碱处理法降解甘草渣中木质素、纤维素和半纤维素工艺研究

为了确定碱处理法降解甘草渣中木质素、纤维素和半纤维素的最优工艺条件,以促进甘草渣饲料化研究进程,试验以氢氧化钠(Na OH)和尿素为裂解剂,通过单因素试验和正交试验研究了处理时间、裂解剂用量、料液比和反应温度四种条件对甘草渣中木质素、纤维素和半纤维素的降解效果。结果表明:在处理时间为3 d、裂解剂比例(Na OH与尿素比例)为5∶5、料液比为1∶12、反应温度为45℃的条件下木质素降解率可达23. 076 9%,纤维素降解率可达41. 059 3%,半纤维素降解率可达75. 176 6%,在此条件下糖含量增加了1 918. 37倍。说明采用碱处理法处理甘草渣中木质素、纤维素和半纤维素具有较高的降解率,同时可有效提高糖含量。     

一年生黑麦草制取燃料乙醇预处理工艺的初步研究

以一年生黑麦草Lolium multifolorum邦德(Abundant)为材料,进行了燃料乙醇转化的预处理工艺研究。研究结果表明,硫酸预处理的最优条件为：温度120 ℃,时间2 h,硫酸质量分数1%,粒度20～40 目,液固比8∶1,其中温度是最主要的影响因素。氢氧化钠预处理的最优条件为温度100 ℃,时间2 h,氢氧化钠质量分数为10 %,液固比6∶1,粒度20～40目,其中温度也是最主要的影响因素。硫酸预处理可以有效去除半纤维(91.6 %)和纯化纤维素 (60.1 %)。氢氧化钠预处理可以有效去除木质素(64.2 %),为进一步酶解奠定基础。     

白腐真菌预处理对柳枝稷降解的影响

试验用黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)、乳白耙菌(Irpex lacteus)、虫拟蜡菌(Ceriporiopsis subvermispora)3种白腐真菌及其混合菌对柳枝稷进行预处理,研究白腐真菌种类、时间、温度、水分、菌液量对柳枝稷降解的影响,为柳枝稷的生物预处理及利用提供理论依据。结果表明:黄孢原毛平革菌、乳白耙菌和虫拟蜡菌两两之间均无拮抗反应,可以相互混合生长;当温度为28°C,加水5mL,菌液量为1mL时,混合真菌对木质素的降解与单一白腐真菌相比并没有优势,在3种白腐真菌中,乳白耙菌效果最好,几乎不降解纤维素,并且在第20天时木质素降解率达到最高为36.63%;当改变条件时,发现温度为28°C,水分为5mL,菌液量为3mL是乳白耙菌对柳枝稷进行预处理20d效果最好的条件,此时木质素降解率最高为63.45%,半纤维素降解率为24.82%,而纤维素和空白组差异不显著。因此,在三种白腐真菌中,乳白耙菌对柳枝稷的预处理效果最好,木质素降解率最高,半纤维素略有降解,而且几乎不降解纤维素。     

白腐真菌及其木质素酶的研究进展

白腐真菌是一种作用于木质类结构,专门用于降解木质素、纤维素、半纤维等多糖类物质的真菌,在现代轻工业中的作用非常重要。近年来关于白腐真菌的研究逐渐增多,主要集中在3个方面:①白腐真菌的发酵培养;②白腐真菌降解的机理;③白腐真菌酶的研究。1白腐真菌的作用木质素是植物的重要组成成分之一,它是填充在细胞间和细胞壁的结构成分,占细胞结构的15%～30%。秸秆中的非水溶性木质纤维素很难被酸和酶水解,主要是因为纤维素的结晶度、聚合度以及环绕着纤维素与半纤维素缔合的木质素鞘所致。木质素与半纤维素以共价键形式结合,将纤维素分子包埋…     

白腐真菌对稻草木质纤维素的降解试验

农作物秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素是世界上最丰富的碳水化合物资源,其中纤维素和半纤维素能够被草食动物瘤胃微生物降解利用,但由于木质素与纤维素和半纤维素紧密结合,镶嵌形成酯键,从而阻碍了瘤胃微生物及单胃动物对秸秆中纤维素和半纤维素的利用,因此提高秸秆消化率的关键是对木质素的降解。如何利用微生物降解木质纤维素,生物学家进行了大量的研究,尤其在瘤胃微生物方面的研究,取得了重大进展。1971年Kirk.T.K发现某些真菌有降解木质素的能力,尤其是白腐真菌能彻底降解天然植物中的纤维素和木质素复合物,氧化成二氧化碳和水,这引起国际科学界和工业界的极大兴趣。     

白腐菌降解甘草渣木质素及综纤维素工艺研究

为了优选白腐菌降解甘草渣中木质素及综纤维素的工艺条件并为制备功能饲料奠定基础,试验采用单因素和L_9(3~4)正交试验方法,以木质素和综纤维素降解率为衡量指标,优选温度、处理时间、初始pH值和含水量的最佳降解工艺条件组合。结果表明:在温度为30℃、处理时间为18 d、初始pH值为4.5、含水量为85%的试验条件下,甘草渣木质素、纤维素及半纤维素降解率可达到31.23%、39.57%、40.68%。说明白腐菌具有较高的木质素和综纤维素降解率,并可以有效提高甘草渣中黄酮、多糖和甘草酸的含量,具有转变为功能饲料的优势与潜能。     

三种预处理方法对多年生王草的酶解产糖效果研究

以高产多年生牧草王草为材料,比较常温稀碱法、微波辅助稀碱法、超声辅助稀碱法三种预处理方法对王草的酶解产糖效果的影响。结果表明:常温稀碱法处理的条件为NaOH浓度3%(w/v),固液比1∶15(w/v),处理时间36h,王草的酶解还原糖产量是406.98mg/g,超声辅助法糖产量最高可比常温稀碱法提高24.65%,微波辅助法最高可提高17.95%。最优的预处理方法为超声辅助稀碱法1,还原糖产量为507.31mg/g。     

稻草纤维素提取工艺研究

为了获取优质的纤维素,以稻草为原料采用碱煮法提取纤维素。结果表明:用5%NaOH溶液反应温度为65℃,搅拌时间为1.5 h时,纤维素提取率为58.3%,半纤维脱除率达到78.1%,此为稻草纤维素提取及半纤维素脱除的最适工作条件。     

碱化处理对玉米秸秆纤维素结构的影响

纤维素是玉米秸秆中的高值成分,其结构与结晶特性是衡量纤维素品质的重要指标,故该文分别采用2种常用碱：氢氧化钠和氢氧化钙对秸秆进行处理,并用FTIR法、X射线衍射（XRD）等方法考察其纤维结构与结晶程度。结果表明：碱化处理都能打破秸秆中纤维素、半纤维素和木质素间的氢键,降低木质素含量,增加半纤维素含量,但氢氧化钠碱化处理纤维素含量高于氢氧化钙处理组;去灰处理可以显著降低木质素与半纤维含量,增加纤维素的聚合度。FTIR光谱显示,纤维素结构中具有-OH基团,C-O在纤维素纤维Ⅰ和纤维素Ⅱ上有拉伸。C-O键振动显示葡萄糖残基围绕糖苷键向纤维素Ⅱ旋转的变化,4%氢氧化钠的浓度处理后玉米秸秆纤维素结晶程度可以达62.7%。     

杂交狼尾草作为能源植物的产量和品质特性

于2006～2009年在北京地区进行田间试验,研究杂交狼尾草作为草本能源植物的适应性、生物质产量和品质特性。结果表明:在北京地区杂交狼尾草不能越冬,其干物质产量可达40.14～48.54t/hm2,热值为17.02MJ/kg,纤维素、半纤维素、木质素含量分别为36.15%、21.01%和8.92%,碳、氢、氮元素含量分别为41.86%、5.62%和1.52%,C/N为27.54∶1,灰分含量为9.26%,灰熔点的变形温度、软化温度、半球温度和流动温度分别为942.0℃、980.8℃、1010.3℃和1054.8℃。杂交狼尾草适宜作为草本能源植物在北京及周边地区推广应用,但存在不能越冬和生物质含水量下降速率慢的缺点。     

解淀粉芽孢杆菌复合菌剂对玉米秸秆的降解作用及表征

为获得能提高秸秆饲草品质的微生物发酵菌剂,本研究在前期获得2株具有木质素和纤维素降解能力的解淀粉芽孢杆菌菌株的基础上,将两者混配成复合菌剂,考察复合菌剂对玉米秸秆的降解作用,并通过傅立叶红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(¹H-NMR)、扫描电镜(SEM)及气质联用色谱(GC/MS)等技术对玉米秸秆的微观结构及降解产物进行表征。研究发现,复合菌剂可以有效降解玉米秸秆中的木质纤维素。在发酵24 d时,玉米秸秆中木质素、纤维素和半纤维素的降解率分别达到48.4%,30.5%和41.4%。FTIR和¹H-NMR谱图中能观察到木质纤维素分子结构中主要连接共价键,如木质素单体间的β-O-4和β-β键、木质素与碳水化合物连接键以及碳水化合物中糖环内的价键等明显断裂,木质纤维素被部分降解;SEM扫描电镜图则显示发酵后秸秆的组织结构出现松散和破坏。发酵后秸秆中小分子物质的GC/MS分析结果显示,其中包含苯丙胺和苯丙酸等保留苯丙烷结构单元的木质素单体衍生物以及苄醇和苯甲酸酯类等木质素单体被进一步降解后的芳香族化合物。玉米秸秆中碳水化合物的GC/MS分析结果表明:复合菌剂可将玉米秸秆中的结构性多糖等大分子碳水化合物降解成葡萄糖、木糖、甘露糖及乳糖等还原性单糖。并利用这些还原性单糖生长代谢,进一步产生乙二醇、丙三醇及短链脂肪酸类等代谢产物。以上研究结果表明,解淀粉芽孢杆菌复合菌剂可有效降解玉米秸秆中的木质纤维素,在玉米秸秆饲草化利用中极具应用前景。     

中国饲料2021年第1期目次

木纤维素或木质纤维素是一种不可溶性膳食纤维添加剂,主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。研究表明,木纤维素具有提高家禽生产性能、促进肠道蠕动、改善肠道微生物区系及提高抗病力和免疫力等功能,因此木纤维素在畜禽限抗养殖中有着广泛的应用前景。本文基于国内外研究成果,对木纤维素的特性及应用进行综述,以期为木纤维素在家禽养殖中的应用提供参考。     

Dry chemical processing and ensiling of rice straw to improve its quality for use as ruminant feed

In this study, changes in the chemical composition, pH, cell wall and degradability of ensiled rice straw were investigated when treated with alkali, acid, oxidant agents (1–11 %, w/w) and a combination of an oxidant with either an alkali (ALHP) or an acid (ACHP). The findings of the study revealed that ALHP had a lower efficiency in enhancing fibre degradability compared to alkali alone. Oxidant treatment showed no detectable changes in pH, dry matter (DM) and phenolic compound (PC) solubility, or in silica and fibre content, but led to increased esterified groups formed within the cell wall constituents (hemicellulose and lignin). Increasing acid concentration led to an exponential change in both pH and solubility of DM and hemicelluloses while it quadratically increased PC and silica solubility. Moreover, crystallinity, hydrogen bonding and esterification were enhanced under high acid concentrations (11 %), but decreased under mild acid conditions (5 %). Increased alkalinity led to the linear enhancement of DM and PC solubility. Solubility of silica and hemicellulose did not exhibit any significant changes with alkali concentration above 7 %. A gradual enhancement (29 %) was observed in ruminal DM degradability with increasing oxidant concentration, whereas exponential (91 %) and quadratic (23 %) enhancements were observed with alkaline and acid treatments, respectively. Treatment with acid showed observable reductions in the degradability of both cellulose and hemicellulose, whereas oxidant treatment reduced only that of hemicellulose. Treatment with 7 % alkali (pH?～?12) followed by ensiling appeared to be a promising process for improving rice straw quality.     

纤维素降解菌的筛选及在狼尾草青贮中使用效果评价

纤维素降解菌对改善牧草品质和提高动物对饲草的利用率具有重要作用。引进多种纤维素降解菌并从中筛选出酶活力较高的11,21和36号菌株。利用筛选出的3株菌株的发酵液,开展在青贮杂交狼尾草中的使用效果评价[设4个处理,处理1为未添加菌液的对照组(CK),处理2,3,4分别添加11,21,36号菌株菌液]。结果表明,添加纤维素降解菌能提高青贮牧草乳酸含量,处理2,3,4的乳酸含量比CK提高了19.42%(P<0.05),38.35%(P<0.05)和4.85%(P>0.05);添加纤维素菌液进行青贮的3个处理的中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)和半纤维素(HC)的含量均低于CK和青贮前,其中处理3的NDF、ADF和HC含量最低,表明筛选出的3种纤维素降解菌菌株均能改善青贮品质,不同程度地降解了牧草纤维素的含量,其中处理3(21号菌株)降解纤维素的效果最为明显,青贮料营养品质最好。     

5种草本植物根系理化特性及其相关性

为理解草本植物根系的主要化学成分对根系力学特性影响,选取武汉地区5种常见的水土保持草本植物,开展了根系抗拉特性研究。根系直径范围选取0~1.5mm,按直径分成4个径级,并按根系分级测定了纤维素、木质素和半纤维素含量,计算了综纤维素含量和木纤比。结果表明,5种根系4个径级的抗拉力、抗拉强度均表现为香根草(Vetiveria zizanioides)百喜草(Paspalum natatu)狗牙根(Cynodon dactylon)马尼拉草(Zoysia matrella)狗尾草(Setaria viridis)。香根草和百喜草的根系具有较大的抗拉力学特性,与其它3种植物根系的抗拉力学特性差异显著(P0.05)。随着直径增大,5种根系抗拉力均增大,而抗拉强度均减小,两者均表现为幂函数关系。5种植物不同径级根系纤维素含量范围为21.90%~34.57%,木质素含量为12.85%~19.42%,半纤维素含量为14.31%~20.22%,综纤维素含量为38.52%~51.83%,木纤比为0.37~0.90。根系抗拉力与纤维素、综纤维素含量显著负相关(P0.05),与木纤比显著正相关(P0.05);抗拉强度则均与纤维素、综纤维素含量显著正相关(P0.05),与木质素含量、木纤比显著负相关(P0.05)。纤维素、木质素、综纤维素含量和木纤比与5种草本植物根系的力学性质有较好的相关关系。研究结果表明,香根草和百喜草可作为武汉重要的固土护坡植物种类,为分析植物根系力学、化学性质和直径的相互作用关系提供理论依据。     

玉米秸秆发酵法生产燃料酒精的研究进展

玉米秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。玉米秸秆经过预处理,水解和发酵生成酒精。本文介绍了预处理,水解,发酵几个关键工艺的研究进展。     

蒸汽爆破、复合菌剂及其联合处理对不同收获期柠条纤维降解的影响

旨在研究蒸汽爆破、复合菌发酵及其联合处理对柠条纤维组分降解的影响。在开花期（4月）、结实期（7月）及落叶期（11月）采集全株柠条,测定其常规营养成分;按照试验内容分为3个部分：1）研究3个不同压强（0.8、1.1和1.4 MPa）下蒸汽爆破处理对柠条粉纤维组分的降解作用;2）研究复合菌剂发酵对柠条纤维组分降解的影响;3）研究蒸汽爆破+复合菌剂发酵对柠条纤维组分降解的影响。每项试验内容中柠条的3个生育期均作为固定因素,所有处理仅与同期未处理柠条做比较,每个处理3个重复。测定每个处理柠条的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素、半纤维素和纤维素含量及发酵底物中羧甲基纤维素酶和木聚糖酶活性。结果表明：1）从主要营养成分含量方面综合判断,结实期柠条饲用价值较高。2）与未爆破组相比,随着蒸汽爆破压强的增大,开花期与结实期柠条中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素（仅开花期）及纤维素含量先升高后降低（P<0.05）,半纤维素线性降低（P<0.01）,中性洗涤可溶物先降低后升高（P<0.05）。3）与同期发酵前相比,复合菌发酵后柠条中性洗涤纤维（P<0.01）、酸性洗涤纤维（P<0.01）及纤维素（P<0.01）含量显著下降,其中开花期与落叶期半纤维素显著降低（P<0.05）,中性洗涤可溶物含量显著增加（P<0.01）。4）与同期未爆破发酵组相比,经蒸汽爆破预处理后进行复合菌剂发酵的开花期和落叶期柠条,随着爆破压强的增大,其中开花期与结实期纤维素（P<0.01）含量显著降低,中性洗涤纤维（P<0.001）、酸性洗涤纤维（P<0.05）、半纤维素（P<0.001）含量显著下降,中性洗涤可溶物含量显著升高（P<0.001）,开花期及结实期柠条木质素含量先降低后升高（P<0.05）,落叶期柠条木质素含量显著下降（P<0.01）。5）与同期未爆破发酵组相比,蒸汽爆破预处理后发酵的开花期和落叶期柠条,随着蒸汽压强增大,羧甲基纤维素酶活性先降低后升高（P<0.001）,而结实期羧甲基纤维素酶活性显著升高（P<0.001）;开花期、结实期及落叶期柠条发酵基质中木聚糖酶活性随着蒸汽压强增大呈线性升高趋势（P<0.001）。结果表明,通过蒸汽爆破、复合菌剂及其联合处理能够显著降低不同收获期柠条的纤维组分含量,其中蒸汽爆破和复合菌剂联合处理的效果最佳。本研究为有效评估不同处理对柠条的营养价值及其在畜牧养殖过程中的应用提供科学依据和数据支撑。