小麦麸皮阿拉伯木聚糖碱提工艺条件优化研究

为提高小麦麸皮中阿拉伯木聚糖的得率,本研究在考察了温度、时间、碱液与H2O2浓度和振荡速度等单因素对阿拉伯木聚糖得率影响的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计对阿拉伯木聚糖的碱提工艺条件进行了优化并建立数学模型。结果表明,在提取温度88℃、时间200min、NaOH浓度0.16mol/L、H2O2浓度1.5%的条件下,阿拉伯木聚糖的得率达到最大值21.23%,验证实验结果与模型预测值相符。     

微波预处理对玉米秸秆的组分提取及糖化的影响

为了分离得到玉米秸秆中的半纤维素、木质素,改善纤维素的酶水解可及性,对玉米秸秆进行了二步微波预处理法研究.考察了秸秆粒径、液固比、碱及甘油用量、微波功率与处理时间对半纤维素和木质素得率的影响;探讨了预处理后秸秆的酶水解性能.得到的优化预处理条件为:玉米秸秆粒径40～80目;微波-碱预处理功率116.7 W/g、时间10 min、液固比20 mL/g、碱用量150％(质量分数);微波-甘油预处理功率66.7 W/g、处理时间30 min、液固比20mL/g、甘油质量分数100％.试样结果表明:经微波预处理后每10 g玉米秸秆最终可得到2.48 g半纤维素、0.95 g木质素,3.55 g还原糖;二步微波预处理不仅能够提取出玉米秸秆中的半纤维素、木质素,而且提高了纤维素水解的酶可及性,实现了组分的分离.     

高固体负荷下尿素预处理对玉米秸秆主要成分和结构的影响

该研究将尿素作为单独预处理试剂,利用大豆粉中的脲酶促进尿素向NH3的转化,预处理过程中采用较高固体负荷,试图在相对较低温度下通过尿素的转化实现玉米秸秆的气态NH3预处理,系统研究预处理过程中的总固体负荷(Total Solids,TS)、大豆粉与秸秆质量比、尿素与秸秆质量比、预处理温度和预处理时间对玉米秸秆的主要成分及其表面形态结构和基团结构的影响,获得高TS下尿素预处理玉米秸秆的较优条件。结果表明,质量分数50%TS的尿素预处理能够很好的保护秸秆中的糖类;大豆粉中的脲酶可以显著提高尿素预处理秸秆中葡聚糖和阿拉伯聚糖的含量;秸秆葡聚糖的含量随着尿素与秸秆质量比、预处理温度和预处理时间的增加而增加,而木质素、木聚糖和阿拉伯聚糖含量的差异不显著;质量分数50%TS、1∶20大豆粉与秸秆质量比、1∶1尿素与秸秆质量比、80℃预处理温度、10 d的预处理效果最优,预处理后玉米秸秆木质素、葡聚糖、木聚糖和阿拉伯聚糖的质量分数分别达到14.20%、51.75%、20.67%和4.23%;尿素预处理秸秆过程中,C-O基(1 032cm~(-1))波动最显著,木质素和羟基肉桂酸键破裂明显,证明了高TS下,利用尿素实现气态NH3预处理玉米秸秆的可行性,为尿素预处理理论体系的研究提供基础。     

玉米秸秆稀酸水解糖化法影响因子的研究

该文通过分析水解还原糖成分,研究了温度、时间、稀酸浓度、固形物含量对水解效率的影响;并结合残渣组分分析研究了稀酸水解过程中纤维素、半纤维素降解的规律.研究表明:在试验条件下玉米秸秆的水解主要以半纤维素为主,随着温度、稀酸浓度和水解时间的增加,纤维素的水解逐渐增强.当水解温度超过1000C后,水解得糖率迅速增加,超过110℃,纤维素开始水解;玉米秸秆的水解在前40 min就基本完成,过长的水解时间对水解效率的提高意义不大;水解的酸浓度应控制在1.5%左右;玉米秸秆在低固含物的条件下,水解效率相对较高.方差分析结果显示:温度、酸浓度对水解效率的影响最大,温度和固含物的影响次之,粒径的影响不显著;温度和酸浓度、温度和时间的交互作用对试验结果有影响显著.根据方差分析,最佳水解条件A3B2C3D1E1:温度125℃、时间80 min、稀酸浓度1.5%、固形物含量7.5%,在该条件下水解还原糖得率为32.71%.     

二次正交旋转组合设计优化牛肝菌蛋白提取工艺

为明确牛肝菌蛋白提取条件,以牛肝菌子实体为材料,碱溶液为提取剂,在单因素试验基础上,采用四因素五水平的二次正交旋转组合试验设计,研究碱浓度、浸提温度、浸提时间和液固比对蛋白质提取得率的影响,经统计分析,建立数学回归模型。结果表明,所得回归方程达到极显著水平,无失拟因素存在;通过频率分析法得到的牛肝菌蛋白质的最佳提取工艺为:Na OH浓度0.11mol·L~(-1),液固比31∶1,浸提温度62℃,浸提时间1.70 h,此条件下蛋白质实际提取得率为19.85%。本试验优化牛肝菌蛋白的提取工艺参数准确可靠、稳定、可行,为牛肝菌蛋白功能的进一步研究和食用菌功能性食品开发提供了一定的技术依据。     

鸡胸软骨硫酸软骨素的提取及分离纯化

为优化硫酸软骨素的提取工艺和初步分析其结构,采用中心组合设计和响应面分析优化鸡胸软骨硫酸软骨素的酶法提取工艺,三氯乙酸除蛋白质、乙醇沉淀以及柱色谱精细纯化得到高纯度硫酸软骨素,并采用高效凝胶过滤色谱判定其纯度,红外光谱和核磁共振初步分析其结构。结果表明,硫酸软骨素的最佳提取工艺参数为温度55.68℃,pH值为6.40,时间为3.85 h,葡萄糖醛酸和硫酸软骨素提取率分别达到9.82%和28.05%。高效凝胶过滤色谱分析其纯度为99.01%。红外光谱和核磁共振显示硫酸软骨素主要是4硫酸化软骨素。     

不同预处理玉米秸秆对猪粪厌氧发酵重金属镉钝化效果

由于养殖饲料中重金属添加剂的使用,使畜禽粪便中重金属含量增加。为减少畜禽粪便重金属的污染,该研究以猪粪为发酵原料,通过添加不同预处理(稀H2SO_4处理、Na OH处理)的玉米秸秆,在温度35℃,接种物量30%,总固体(Total Solid,TS)浓度为10%,pH值为7.0,C/N比为25的条件下进行90 d厌氧发酵试验,旨在研究添加玉米秸秆对重金属Cd钝化效果的影响。结果表明:猪粪厌氧发酵过程中添加玉米秸秆有利于重金属Cd从有效态转化为稳定态;猪粪在厌氧发酵过程中添加玉米秸秆能提高重金属Cd的钝化效果,添加碱处理玉米秸秆钝化效果最佳,为32.38%,添加稀酸处理玉米秸秆的处理钝化效果次之,为32.00%。显著性分析表明,猪粪厌氧发酵过程中添加酸碱处理玉米秸秆对重金属Cd的钝化效果显著高于猪粪单独发酵和添加不经过处理的玉米秸秆(P0.05),而添加稀酸处理秸秆与添加碱处理秸秆重金属钝化效果差异不显著(P0.05);傅立叶红外光谱法(Fourier Transform Infrared Spectrometer,FTIR)显示厌氧发酵后,沼渣中碳水化合物、蛋白质、脂肪族化合物等有机物含量减少,腐殖质含量增加,添加玉米秸秆后有机物腐殖化程度有所提高,且添加碱处理玉米秸秆时有机物腐殖化程度较好,其次是添加酸处理玉米秸秆的处理。因此在猪粪厌氧发酵过程中适量添加经过酸、碱处理的玉米秸秆,可以降低沼渣中重金属Cd的生物有效性。研究结果可为畜禽粪便厌氧发酵重金属钝化提供参考。     

生物质炭中盐基离子存在形态及其与改良酸性土壤的关系

为研究生物质炭中盐基离子存在形态及其与改良酸性土壤的关系,通过厌氧热解的方法于300、500和700℃下制备了玉米秸秆炭。考察了热解温度对玉米秸秆炭水溶性、交换性和盐基总量的影响。采用室内培养的方法考察了添加玉米秸秆炭对酸性土壤的改良效果。结果表明:热解温度影响玉米秸秆炭各形态盐基离子含量,玉米秸秆炭总K、总Na、总Ca、总Mg、水溶性K、水溶性Na、水溶性Ca、交换性Ca和交换性Mg含量随热解温度升高显著增加;水溶性Mg和交换性K含量随热解温度升高先增加后下降。玉米秸秆炭中的K和Na主要以水溶态存在,约40%的Ca和30%的Mg以交换态存在,约50%的Ca和70%的Mg以其他形态(主要为难溶态)存在。添加玉米秸秆炭能极显著提高酸性土壤pH和降低土壤交换性Al3+含量,提高和降低幅度随热解温度升高极显著增加。总K+总Na+总Ca+总Mg含量可以作为衡量玉米秸秆炭提高酸性土壤pH能力的间接指标。添加玉米秸秆炭能极显著提高土壤交换性K、Na和Mg含量,能显著提高交换性Ca和总盐基离子含量。玉米秸秆炭总K和总Na含量是提高土壤交换性K和Na含量的决定因素,交换性Ca含量在提高土壤交换性Mg和交换性盐基总量中起决定作用。     

酸-碱两段组合预处理对杨木发酵的影响

为提升杨木的酶解发酵效率，该研究探究了酸-碱两段组合预处理对半纤维素、木质素的降解、纤维素保留以及后续发酵的影响；通过扫描电镜（scanning electron microscopy，SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）和傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR）对杨木进行表征分析，探究预处理对杨木表面形貌、组成成分和热稳定性的影响。对杨木进行两段HAc-NaOH组合预处理，第一段是采用1% HAc作为酸性催化剂在不同预处理温度（160～200 ℃）下进行预处理，第二段预处理则是以第一段预处理后样品为底物进行不同NaOH质量分数（0.3%～1.2%）的碱预处理。结果表明酸-碱两段预处理的效果优于仅一段酸预处理，在200 ℃ HAc组合0.8% NaOH的两段预处理下获得的乙醇浓度为18.72 g/L，结合SEM、XRD和FT-IR分析发现预处理中半纤维素和木质素的脱除显著提升预处理杨木中纤维素含量，木质纤维致密结构被破坏，提高了酶对纤维素的可及性，也有助于提高后续乙醇发酵浓度。最后通过对葡聚糖、木聚糖、酸不溶性木素含量、木聚糖、酸不溶性木素去除率以及结构特性对乙醇得率的相关性进行分析，表明预处理样品中具有较低半纤维素/木质素含量和较高纤维素结晶度的预处理样品具有更强的发酵潜力。     

早籼米制备大米蛋白和酒精的联产工艺研究

该文以早籼米为原料,采用碱法提取大米蛋白并利用残余淀粉发酵制备酒精。通过研究碱液浓度、提取温度、料液比和时间对大米蛋白提取的影响,确定了提取大米蛋白的较佳工艺条件为：碱液浓度0.05 mol/L、提取温度30℃、料液比1∶4、提取时间2 h。此条件下提取的大米蛋白纯度为94.9%,提取率为52.4%。残余淀粉中添加25%的玉米粉有较好的发酵效果：发酵时间45 h,酒精度为12.78%,残余还原糖为0.13%。     

Isolation of Hemicellulose from Corn Fiber by Alkaline Hydrogen Peroxide Extraction

For the first time, alkaline hydrogen peroxide (AHP) extraction conditions were used to isolate hemicellulose (arabinoxylan) from destarched corn fiber. Yields of the water-soluble hemicellulose B ranged from 35% (24 hr extraction at 25°C) to 42% (2 hr extraction at 60°C). The hemicellulose B resulting from the 2 hr extraction (pH 11.5) was off-white in color, and a very low proportion (1.7%) of water-insoluble hemicellulose A was extracted. AHP treatment caused delignification and facilitated the alkaline extraction of hemicellulose from the lignocellulosic fiber matrix. In the absence of H₂O₂, yields were reduced by more than one-third when using otherwise identical extraction conditions of time, temperature and pH. In the standard protocol, corn fiber, NaOH solution, and H₂O₂ were mixed in a 1:25:0.25 (w/v/w) ratio. Extractions were conducted at pH 11.5 at 25°C or 60°C. The pH was adjusted to 11.5 by addition of NaOH at ambient and elevated temperatures. The optimum hemicellulose yield (51.3%; dry, starch-free basis) was obtained when the pH was increased to 12.5 for the final one-half of the extraction period. Products obtained after extraction at pH values greater than 11.5 were tan in color, however, and the goal of the research has been to isolate white hemicellulose B and then evaluate its properties. Under most conditions, the yields ofhemicellulose B, potentially the most useful form for food and industrial applications, exceeded those of hemicellulose A by more than 10-fold. The hemicellulose B products were lighter in color than those obtained using traditional alkaline extraction conditions of refluxing with calcium or sodium hydroxide. Steps prior to extractions with alkaline H₂O₂, such as grinding to 20 mesh and extracting with azeotropic toluene-ethanol, were found to be unnecessary.     

两步法预处理制备生物质燃料乙醇

为了扩展燃料乙醇制备的预处理工艺的发展方向,该文针对燃料乙醇制备的2种新预处理方法——半纤维素分离两步预处理法和木质素分离两步预处理法进行了试验研究。分别以能源植物柳枝稷和农业废弃物玉米秸秆为原料,考查了这2种方法对酶水解过程中糖产量的影响。结果表明,半纤维素分离两步预处理法对柳枝稷的较优处理条件为:第一步预处理用3%质量分数的过氧化氢溶液在50℃处理16h,第二步预处理用去离子水在121℃处理30min,最终酶水解可获得89%的纤维素转化率;木质素分离两步预处理法对玉米秸秆的较优处理条件为:第一步预处理用碱性乙醇溶液(1%质量分数氢氧化钠和70%质量分数乙醇)在80℃处理2h,第二步预处理为去离子水在135℃处理30min,最终酶水解可获得83%的纤维素转化率;扫描电镜观察,柳枝稷和玉米秸秆的纤维束均被破坏,纤维素酶的作用面积得到提高。同时,分离提取了部分半纤维素和木质素,可以回收提纯,应用于高附加值化学产品的制备。这一结果表明,这2种方法为实现燃料乙醇制备工程工业化提供依据。     

An Improved Process for Isolation of Corn Fiber Gum

Sequential alkaline extraction and alkaline hydrogen peroxide (AHP) bleaching have been used to prepare corn fiber gum in yields ranging from 21 to 40%, depending on the pH of the extraction medium. The pH was adjusted by using different ratios of NaOH and Ca(OH)₂ The whitest product was obtained after AHP bleaching of the extract obtained using the lowest pH value. In order for the product gum to give its characteristic clear and low viscosity solutions, it was necessary to remove starch from the corn fiber substrate using α-amylase. The water-insoluble hemicellulose A fraction, a minor component, was removed by neutralizing AHP-treated extracts before ethanol precipitation of the useful hemicellulose B (corn fiber gum) fraction. At ambient temperature, AHP bleaching was near optimal after ≈2 hr under the processing conditions used. High ratios of arabinose (39%) to xylose (50%) were present in the corn fiber gum extracted under various alkaline conditions, and the H₂O₂ processing step did not significantly alter these ratios. The same low levels of galactose (7%) and glucuronic acid (4%) were present regardless of the extraction conditions. Molecular mass of the corn fiber gum preparations ranged from 2.78 × 10⁵ for the material extracted with Ca(OH)₂ to 3.94 × 10⁵ for the material extracted with NaOH. Molecular mass was unaffected by the H₂O₂ present in the second processing step. As expected for a carbohydrate polymer with a rather low uronic acid content, solution viscosities were unaffected by the presence of salt.     

半纤维素分解菌群HMC的微生物群落结构及功能

为明确半纤维素分解菌群HMC（hemicellulolytic microbial consortium）的微生物群落结构及其在半纤维素降解中的潜在功能;该研究测定了其在降解半纤维素主链木聚糖及玉米芯的典型理化指标,并利用16S rDNA测序技术及生物信息学手段对其微生物群落结构及功能注释进行了宏基因组学分析。结果表明,HMC在7d内能高效降解木聚糖和玉米芯,降解率达80%,木聚糖降解产生的高值产物包括还原糖、甲酸、乳酸及乙酸,最高浓度分别为1.30、0.50、1.19与1.23 mg/mL,HMC降解玉米芯时可累积挥发性脂肪酸浓度高达3.54 mg/mL。HMC是由厚壁菌门Firmicutes的多个属的微生物组成的复合微生物菌群,宏基因组分析揭示了HMC在木聚糖降解过程中的关键碳水化合物活性酶系;HMC的半纤维素降解酶系完整,包括19个木聚糖分解及下游产物代谢相关的酶;同时涵盖了乙酸、乳酸等半纤维素关键分解产物代谢相关的通路。HMC蕴含半纤维素及玉米芯高值生物转化的潜力,该研究为深入探究半纤维素在生物降解应用中的分子机制提供了重要线索,有助于推动天然半纤维素生物降解技术的发展。     

Comparison of Alkali and Conventional Corn Wet-Milling: 1-kg Procedures

An alkali corn wet-milling process was developed to evaluate the process as a method to produce high purity corn starch and coproducts with added value. Using a single hybrid (R1064 × LH59), the effects of alkali concentration (0.18–0.82% NaOH), time (29–61 min), and temperature (36–75°C) were investigated. Starch yield was not affected by steep time or temperature. Starch yield was optimal at 65.2% using 0.5% alkali. Increasing the concentration of alkali to 0.82% or decreasing it to 0.18% caused a decrease in starch yield of 8–10 percentage points. Other wet-milling products (fiber, germ, and gluten) also were affected. Steep conditions of 0.5% NaOH, 60 min, and 45°C gave optimal starch yield. Comparisons between alkali and sulfur dioxide wet-milling processes, using 1-kg sample size, were performed on 10 commercial yellow dent corn hybrids. The alkali process averaged 1.7 percentage points more starch than the sulfur dioxide process. Each hybrid had a higher starch yield when wet-milled with the alkali method. Alkali wet-milling produced pure corn starch with <0.30% protein (db).     

NaOH处理玉米秸秆厌氧生物气化试验研究

提出通过NaOH化学处理以改善玉米秸秆的可生物消化性能、提高玉米秸秆厌氧消化产气量的方法。NaOH添加量为玉米秸秆干物质的8%。对未处理和经NaOH处理的玉米秸秆进行了厌氧消化对比试验研究,厌氧消化负荷率为35,50,65和80 g/L。分析并比较了两者在不同负荷率下的日产气量、累积产气量、单位TS和VS产气量等。结果显示,与未处理玉米秸相比,NaOH处理过的玉米秸的干物质消化率和产气量明显提高,在35,50,65,80 g/L负荷率下,产气量分别提高了13.1%,39.8%,48.3%和47.8%,单位TS、VS的产气率分别提高了13.1%～48.3%、23%～61.3%;两种玉米秸分别在35和65 g/L负荷率下获得了最高单位TS产气量。NaOH化学处理使玉米秸细胞壁结构和化学成分发生了明显的变化,分别有53.2%、46.9%和66.6%的木质素、纤维素和半纤维素被分解,其中1/2～2/3被转化成了易被厌氧菌利用的可溶性物质,这是产气量提高的主要原因之一。研究结果对提高玉米秸的产气效率、实现大规模应用具有重要指导意义。     

有机酸处理条件对玉米秸秆热解特性的影响

酸洗预处理能有效改善K^+对生物质热解的影响,该文利用热重分析仪和裂解-气相色谱质谱联用仪进行了玉米秸秆的热解试验,研究了不同有机酸酸洗浓度(3%、5%和7%)、酸洗温度(25、50和75℃)和酸洗时间(1、2和3 h)对玉米秸秆热解特性的影响。结果表明:酸洗能显著降低玉米秸秆内在K^+的含量;经过不同条件的有机酸洗预处理后,玉米秸秆的TG/DTG(thermogravimetry/differential thermogravimetry)曲线均向高温段移动,最大热解速率随着酸洗浓度和酸洗温度的增加逐渐增大,随着酸洗时间的增加先增大后降低,在酸洗温度为75℃时,最大热解速率达到最大值15.49%/min;与此同时,玉米秸秆热解主要产物为酚类、酮类和呋喃类化合物,酸洗后,其酚类物质产率明显增加,在酸洗浓度为7%时达到最大值16.75%,而酮类和呋喃类化合物产率减少,分别在酸洗时间为1 h和酸洗浓度为7%时达到最小值0.10%和7.13%。酸洗后,焦炭产率减少,在酸洗浓度为3%时达到最小值18.79%。通过研究不同处理条件下有机酸对玉米秸秆热解特性的影响,为生物质预处理中酸溶液的选择提供了参考。     

秸秆深还不同年限对黑土腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

秸秆深还(Corn stover deep incorporation,CSDI)指将作物秸秆深埋于土壤亚表层20~40 cm深处,用以解决秸秆焚烧和土壤肥力退化的可持续利用模式。本文以吉林农业大学玉米连作耕地试验田未施用秸秆和秸秆深还不同年限的土壤为研究对象,设置CK、CSDI(2014)、CSDI(2013)和CSDI(2012)共4种处理,分别代表未施入秸秆、2014年秸秆深还(深还第1年)、2013年秸秆深还(深还第2年)、2012年秸秆深还(深还第3年),研究秸秆深还不同年限对黑土腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响。通过腐殖质组成修改法提取富里酸(Fulvic acid,FA)、胡敏酸(Humic acid,HA)和胡敏素(Humin,HM),国际腐殖质协会(International Humic Substances Society,IHSS)推荐的方法提取HA样品,通过元素组成、红外光谱和差热分析测定HA结构。结果表明:与CK相比,秸秆深还1年后显著提高了土壤和腐殖质各组分有机碳含量,亚表层累积效果更明显,其土壤有机碳(SOC)、HA、FA和HM有机碳含量分别增加了23.7%、30.5%、27.3%和46.1%,但PQ值(HA在可提取腐殖物质的比例)没有显著变化;HA氧化度和缩合度降低明显,表层和亚表层(O+S)/C比值分别降低14.31%和14.68%,H/C比值分别增加27.74%和28.86%,脂族链烃和芳香碳含量增加,热稳定性降低,HA结构趋于简单化。随着年限增加,深还3年后SOC、FA和HM有机碳含量呈下降趋势,HA有机碳含量呈上升趋势,PQ值变化显著,HA缩合度、氧化度呈上升趋势,脂族性减弱,芳香性增强,HA结构趋于复杂化。说明随着年限增加,秸秆不断矿化分解,秸秆深还对土壤腐殖质组成和结构特征的影响效果减弱。     

农村有机生活垃圾等混合物料厌氧发酵产沼气性能

为获得有机生活垃圾、玉米秸秆和牛粪混合物料厌氧发酵产沼气性能,为农村废弃物沼气工程高效运行提供依据,在初始总固体（TS）为12%和中温（35±1）℃条件下,考察了有机生活垃圾、玉米秸秆与牛粪三物料不同湿基质量比（1∶0∶2、1∶0.5∶1.5、1∶1∶1、1∶1.5∶0.5、1∶2∶0）对厌氧发酵过程的影响。结果表明：与双物料混合厌氧发酵相比,三物料混合厌氧消化能显著提高原料产气率,有机生活垃圾、玉米秸秆和牛粪配比为1∶1∶1的组合单位TS累积产气量高于其他处理;不同发酵物料配比能影响厌氧发酵完成时间,随着秸秆比例的增加,完成厌氧发酵的时间逐渐增长,有机生活垃圾和牛粪的组合与三者配比为1∶0.5∶1.5、1∶1∶1、1∶1.5∶0.5和1∶2∶0的处理相比,厌氧发酵完成时间分别缩短了12、15、19、22 d;三物料混合发酵适宜的配比能平衡发酵系统中酸的浓度,防止系统酸化,并能提高纤维素半纤维素降解率。综上认为三物料最佳配比为1∶1∶1。