生态因子对玉米秸秆降解特性影响研究

以玉米秸秆为底物进行了试验,考察了秸秆降解条件,包括温度、预处理、干物质浓度与碳氮比等对纤维素降解率的影响,结果表明:经预处理的玉米秸秆在设定温度的培养箱中培养,其纤维素均进行了降解,利用响应曲面法对实验降解条件进行优化,得到最佳的玉米秸秆降解条件为35℃、干物质浓度12%、碱处理、碳氮比20:1,纤维素降解率可达66.54%。     

木薯秸秆化学成分与应用分析

为合理开发利用木薯秸秆,扩大造纸及纤维板生产原料来源,就其化学成分及应用进行研究,结果表明:4年生木薯秸秆的纤维素含量(44.70%~49.74%)和木质素含量(27.06%~27.45%)与9年尾叶桉、18年火炬松相当,热水抽提物含量(9.58%~17.90%)是这两种木材的2~4倍;1年生木薯秸秆的纤维素含量(34.37%)低于棉秸秆、烟秸秆和豆秸秆,木质素含量(36.25%)和热水抽提物含量(24.94%)高于这些农作物秸秆;采用木薯秸秆制浆时应注意溶出物对生产的影响;1年生木薯秸秆木质部粗蛋白5.46%、钙0.33%、粗脂肪0.11%,髓心粗蛋白1.49%、钙1.09%、粗脂肪0.32%;木薯秸秆收集和贮存时应重视防腐和防虫。     

稀酸预处理改善玉米秸秆酶水解性能的机制探讨

为了探讨在稀酸预处理提高玉米秸秆在纤维素酶酶解阶段提高纤维素转化率的机制,利用一系列的检测方法:FT-IR、XRD、SEM和比表面积分析仪分析了预处理前后玉米秸秆在形态学和物理化学性质方面的变化.在经过稀酸预处理后的玉米秸秆在纤维素酶酶解阶段其纤维素转化率有较大的提高,经过170℃,60 min,固液比1∶15(g∶mL),1.00 g/mL酸质量浓度的条件预处理后,从31.88％提高到95.74％.XRD结果显示预处理后玉米秸秆的结晶度有所增加,从原料的37.8％增加到58.7％,但是当预处理强度增加到一定程度后,结晶度没有较大的变化,基本维持在58％.玉米秸秆的表面结构在稀酸预处理后,原来的光滑表面变得粗糙、多孔,这样的表面有利于纤维素酶与玉米秸秆的接触,预处理后玉米秸秆的比表面积有很大程度的增加,经过170℃,60 min,固液比1∶15,1.00g/mL酸质量浓度的条件预处理后,玉米秸秆的比表面积从0.329 m2/g增加到2.878 m2/g,这都有利于改善纤维素酶对纤维素的作用,增加纤维素转化率.     

2种农作物秸秆纤维细胞壁的纳米力学性能

利用纳米压痕仪对2种农作物秸秆纤维细胞壁的纳米力学性能进行研究.结果表明:麦秸纤维细胞壁纵向弹性模量高于稻秸纤维细胞壁纵向弹性模量,其数值分别为20.8和19.4 GPa;2种秸秆纤维细胞壁硬度数值分别为0.65和0.50 GPa.在纳米尺度下,秸秆纤维细胞壁纵向弹性模量低于多数阔叶树材,但高于针叶树材和再生纤维素纤维,其细胞壁硬度的平均值高于木材及再生纤维素纤维.     

稀酸预处理玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物的来源探究

针对己糖(葡萄糖)、戊糖(木糖)共发酵产纤维素乙醇抑制物控制的关键性瓶颈,分别以玉米秸秆及玉米秸秆中非木质素的4类组分纤维素、半纤维素、热水提取物和乙醇提取物为原料,并以0.75%稀硫酸和180℃预处理40 min得到5种稀酸预处理液。以60 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源,分别添加上述稀酸预处理液,比较了5种预处理液对休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)共发酵产乙醇的影响,并探究主要抑制物来源。结果表明:133 g/L全玉米秸秆稀酸预处理的降解物会完全抑制C.shehatae糖代谢和共发酵。在玉米秸秆稀酸预处理过程中,4类非木质素组分降解物均会导致乙醇得率下降,其中100 g/L纤维素降解物完全抑制木糖的发酵,半纤维素降解物同时抑制葡萄糖和木糖的发酵,甚至对酵母产生致死毒性,热水提取物和乙醇提取物降解物延滞糖利用和酵母生长。玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物主要来自于纤维素和半纤维素在稀酸预处理中的降解反应,主要为甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛,同时还存在着其他降解产物的毒性或协同毒性。     

基于等转化率法的芒草和玉米秸秆热解特性及动力学研究

利用热重分析仪对芒草和玉米秸秆在不同升温速率(5、10、20和40℃/min)下的热解特性进行了研究,并采用Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)、Starink和Ozawa等转化率法研究了其热解动力学特性。结果表明:芒草和玉米秸秆热解过程可分为干燥失水、过渡、主热解和炭化4个阶段;随着升温速率增加,热解各阶段均向高温侧移动,失重率增加,表明升温速率增加可促进热解反应的进行。动力学计算结果表明:3种方法拟合的相关系数均大于0.9,且芒草的相关系数大于玉米秸秆;芒草的活化能,KAS和Starink法计算得到的结果很接近,Ozawa法较低;而玉米秸秆的活化能,Ozawa法得到的最高,Starink法居中,KAS法最低。在整个热解过程中,3种方法求得的芒草的活化能随转化率升高波动明显,表明芒草热解过程发生了一系列复杂的化学反应;转化率为0.1~0.3、0.3~0.7及0.7~0.8时,分别对应半纤维素、纤维素及木质素的主热解阶段,这表明芒草三组分热解难易程度为木质素纤维素半纤维素。而玉米秸秆则不太一样,转化率为0.1~0.4时,玉米秸秆活化能急剧增加;转化率为0.4~0.8时,玉米秸秆活化能缓慢下降直至平稳。     

秸杆中半纤维素的结构及分离新方法综述

主要介绍了秸秆中半纤维素与木质素,纤维素和蛋白质之间的化学连接方式,以及碱抽提、碱性过氧化氢抽提和辅助碱抽提等3种新型半纤维素分离方法,综述了近年来农作物秸秆半纤维素分离方法的研究新进展.     

聚乙二醇改善玉米秸秆酸爆渣酶解性能的机制探讨

以玉米秸秆酸爆渣为研究对象,通过物料组成、比表面积和元素组成分析酶解原料的理化特性,研究了聚乙二醇(PEG4000)对玉米秸秆酸爆渣酶解的辅助效果以及作用机理,并利用FT-IR和SEM分析了酸爆玉米秸秆酶解前后的结构变化。结果表明,木质素含量较高的酸爆玉米秸秆具有较大的比表面积,酶解效率较高,在纤维素酶用量15 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量30 U/g,纤维素质量浓度50g/L条件下水解24 h,葡萄糖得率可达76.4%,PEG4000的添加可以使葡萄糖得率达到82.6%,提高8.1%。对酶解上清液的分析表明,PEG4000改善玉米秸秆酸爆渣酶解性能的作用机制在于其能够有效地与酸爆渣结合,减少酶在酸爆渣上的无效吸附。PEG4000的添加使上清液中可溶性蛋白、滤纸酶活和β-葡萄糖苷酶活分别上升了15.0%、112.5%和24.8%。FT-IR和SEM分析显示玉米秸秆酸爆渣为纤维素类物质,晶型以纤维素II型为主,且加入PEG辅助酶解导致纤维结构几乎完全坍塌,残余物表现出无规则的块状结构。     

生物燃料的主要作物及市场分析

目前,国际流行的淀粉质产品制造乙醇技术分为三类：一是使用玉米或者小麦等粮食作物;二是用红薯、木薯、甜高梁等非主粮等;第三类则是农作物秸秆、林业加工废料、甘蔗渣及城市垃圾中所含的废弃生物生产,统称为纤维素。三种技术中,最为成熟的是玉米、小麦和甘蔗为代表的乙醇生产技术,巴西和美国已经有大规模的制造基地。     

姬菇对稻草中木质素的生物降解

我国是一个农业大国,年产各类农作物秸秆达5.7亿t,占世界总产量的20%～30%[1].稻草秸秆的主要成分为粗纤维,包括纤维素、半纤维素、木质素,其中木质素含量达15%～25%.木质素的非水溶性、化学结构的复杂性,导致其难降解[2],并极大限制了稻草的利用.     

4种木质纤维素预处理方法的比较

采用4种方法对玉米秸秆预处理,研究了不同预处理方法对酶水解性能和可发酵性糖得率的影响,分析了预处理物料主要成分,预水解液中糖组成、碳水化合物降解产物及木质素降解产物含量.100 g玉米秸秆经稀酸、稀酸磨浆、中性蒸汽爆破和稀酸蒸汽爆破预处理、洗涤后,物料中纤维素由37.17g分别降为33.96、33.54、32.63和32.88 g,木聚糖由22.84 g分别降为2.77、2.47、3.56和2.05 g,木质素由18.76 g分别降为17.63、17.42、16.90和17.25 g.稀酸蒸汽爆破预处理物料在底物质量浓度100 g/L、纤维素酶用量20 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量3 IU/g下酶水解48 h,纤维素水解得率为75.91％.玉米秸秆经稀酸蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解后可发酵性糖得率为44.93％(以玉米秸秆为基准).     

几种纤维素酶制剂水解和吸附性能的研究

比较了商品纤维素酶和自产纤维素酶在蛋白组分及蛋白组分含量上存在的差异。商品纤维素酶水解稀酸预处理和蒸汽爆破预处理的玉米秸秆,其水解得率均低于自产纤维素酶。以蒸汽爆破的玉米秸秆为碳源制备纤维素酶,添加外源8 IU/g(以纤维素计)的β-葡萄糖苷酶,水解蒸汽爆破的玉米秸秆48 h,纤维素水解得率为90.08%;水解液中纤维二糖的质量浓度从17.06 g/L降低到1.12 g/L,相应葡萄糖质量浓度从21.09 g/L提高到44.01 g/L,可发酵性糖从55.28%提高到97.52%。微晶纤维素对商品酶和自产酶的吸附在30 m in达到平衡,且符合Langmu ir等温吸附方程;由Langmu ir常数分析得知两类酶均来自里氏木霉,且对微晶纤维素的亲和力相差不大。     

NaOH改性玉米秸秆强化尾水脱氮特性研究

对玉米秸秆进行NaOH改性,初步揭示了NaOH改性对玉米秸秆的作用机制,以期为玉米秸秆用于强化污水厂尾水反硝化脱氮提供理论依据。研究了NaOH用量对预处理前后释碳规律和红外光谱特征的影响,确定了适宜的预处理碱浓度;并进一步对NaOH预处理后的玉米秸秆生物质碳源进行物质组成、微观结构和脱氮效果研究。结果表明,NaOH预处理能够有效提高有机质释放量。红外光谱(FT-IR)结果表明当碱液质量分数达到2%时,纤维素分子间发生有序性重排,结晶度增加。玉米秸秆经过质量分数为2%的NaOH预处理后,其木质素被破坏,内部半纤维素含量减少,同时杂质和灰分也被有效去除,纤维素含量的占比提高了12%。NaOH预处理不但可以破坏小分子环烃的环状结构,同时也能提高基质表层附着力,投加NaOH改性玉米秸秆生物质的系统在1 h内硝酸盐氮脱除率达到71.8%,48 h后几乎全部脱除。NaOH改性玉米秸秆有效提高了系统脱氮效率,并且具备尾水处理附加成本低、环境友好等优势。因此,经NaOH改性后的玉米秸秆是一种适宜的尾水脱氮外加生物质碳源。     

海莲子秸秆材性的研究

通过对海蓬子秸秆显微观察表明,海蓬子秸秆结构为散孔。导管单穿孔,导管壁纹孔为具缘纹孔;薄壁组织稀少,几乎不见。木纤维壁薄,为韧型纤维;对海蓬子秸秆化学组成成分分析表明,海蓬子的化学成分与木材相似,主要是纤维素、半纤维素和木质素;秸秆综纤维素含量为57.21%,木质素含量为20.11%,灰分含量为6.27%。由电子自旋共振仪测得,海蓬子秸秆碎料的自由基浓度高于海蓬子秸秆的自由基浓度。经粉碎后,海蓬子秸秆形态变小,自由基浓度增加,更利于提高其胶合强度。傅立叶红外光谱分析表明,海蓬子秸秆结构中含-CH_3、-CH_2、-OH及-C=O等官能团,经粉碎后,羟基缔合程度有所降低,游离羟基数目有所增加;表面自由能的测定表明,海蓬子碎料的表面自由能约为26.4ml/m~2,远低于木材,但是高于稻草。     

水稻秸秆降解优良放线菌的筛选和鉴定

利用纤维素琼脂选择培养基和刚果红染色方法,从常年堆放的水稻秸秆垛下面的新鲜土壤及腐烂秸秆中筛选分离获得一株具有较高纤维素酶活菌株,经培养特征观察和16S rRNA 序列分析鉴定为链霉菌C-5.该菌株同时具有一定的漆酶、过氧化物酶、木聚糖酶和果胶酶活性,并且能在30d内使水稻秸秆的干物质失重率达72%以上,具有很好的水稻秸秆降解能力,对提高水稻秸秆的资源利用率有良好的应用前景.     

秸杆中半纤的维素结构及分离新方法综述

主要介绍了秸秆中半纤维素与木质素，纤维素和蛋白质之间的化学连接方式，以及碱抽提、碱性过氧化氢抽提和辅助碱抽提等3种新型半纤维素分离方法，综述了近年来农作物秸秆半纤维素分离方法的研究新进展。     

玉米秸秆组分分离预处理方法的研究进展

我国玉米秸秆产量较高,但利用率不到总产量的1/3。玉米秸秆作为可再生资源,经加工后可用作生物质能源,替代部分化石能源,缓解不可再生资源的短缺。玉米秸秆的高值化利用已引起众多研究者的关注。阐述了玉米秸秆常用的预处理方法,针对单一方法在预处理过程中存在的局限性,提出将各种预处理方法相互结合,对玉米秸秆预处理方法进行改进,使纤维素、半纤维素和木质素得以分离和提取,以期对后续玉米秸秆的高值化利用提供借鉴。     

联合预处理方法对玉米秸秆厌氧消化产气的 影响研究进展

我国玉米（Zea mays）秸秆年产量居世界之首,具有来源广、产量高的特点。厌氧消化产气是 玉米秸秆高效利用的重要途径之一。玉米秸秆主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素,其复杂的三维 网络结构对其厌氧发酵产生极大的阻碍作用,导致产期周期长、产气量和生物降解率偏低等问题。为了 提高玉米秸秆的消化率,首先需要通过一定的预处理技术高效破坏其紧密结构,从而提高玉米秸秆的生 物再利用性。目前,秸秆的预处理方法有物理预处理、化学预处理、生物预处理以及联合预处理方法等。 文章在简单介绍玉米秸秆主要成分及含量的基础上,概述了当前玉米秸秆联合预处理方法,并分析了其 对玉米秸秆厌氧消化产气的影响。     

稀酸预处理对玉米秸秆中4类非木质素组分的降解规律研究

分离制取玉米秸秆中非木质素类的4类组分纤维素、半纤维素、热水提取物和乙醇提取物,采用高效液相色谱研究其在稀硫酸预处理过程中主要水溶性降解产物的生成规律。其中,纤维素降解生成葡萄糖、甲酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛;半纤维素降解生成木糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、乙酸和糠醛;热水提取物降解生成葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛;乙醇提取物降解生成少量的葡萄糖、木糖、乙酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛。抑制物甲酸、乙酰丙酸和5-羟甲基糠醛主要来自纤维素,乙酸和糠醛来自半纤维素,产量可分别为1.4%、2.7%、2.2%、3.1%和7.8%(以玉米秸秆计)。硫酸质量分数是影响乙酸产量的主要工艺因素,而反应温度是影响甲酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛产量的主要工艺因素。     

联合预处理方法对玉米秸秆厌氧消化产气的影响研究进展

我国玉米(Zea mays)秸秆年产量居世界之首,具有来源广、产量高的特点。厌氧消化产气是玉米秸秆高效利用的重要途径之一。玉米秸秆主要成分包括纤维素、半纤维素和木质素,其复杂的三维网络结构对其厌氧发酵产生极大的阻碍作用,导致产期周期长、产气量和生物降解率偏低等问题。为了提高玉米秸秆的消化率,首先需要通过一定的预处理技术高效破坏其紧密结构,从而提高玉米秸秆的生物再利用性。目前,秸秆的预处理方法有物理预处理、化学预处理、生物预处理以及联合预处理方法等。文章在简单介绍玉米秸秆主要成分及含量的基础上,概述了当前玉米秸秆联合预处理方法,并分析了其对玉米秸秆厌氧消化产气的影响。