纤维素原料在不同预处理体系中的多维表征

为了研究不同纤维素原料在液氨预处理(LAT)和过氧化氢液氨联合预处理(HP-LAT)下的酶解率及酶解率差异的原因。以芒、杨木、玉米秸秆和竹子四种植物为纤维素原料,分别进行LAT预处理(预处理温度:130℃,驻留时间:10min,固液比:4:3,氨用量比:2.0)及HP-LAT预处理(预处理温度:130℃,驻留时间:10min,固液比:4:3,氨用量比:2.0,过氧化氢用量比:5:3),酶解预处理产物,测其酶解率,并对各类产物进行红外光谱分析。通过实验发现,芒在经过HP-LAT预处理后,酶解率最高(葡聚糖酶解率:85.15%,木聚糖酶解率:85.73%)。由红外光谱图以及超景深显微分析可知在这3种预处理条件中,HP-LAT预处理对木质纤维素内部键、基团的破坏程度最好,最有利于酶解;在这4种木质素原料中,在相同实验条件下,芒内部的键、基团破坏情况最有利于酶解。     

大蒜物理力学特性的试验研究

为了解决大蒜机械化收获中的设计参数和理化性能指标之间的关系,为今后研制大蒜机械化收获装备提供基础的理论参考依据,采用农业田间调查统计的方法对大蒜的物理性能指标进行了统计,包括质量、高度和直径等;然后以大蒜的理化性能指标为前提,研究分析了大蒜蒜株的起拔力和大蒜理化性能指标之间的相关关系,为合理的设计收获工艺方案提供了相关的理论参考.     

基于模糊PID的丘陵山地灌溉控制系统设计

针对传统丘陵山地农业灌溉通常采用人工控制电磁阀进行灌溉所出现的水资源浪费、人工成本高等问题,设计了一套基于模糊控制和PID控制的丘陵山地农作物自动灌溉控制系统,将PID控制的稳定性和模糊控制的适应性相结合来控制灌溉时长。通过Simulink搭建的丘陵山地灌溉系统,分别用常规PID和模糊PID来控制该系统进行仿真实验。结果表明：模糊PID控制下的系统相比于常规PID控制,超调量和调节时间都明显降低,具有更高的稳定性、适应性和调节性能,可以用于丘陵山地农业自动灌溉系统中。     

液氨过氧化氢联合预处理对玉米芯酶解的影响

为提高木质纤维原料可发酵单糖的酶解转化率,采用液氨过氧化氢联合预处理(H-LAT)玉米芯,研究了温度与过氧化氢用量比对玉米芯固体回收率、化学成分及聚糖酶解转化率的影响,并采用X射线衍射图谱和红外光谱对玉米芯H-LAT预处理前后的纤维结构特性进行了分析。结果表明:H-LAT预处理能有效地去除玉米芯中的木质素并能保留绝大部分碳水化合物;在最优的预处理条件下,添加纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶组成的复合酶系酶解72 h,玉米芯糖化率达85.0%,1 000 g干基玉米芯可获得可发酵单糖593.1 g,是未处理的3.53倍;X射线衍射表明,经H-LAT预处理后玉米芯结晶区与无定形区同步下降;红外光谱分析表明,H-LAT预处理能打破纤维素的氢键连接,破坏木质素-碳水化合物复合体内部的酯键连接,同时使残留木质素分子结构受到一定的破环,这些变化有效地降低了玉米芯的抗水解屏障,是酶解率提高的根本原因。     

液氨预处理工艺对五节芒酶解糖化效果的影响

为提高五节芒可发酵单糖的产量,采用液氨对其进行预处理。选用预处理温度T、五节芒含水率M、驻留时间t和液氨用量比k为变量因素,在试验范围内T(70~170℃)、M(20%~200%)、t(5~30 min)、k(0.5~5.0)通过对各因素的不同取值,分析上述因素对五节芒酶解效果的影响。结果表明:在T=130℃、M=80%、t=10 min、k=2.0的条件下预处理,五节芒72 h的葡聚糖和木聚糖酶解率分别为72.1%和82.5%,即100 g干基原材料可获得可发酵单糖55.8 g,是未经预处理样品酶解率的3.65倍。因此,液氨预处理能够有效促进五节芒的酶解单糖转化率。     

液氨预处理对农作物秸秆化学结构及酶解效果的影响

  目的  探索液氨预处理(liquid ammonia treatment，LAT)对生物质原料水解顽抗性和纤维素类生物质酶解效率的影响。  方法  采用LAT法对小麦Triticum aestivum秸秆(以下称麦秸秆)、高粱Sorghum bicolor秸秆、苜蓿Lotus corniculatus草及三者混合物(质量比为1∶1∶1)进行预处理，利用热重分析仪、傅里叶变化红外光谱仪、X-射线衍射仪和扫描电镜等对其预处理前后的化学结构变化进行表征，研究预处理温度和酶解时间对4种原料中葡聚糖和木聚糖的酶解转化率的影响。  结果  LAT预处理对生物质原料的化学结构影响显著。经LAT预处理后，葡聚糖、木聚糖和阿拉伯糖等化学组分的相对含量降低；氧(O)和氢(H)元素的相对含量降低，部分含氢(H)、氧(O)元素的官能团发生脱落；结晶度出现小幅下降，生物质表面孔隙结构增多，酶在生物质化学结构上的可及度增加。麦秸秆和混合物的最佳预处理温度为90 ℃，苜蓿草和高粱秸秆的最佳预处理温度为110 ℃；随酶解时间延长，4种原料中葡聚糖和木聚糖的酶解率都增加；葡聚糖的最大酶解率从大到小为麦秸秆、混合物、高粱秸秆、苜蓿草，木聚糖的最大酶解率从大到小依次为高粱秸秆、麦秸秆、混合物、苜蓿草。  结论  LAT预处理可以提高木质纤维素生物质尤其是麦秸秆和高粱秸秆的酶解效率。图8表2参24     

液氨和过氧化氢预处理对稻草酶解效果的影响机制

稻草是一种重要的木质纤维素资源,可以作为纤维素乙醇转化的原料。该试验通过高温过氧化氢(高温HP)、低温过氧化氢(低温HP)和液氨预处理(liquid ammonia treatment,LAT)3种预处理方式来克服生物质原料的酶解顽抗性,促进稻草酶解转化为可发酵单糖。对预处理后的稻草进行酶解试验,利用高效液相色谱法(highperformanceliquid chromatography,HPLC)定量测定了酶解液中的单糖含量,通过酶解转化率和单糖产量对预处理效果进行了分析比较。试验结果表明高温HP、低温HP和LAT 3种预处理方式均有效提升酶解率,其中LAT预处理的酶解促进作用效果最佳,高温HP预处理次之。稻草在120℃、预处理时间为60 min、30%H2O2水溶液与原料质量比为0.75∶1的高温HP预处理下,在纤维素酶添加量为15U/g时葡聚糖和木聚糖的酶解率分别为61.55%和47.82%,每千克干基稻草原料经144h酶解可生产单糖334.5 g。稻草在90℃、含水率60%、驻留时间为5 min、液氨与原料比例为1∶1的LAT预处理下,在纤维素酶添加量为15 U/g时,葡聚糖和木聚糖的72 h酶解率分别为88.62%和79.29%,每千克干基稻草原料经144 h酶解可生产单糖554.1 g,是未处理原料的2.9倍,总糖回收率达到90%。综上所述,LAT预处理稻草的酶解率显著高于其他单一预处理方法,该研究结果可为稻草制取燃料乙醇提供基础数据。