-1),对于N_2O减排效果好,且能有效抑制亚硝态氮的产生;施用控释尿素、添加黑炭或有机肥能减少N_2O排放,而添加石灰氮闷棚显著增加了N_2O排放。控释尿素、秸秆、黑炭、DCD和CaCN_2均对铵态氮向硝态氮的转化有一定抑制作用,施加石灰氮或有机肥有助于减少硝态氮向亚硝态氮的转化。相关分析表明,土壤中硝态氮和亚硝态氮含量增加,有助于反硝化过程的进行,增加了N_2O排放的风险。