厌氧消化处理玉米秸秆酶解残渣对木质素的影响研究

以秸秆为原料生产燃料乙醇会产生大量富含木质素的酶解残渣,从中可回收木质素,但酶解残渣中的糖类等杂质会影响木质素的高值利用。因此,采用厌氧消化的方法处理玉米秸秆酶解残渣,利用凝胶渗透色谱、热重分析、傅里叶红外光谱以及核磁共振氢谱等手段表征处理前后木质素的结构和化学性质。经厌氧处理后,残渣中糖类含量显著降低而木质素总量基本不变,木质素几乎未降解。厌氧处理前后固体残渣中木质素的结构和热化学性质无明显变化,表明该方法能在去除糖类的同时较好地保留木质素的结构。     

温度对秸秆厌氧消化产气量及发酵周期影响的研究

温度是影响沼气产气效率和发酵周期的主要生态因子,探索农作物秸秆产气量和发酵周期与发酵温度之间的关系,是解决农村户用沼气原料选择、确定最佳发酵温度和提高作物秸秆资源化利用的效率的关键;本试验通过自行研究设计的可控性恒温发酵装置,以麦秆、稻秆和玉米秆作为发酵原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在总固体(TS)质量分数为8%的条件下进行批量试验,在25～40℃温度范围内,每5℃设一个温度梯度,研究了不同发酵温度对产气速率、产气量及发酵时间的影响,并用SAS软件对各因素进行多元回归分析,建立了回归方程,得出各因素的最优值.结果表明,在一定的温度范围内,3种秸秆厌氧发酵的产气速率的峰值出现的时间和发酵周期是随着温度的升高而缩短,其峰值和产气量是随温度的升高而增加.     

蚓粪促进玉米秸秆厌氧消化产气效果的研究

以玉米秸秆为试验研究对象,比较添加蚓粪后对秸秆厌氧消化产气特性的影响.在接种污泥比例为20%、30%、50%时,添加适当蚓粪,使其在35℃下中温厌氧消化,试验中研究产气量、pH值和乙酸产生量等参数的变化趋势.结果表明,添加蚓粪后,各处理的产气量均显著增加,其中50%接种污泥的处理累积产气最达340 mL,增幅达67.05%,添加蚓粪的物料发挥了最大的产气效果.试验过程中pH值相对稳定,乙酸累积量较低.蚓粪的添加抑制了酸的累积,使pH稳定在一定的范围.     

沼液预处理对蔬菜秸秆厌氧消化性能的影响

为探究不同沼液预处理时间对蔬菜秸秆厌氧消化产甲烷特性的影响,以黄瓜、番茄、茄子和辣椒4种蔬菜秸秆为原料,用猪粪沼液在（35.0±0.5） ℃分别处理3、5、7和9 d后进行中温批式厌氧消化试验。结果表明,预处理时间对蔬菜秸秆木质纤维素降解效果及其厌氧消化性能均有较大影响。随着预处理时间的延长,各蔬菜秸秆中纤维素和半纤维素的降解率逐渐提高（1.53%～24.47%和2.11%～52.48%）,但木质素难以降解。不同蔬菜秸秆的最佳预处理时间不同,番茄秸秆和辣椒秸秆的最佳预处理时间均为5 d,最大累积甲烷产量分别为147.95和99.17 mL·g^-1,较未处理分别提升36.52%和26.33%;黄瓜和茄子秸秆的最佳预处理时间均为7 d,最大累积甲烷产量分别为152.42和129.84 mL·g^-1,较未处理分别提升38.00%和27.42%。同时,沼液预处理能够缩短蔬菜秸秆的厌氧消化周期（T₉₀缩短了3～8 d）。整体上,沼液处理后4种蔬菜秸秆的产甲烷性能从大到小依次为：黄瓜秸秆>番茄秸秆>茄子秸秆>辣椒秸秆。综上所述,猪粪沼液作为预处理剂可以有效提高蔬菜秸秆的厌氧消化性能,且最佳预处理时间为5～7 d。     

玉米秸秆预处理后的酶水解及丁醇发酵

[目的]寻求玉米秸秆预处理后的最佳酶解工艺条件。[方法]采用碱浸泡法和氨水浸泡法对玉米秸秆进行预处理,考察预处理方法以及温度、酶用量、pH值、底物浓度等因素对玉米秸秆酶水解的影响,得出最佳酶解条件,并利用最佳条件下的水解液进行丁醇发酵。[结果]碱法预处理玉米秸秆能有效地提高酶的水解效率。玉米秸秆经过预处理后的最佳酶水解工艺条件为：pH值4．5～5．0,温度50℃,底物浓度3．33％,酶用量950U／g秸秆。利用秸秆水解液进行丁醇发酵后,溶剂（丁醇、丙酮、乙醇）的产率比值为10．O：1．5：1．0,与传统发酵（6：3：1）相比,提高了丁醇所占的比值。[结论]该研究为以木质纤维素为原料进行新能源的开发和利用验提供试验依据。     

生物质厌氧消化的试验研究

在试验条件下，采用单相厌氧消化系统对浸泡预处理的秸秆进行消化试验。研究了反应过程中，VFA、PH、COD及产气量的变化规律。试验结果表明当TS=41．8％时，浸泡时间不同，产酸峰值来临期基本相同，而浸泡15天秸秆平均产气量为71．4ml/d，COD去除率达61．3％，具有较好的降解效果。     

玉米秸秆好氧水解特性研究

秸秆木质纤维素水解过程,影响秸秆沼气制备速度。提高水解效率关键是破坏木质素对纤维素和半纤维素屏蔽作用,而木质素降解需有分子氧存在。因此,在秸秆厌氧发酵前好氧水解发酵秸秆有利于提高秸秆生物可降解性。为揭示玉米秸秆湿法好氧水解特性,在总固体浓度(TS)为10%,好氧水解温度为35、38、41、44、47℃,好氧水解时间为8、16、24、32、40 h条件下湿法水解发酵试验。结果表明,湿法好氧水解能有效破坏玉米秸秆木质素结构,获得较高木质素降解率,温度44℃,时间经历8 h时木质素即降解15.79%,是好氧水解40 h时总降解率49.5%。在此条件下,总有机物损失率仅为4%,经过湿法好氧水解玉米秸秆TS产气量和产甲烷量与未经处理玉米秸秆相比分别提高28.4%和29%。     

玉米秸秆酸水解制糖新工艺

[目的]开发新的玉米秸秆酸解糖化工艺,以解决生物质制乙醇技术中酸解糖化法收率低等问题。[方法]采用单因素及正交试验,考察了带压两段酸水解浓酸段和稀酸段的水解糖化规律和工艺条件。通过两段法浓酸预处理与稀酸水解相结合,对玉米秸秆进行水解,并对水解条件进行了优化。[结果]初步确定常压两段酸水解较优的水解工艺条件为:一段浓酸预处理中,酸浓度60%,酸固比12∶1,水解时间30min,温度45℃;二段稀酸水解中,水固比220∶1,水解时间120min,水解温度100℃。经两段水解后,总糖收率显著增加,达93.81%。[结论]首次提出常压两段酸水解工艺,该工艺条件温和、流程简单、成本低廉、总糖收率高、应用前景广阔。     

稀酸强化水解对玉米秸秆发酵产氢能力的影响

[目的]研究稀酸强化水解对玉米秸秆发酵产氢能力的影响。[方法]对玉米秸秆进行机械粉碎、蒸汽爆破和稀酸水解处理,并分析不同处理、玉米秸秆粒度等对玉米秸秆产氢能力的影响。[结果]蒸汽爆破后采用0.8%稀H2SO4强化水解的预处理方法产氢效果较好;玉米秸秆粒度为0.425～0.850 mm时,产氢效果最好;当0.8%H2SO4（质量）∶秸秆（重量）的液固比为10∶1时,产氢效果较好。[结论]玉米秸秆经蒸汽爆破后,再用0.8%H2SO4强化水解处理可以取得较好的产氢效果。     

秸秆厌氧消化试验研究

采用清瓶培养消化方法,在中温(32～35℃)环境下,研究了小麦秸秆在不同固含率下的厌氧消化状态.结果表明,小麦秸秆在固含率5%～25%范同内,理论产气数值与实际气体量成线性相关,方程:y=1.846 2x-448.73,R2=0.926 5;无论产气还是产酸和用酸平衡上,同含率25%是较适宜物料厌氧消化的浓度,产气量超过理论数值109.0 mL·g-1;3种不同粒径的产气量最大是<0.5 cm,其次1～2 cm,3～5 cm,考虑到粒径小容易酸化的原因,故选择秸秆厌氧消化的粒径范围<2.0 cm.     

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。     

不同配比鸡粪、猪粪与玉米秆混合发酵的产气效果

【目的】研究鸡粪、猪粪与玉米秆不同配比对混合厌氧发酵产气效果的影响,为提高混合原料厌氧发酵产气效率提供依据。【方法】采用自行研究设计的可控性恒温厌氧发酵装置,在恒温35℃和料液总固体质量分数为8%的条件下,以常温厌氧发酵沼气池的发酵底物沼液为接种物,研究鸡粪、猪粪与玉米秆按4种不同配比(干物质质量比分别为3∶1,2∶1,1∶1,1∶2)混合发酵对产气效果的影响。【结果】在35℃条件下,鸡粪与玉米秆、猪粪与玉米秆均以2∶1配比的产气效果最好,其中鸡粪与玉米秆混合的平均累积产气量最高,为13 493 mL,其次是猪粪与玉米秆,平均累积产气量为12 433 mL。通过模型预测,当鸡粪与玉米秆配比为1.81∶1、猪粪与玉米秆配比为1.86∶1时,可获得最大累积产气量,分别为17 000和15 246 mL。【结论】鸡粪、猪粪与玉米秆混合发酵的配比决定着沼气的产量与产气速率,而发酵周期的长短与配比无关。在鸡粪与玉米秸秆和猪粪与玉米秸秆配比均为2∶1时,沼气产量最大,产气速率峰值最大,产气效果最好。     

添加酶制剂对青贮玉米秸发酵品质和化学成分的影响

以新鲜玉米秸为原料,分别添加酶制剂Ｃｏｒｎｚｙｍｅ０,５００,７５０,１０００ｍＬ／ｔＤＭ进行青贮．感观评定得知各处理青贮料均属于优质青贮料．Ｃｏｒｎｚｙｍｅ的添加降低了青贮玉米秸的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量,其中以添加１０００ｍＬ／ｔ组降低最多,分别比未添加组（对照组）降低７．０％和４．８％．青贮料的乳酸含量分别为１３２．９,１２２．５,１２９．９,１４６．７ｇ／ｋｇＤＭ,添加１０００ｍＬ／ｔ组使乳酸含量较对照组提高了１０．４％;青贮料的乙酸含量随Ｃｏｒｎｚｙｍｅ添加水平的提高而增加（分别为１５．５,１７．３,１８．６,２４．２ｇ／ｋｇ）,比对照提高１１．６％,１９．４％和５６．１％;青贮料总有机酸含量分别为１４９．５,１４０．８,１４９．６,１７０．９ｇ／ｋｇ,添加１０００ｍＬ／ｔ组比对照高１４．３％．试验组和对照的青贮料均不含丁酸．添加Ｃｏｒｎｚｙｍｅ对青贮玉米秸的干物质、粗蛋白和可溶性碳水化合物的含量以及对ｐＨ值、氨态氮占总氮之比值均无显著影响．青贮玉米秸的干物质回收率以试验组为低（分别为９４．０％,８８．２％,８８．８％,８７．１％）．     

甜瓜茎叶不同部位及其与玉米秸秆混合物的厌氧发酵特性

【目的】研究甜瓜茎叶厌氧发酵的产气特性和潜力。【方法】在温度(35±1)℃、总固体含量为80g/kg、菌种比例30%条件下,分别以甜瓜茎、甜瓜叶和甜瓜整株茎叶及其与玉米秸秆的混合物为原料,进行批量厌氧消化试验,测定厌氧发酵过程中日产气量、累积产气量、甲烷体积分数以及TS产气率和VS产气率。【结果】甜瓜茎的TS产气率和累积产气量均最高,分别为297.6mL/g和10 618.5mL,甜瓜叶的TS产气率和累积产气量均最低,分别为235.8mL/g和8 427.5mL,甜瓜整株茎叶的TS产气率和累积产气量居中,分别为256.9mL/g和9 173mL。添加玉米秸秆使甜瓜叶和甜瓜整株茎叶的累积产气量分别增加了22.9%和13.9%,甜瓜茎的累积产气量减少了15%;使甜瓜茎、甜瓜叶、甜瓜整株茎叶的发酵时间分别延长了7,11,10d。【结论】甜瓜茎叶不同部位均具有良好的产气潜力,添加玉米秸秆提高了甜瓜叶和整株的TS产气率,降低了甜瓜茎的TS产气率。     

低温高效降解玉米秸秆复合菌系发酵条件优化及腐解菌剂的研究

为解决北方低温条件下玉米秸秆降解难的问题,利用筛选于锯末的一组玉米秸秆降解复合菌系GF-S72,通过单因素、正交试验及载体生物相容性试验,研究了复合菌系的发酵条件、菌剂载体类型、用量及保存条件。结果表明,复合菌系GF-S72最佳发酵条件为:尿素0.1%、碳氮比20∶1、培养温度10℃、初始p H为8.0、装液量18 m L/150 m L、培养时间6 d、接种量2%。基于试验选取硅藻作为最佳载体,在菌液∶载体=3∶1、菌剂与秸秆配比为0.05 g/2 g,制备低温高效降解玉米秸秆复合型菌剂。试验结果还表明,p H值为8.2、含水量为1.42%、保藏湿度为10%、保藏温度为15℃时,复合型菌剂降解玉米秸秆的效率最高。     

添加乳酸菌和纤维素酶对玉米秸秆青贮饲料品质的影响

为研究纤维素酶和乳酸菌对玉米秸秆青贮饲料品质的影响，分别设乳酸菌处理组、纤维素酶处理组、纤维素酶和乳酸菌共同处理组及对照组进行玉米秸秆青贮饲料的发酵试验。结果表明：添加纤维素酶使玉米秸秆青贮饲料中氮态氮与总氮质量比(m(VBN)／m(TN))和丁酸与总酸摩尔比分别下降28％和100％，ADF质量分数下降20％，显著提高了玉米秸秆青贮饲料的营养价值。乳酸菌的添加虽然使青贮饲料的色泽、气味和质地明显改善，但也使NDF，ADF含量明显提高，氢态氮与总氮质量比也明显上升，这说明玉米秸秆青贮饲料的品质明显下降。乳酸菌和纤维素酶的共同作用使玉米秸秆青贮饲料的干物质消失率提高8％，氨态氮与总氮质量比降低33％，丁酸质量分数降低82％，同时使NDF，ADF质量分数分别降低10％和7％，说明玉米秸秆青贮饲料的品质明显提高。     

Comparison of forage yield,silage fermentative quality,anthocyanin stability,antioxidant activity,and in vitro rumen fermentation of anthocyanin-rich purple corn (Zea mays L.) stover and sticky corn stover

The objective of this study was to observe the forage yield, silage fermentative quality, anthocyanin stability, and antioxidant activity during the storage period and in vitro rumen fermentation of anthocyanin-rich purple corn (Zea mays L.) stover (PS) and sticky corn stover (SS). Forage yield of corn stover was weighed and ensiled with two treatments: (1) hybrid sticky waxy corn stover (control), and (2) hybrid purple waxy corn stover (treatment). Samples were stored in mini-silos for periods of 0, 7, 14, 21, 42, 63, 84, and 105 d. The results showed that PS had significantly higher (P<0.05) yields of dry matter (DM), organic matter (OM), gross energy (GE), crude protein (CP), neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), and total anthocyanins than that of the SS. Anthocyanin-rich purple corn stover silage (PSS) showed higher (P<0.05) levels of DM and CP relative to the sticky corn stover silage (SSS). Although anthocyanin-rich PSS displayed a lower (P<0.05) level of pelargonidin-3-glucoside (P3G), it had higher (P<0.05) levels of peonidin (Peo) and pelargonidin (Pel) compared to the control. Delphinidin (Del) and malvidin (Mal) were not detected in SSS during the ensilage period; in PSS, Del was no longer detected after 7 d of ensilage. Specifically, total anthocyanins in anthocyanin-rich PSS decreased rapidly (P<0.05) prior to 7 d of ensilage, and then remained at relatively stable (P>0.05) constants. Compared to the anthocyanin-rich PSS, SSS displayed significantly higher (P<0.05) pH value and ammonia nitrogen (NH₃-N) content. Propionic acid (PA) at 0 d and butyric acid (BA) during the entire study period were not detected, whereas anthocyanin-rich PSS showed a higher (P<0.05) level of lactic acid (LA) than that of the SSS. Compared with the SSS extract, anthocyanin-rich PSS extract showed a higher (P<0.05) level of 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) scavenging activity and displayed a lower (P<0.05) half maximal inhibitory concentration (IC₅₀) value. Moreover, anthocyanin-rich PSS reduced (P<0.05) gas production (GP), and displayed lower levels of immediately soluble fraction and ratio of acetic acid (AA) to PA at 12 h, but the other parameters were unaffected (P>0.05) relative to the control. Taken together, the results indicated that: (1) anthocyanins could be stable in silage; (2) anthocyanin-rich PSS showed better silage fermentative quality and stronger antioxidant activity; and (3) anthocyanin-rich PSS had no negative effect on rumen fermentation parameters.     

基于专利分析的玉米秸秆创新利用态势研究

为洞悉全球玉米秸秆利用的共性关键技术和发展态势,利用Innography检索1854—2021年的全球玉米秸秆专利,综合分析全球玉米秸秆专利的申请趋势、申请机构、综合实力和各国专利布局等信息,并利用可视化工具分析专利技术聚类相关内容。以高专利强度的专利为代表讨论了减排固碳、绿色生态、现代装备、高值材料、智能信息和生物化学等领域专利对玉米秸秆综合利用方向的引领。结果表明,我国玉米秸秆专利中存着授权率低、研发领域发展不均衡、缺乏国际专利布局、创新利用方法专利较少和企业研发占比偏低等问题。2017—2021年的玉米秸秆创新利用专利技术中,利用玉米秸秆进行固、液、气3种形式的碳储存技术可实现创新减排固碳技术;利用玉米秸秆实现种植还田方法的特异化、肥料利用的创新、制备农产品的基质和绿色产品,实现创新绿色生态技术;利用现代信息技术优化玉米秸秆处理流程和方法,提高资源利用效率;利用创新现代装备技术对秸秆收储运、预处理和利用设备的优化,可实现农业机械高效化;从原料创新和高性能材料需求角度对玉米秸秆进行秸秆高值材料技术研发和创新;利用生物化学技术包含发酵技术青贮、微生物菌剂技术和酶解技术等,实现对玉米秸...     

瞬时弹射式蒸汽爆破对玉米秸秆微贮营养成分和牛瘤胃营养物质消失率的影响

为研究干黄玉米秸秆经瞬时弹射式蒸汽爆破(ICSE)预处理后微贮产品营养成分及奶牛瘤胃营养物质消失率的变化规律,使用气压2.0MPa保持150s、气压1.8MPa保持200s和气压1.2MPa保持200s3组预处理条件,每组4个重复,用ICSE技术对玉米秸秆进行预处理,并接种乳酸菌在厌氧条件下微贮60d;微贮后的秸秆产品进行氨基酸成分分析、主要营养成分测定和真菌毒素含量检测;采用尼龙袋法测定并评价微贮秸秆产品的奶牛瘤胃干物质消失率。结果表明:1.8 MPa 200s预处理后微贮饲料的品质最佳,其中粗蛋白质含量10.85%,是2.0MPa 150s预处理组(5.99%)近两倍(P0.05),高于对照组(8.38%)和1.2 MPa 200s预处理组(10.46%);1.8MPa 200s预处理组的奶牛瘤胃干物质消失率也最高,达到77.36%,极显著高于对照组和1.2MPa 200s预处理组(P0.01),显著高于2.0MPa 150s预处理组(P0.05)。综上,瞬时弹射式蒸汽爆破预处理结合乳酸菌微贮后的干黄玉米秸秆品质较好,在反刍动物养殖中具有一定应用价值。