复合菌系XDC-2分解未经化学处理的水稻秸秆

利用最近筛选得到的一组木质纤维素分解复合菌系XDC-2分解未经任何化学方法预处理的水稻秸秆,结果表明,接种后第6 d,胞外木聚糖酶活达335 U/mL。经分解12 d,水稻秸秆总质量减少率达39.71%,其中半纤维素质量减少率为78.27%,纤维素质量减少率为14.08%。在分解第6 d,产物种类及含量均达到最多,共检测出4主要的物质分别为乙酸、丙酸、丁酸和甘油,这些有机物均可在工业生产中得到转化和利用。DGGE分析表明,复合菌系XDC-2在分解未处理水稻秸秆过程中的微生物组成结构稳定。结果表明,复合菌系XCD-2对于未经任何化学方法预处理的水稻秸秆分解能力强,极具开发利用潜力。     

玉米芯和桉木的低温热解特性

为实现生物质资源的分级综合利用,该文采用热重分析仪和裂解气质联用仪进行了对玉米芯和桉木低温热解特性的研究。试验结果表明不同生物质原料低温快速热解产物有明显差异,玉米芯的低温快速热解产物主要有乙酸、2,3-二氢-苯并呋喃和2-甲氧基-4-乙烯基苯酚,而桉木的产物主要是乙酸、糠醛和5,6-二氢-4-羟基-吡喃-2-酮。生物质低温快速热解产物种类较少,分布较为集中,玉米芯和桉木的酸类、呋喃类,桉木的吡喃类热解产物相对含量随温度上升而降低。生物质低温热解能有效分解其半纤维素,这为降低中温热解油的酸性和水分提供了理论指导。     

复合菌系预处理稻秆半连续厌氧发酵产甲烷性能

利用复合菌系预处理稻秆进行半连续厌氧发酵,通过高通量测序和宏基因组技术,研究复合菌系降解稻秆产酸效果,并对微生物菌群结构及功能进行解析,进而将其用于半连续厌氧发酵产甲烷。结果表明:复合菌系对稻秆的降解主要发生在前3 d,稻秆的降解率达到64.05%,复合菌系预处理稻秆12 d,稻秆的降解率达到89.02%,半纤维素、纤维素和木质素的降解率分别达到88.73%、80.51%和62.68%;复合菌系预处理稻秆的代谢产物以乙酸和丁酸为主,其含量分别占总VFAs挥发性脂肪酸的54.51%和29.02%。复合菌系主要由Cellulosilyticum、Prevotella、Pseudomonas、Mobilitalea、Lysinibacillus、Clostridium和Oscillibacter等组成,它们对碳代谢的相对贡献度均在45%以上,其中,Prevotella和Cellulosilyticum对果糖、甘露糖代谢和戊糖转化的相对贡献度最大,分别达到20.90%和11.98%,Pseudomonas对木质素降解的相对贡献度最大,达到7.5%。利用复合菌系预处理稻秆进行半连续厌氧发酵,日产气量、甲烷含量和日甲烷产量分别较对照增加了11.34%、25.24%和34.10%,日甲烷产量始终保持在200 mL/d左右。复合菌系预处理稻秆能有效提高稻秆厌氧发酵产甲烷的效率。     

重组多功能木聚糖酶酶解条件的优化

重组多功能木聚糖酶(recombinant multi-functional xylanase,RMFXase)是以草菇为表达载体,具有多种酶活力的新型酶。为揭示该酶与底物的作用规律,同时为转基因酶的应用提供基础数据,该文利用重组多功能木聚糖酶水解南方特色的甘蔗加工废弃物生产低聚木糖,通过响应面法建立以重组多功能木聚糖酶质量浓度、底物质量浓度和酶解时间为控制因素的反应动力学方程组,从而推导得到酶解最佳工艺参数。试验并通过高效液相色谱法法,监测反应过程中产物的动态变化,分析产物的生成规律。结果表明,通过响应面法推导出符合连续式酶解反应器的最佳酶解工艺参数为:加酶量900 U/mL、底物质量浓度110 mg/mL、反应时间80 min。该条件下酶解木聚糖含量为54.7%的蔗渣半纤维素,得到的低聚木糖DP值达到3,酶解率达到23.94%。酶解过程中重组多功能木聚糖酶表现出高内切-β-1,4-木聚糖活力,优先降解大分子木聚糖,后期产物主要以木二糖和木三糖为主,且底物纯度越高,底物利用率越高。     

γ射线辐照降解木聚糖的机理研究

为了探讨γ射线辐照降解半纤维素的机理,以木聚糖为模型化合物,经0、200、400、600、800、1 000、1 200 k Gy剂量的辐照后,采用扫描电镜(SEM)、傅里叶拉曼光谱(FT-Raman)、气相色谱质谱联用仪(GC-MS)研究其表观形貌结构、分子结构及降解产物的变化特征。结果表明,γ射线辐照处理后木聚糖表观形貌结构发生破坏,多孔性增加;随着辐照剂量升高,木聚糖3 354 cm~(-1)处拉曼光谱峰强度降低且峰位发生红移,1 122 cm~(-1)和1 093 cm~(-1)处拉曼光谱峰强度逐渐减弱,表明木聚糖分子中的氢键、糖苷键发生破坏;木聚糖降解产物的GC-MS分析表明,辐照处理后木聚糖乙酸乙酯提取液中共检测到18种脂肪酸类化合物、5种糖类化合物和2种呋喃类化合物,其相对含量分别在1 200、800和1 200 k Gy达到最大值(16.59%、1.46%和1.03%)。本研究结果为木聚糖γ射线辐照降解产物全利用提供了支持。     

玉米芯碱液预处理条件优化

该文对木质纤维素原料玉米芯碱液预处理条件进行了优化,以去除木质素,提高半纤维素、纤维素的酶解得率为目的。采用单因素多水平和正交试验方法得到最优预处理条件为：预处理时间12 h,温度70℃,液固比23︰1,反应液中各物质质量分数为氨水2.5%、过氧化氢 0.6%、硅酸钠5%、硫酸镁0.05%。在此最优条件下,玉米芯残渣得率为59.74%、半纤维素保留率为56.60%、纤维素的保留率为86.20%、木质素的保留率为11.83%。残渣经分步酶解（木聚糖酶和纤维素酶）,半纤维素、纤维素、总的酶解得率分别为41.36%、88.09%、69.21%,比未经预处理的玉米芯酶解得率分别提高了39.18%、40.89%、44.88%。结果表明,酶解得率与半纤维素的损失、木质素的去除有直接相关性。     

纤维素木聚糖和木质素含量对生物质热解特性及产物的影响

采用热重法研究了纤维素、木聚糖和木质素含量对生物质热解特性的影响,分析了三组分相互混合热解时的交互作用规律,及其对热解动力学参数的影响;同时,在生物质真空热解液化系统上考察了三组分含量对热解液化产物分布及生物油组成的影响。结果表明,纤维素热解较为剧烈,生物油中芳香族、糖类、醛类和醇类含量较高;木聚糖的热稳定性较差,生物油中芳香族、酮类和酸类物质较多;木质素热解较为平缓且固体残留物较多,生物油成分主要为芳香族化合物。纤维素对活化能和指前因子的影响较大,木聚糖和木质素对反应级数的影响较大;纤维素的热解有利于减少固体残留物,而木质素的热解产物有利于促进糖类的分解;木聚糖对纤维素的热解具有明显的抑制作用;木聚糖能促进木质素的低温热解,两者混合热解对生物油组成影响较小。因此,高纤维素含量的生物质可以获得更高的生物油产率,且适量的木质素有利于促进纤维素的分解,为进一步提高生物油产率和品质提供了理论依据。     

氧浓度对复合菌系MC1纤维素降解能力的影响

堆肥系统内氧浓度一直是影响堆肥进程的重要因子,它决定了堆肥系统中微生物活动的强弱,从而影响堆肥中复杂有机物的分解速率.该文研究了氧浓度对纤维素降解复合菌系MC1功能的影响.通过不同封口方式与不同大小容器培养实验,揭示静置培养条件下复合菌系MC1在纤维素降解过程中,氧浓度对该复合菌系分解纤维素能力的影响.得出复合菌系MC1在微耗氧条件下(＜0.05 mg/L)分解纤维素,分解纤维素最佳的氧浓度范围在0.01～0.02 mg/L,氧浓度过高或过低均不利于纤维素的分解.特定氧浓度有利于复合菌系MC1执行分解功能.     

微生物降解秸秆原理简析

农作物秸秆来源丰富,取材方便,秸秆还田不仅节约资源,还可以提高土壤质量。秸秆的快速降解是秸秆还田效率的关键,微生物参与秸秆分解的多个环节,特别是对秸秆中的纤维素、半纤维素以及木质素的分解起着至关重要的作用。     

纤维素高效分解复合菌系筛选及分解特性研究

以小麦秸秆纤维素为主要原料,在纤维素分解过程中,通过继代转接,筛选和驯化了一组高效而稳定的纤维素高效腐解菌系CMS-3。筛选出的复合菌系在50℃,静止培养条件下,在第7天可使未经任何处理的麦秸的分解率达到73%,其中纤维素、半纤维素的分解率分别为67%、75%,而对木质素的分解能力很低。复合菌系CMS-3经过多次继代筛选和培养,菌系种类组成和分解能力都具有较好的稳定性。复合菌系CMS-3中的菌种主要由隶属于芽孢杆菌属、梭菌属和瘤胃杆菌属组成,菌群结构稳定。     

复合菌系MC1预处理对玉米秸秆厌氧发酵产甲烷效率的提高

采用高效纤维素分解菌复合系MC1对玉米秸秆进行预处理,以提高玉米秸秆厌氧甲烷发酵的效率和产气量。复合菌系预处理的结果表明,预处理发酵液的pH值呈先下降后升高的趋势,与以往的复合菌系发酵产物pH值特性相似。在14 d的预处理过程中,秸秆质量减少了59.0%,其中纤维素减少了53.1%,半纤维素减少了76.4%。发酵液中的可溶性糖含量最大值出现在第2 d,为1.44 g/L。化学需氧量（COD）和挥发性产物最大值均出现在第4 d,监测到的5种挥发性产物的量分别为乙醇2.38 g/L、乙酸0.57 g/L、丙酸0.11 g/L、丁酸0.62 g/L和甘油0.22 g/L,因此,处理4 d后最适合甲烷发酵。厌氧发酵的结果表明,与未处理的玉米秸秆的厌氧发酵相比,预处理后的秸秆总产气量和总甲烷量分别了提高了33.0%和58.1%。结果表明,MC1对玉米秸秆预处理后,可明显提高甲烷产量,具有较高的利用潜力。     

Processing of rice husk autohydrolysis liquors for obtaining food ingredients

Rice husks are of a lignocellulosic nature, with a hemicellulose fraction made up of substituted arabinoxylan. Rice husks were treated with hot, compressed water (autohydrolysis reaction) under optimized conditions to cause the hydrolytic degradation of arabinoxylan. The reaction products contained volatile components and nonvolatile components (NVC), which were made up of hemicellulose-derived products (substituted oligosaccharides and monosaccharides) and other nonvolatile solutes (ONVS). To decrease the content of ONVS, concentrated autohydrolysis liquors were first subjected to ethyl acetate extraction and then subjected to various alternative treatments (solvent precipitation, freeze-drying solvent extraction, or ion exchange). The resulting liquors were assayed for composition and yield determination. Material balances are presented for the several processes considered. The best results in terms of purification were obtained with sequential stages of ethyl acetate extraction and ion exchange, which led to concentrates with hemicellulose-derived compounds (sugars and substituted sugar oligomers) accounting for 92 wt % of the NVCs.     

秸秆对猪粪静态兼性堆肥无害化和腐熟度的影响

为促进猪粪静态兼性堆肥产品无害化和腐熟,通过添加玉米秸秆调控堆体物理结构特性和碳氮比,采用传统自然发酵方式进行为期90d的静态兼性堆肥试验,分别设置纯猪粪处理(P)和秸秆调控处理(PC)研究静态兼性堆肥过程腐熟度指标、粪大肠菌群以及微生物群落结构演变特征。结果表明,秸秆调控增加了堆体孔隙率(提高19.41%),促进氧气向堆体内部扩散,增强了好氧微生物对有机质的降解,降低NH₄⁺-N,可溶性有机氮(dissolved total nitrogen, DTN)等植物毒性物质含量,提升了堆肥腐熟度,两组处理堆肥产品种子发芽指数分别为40.84%(P)和114.60%(PC)。静态兼性堆肥经过30～40 d自然发酵后,粪大肠菌群数量达到卫生安全标准,堆体温度、NH₄⁺-N和有机酸含量均会影响粪大肠杆菌的活性。堆体中微生物以厚壁菌门、放线菌门、变形菌门等与木质纤维素降解相关的菌门为优势菌门,堆体自上而下由好氧菌属演替为厌氧菌属,并形成好氧、兼性、厌氧的微生物分层。秸秆调控增加了堆体的好氧区域,促进和提高了猪粪...     

碱浓度和温度对玉米秸秆木聚糖提取率和品质的影响

由于提取率和产品品质等方面的原因,作为玉米秸秆主要成分之一的木聚糖还未能得到充分有效的利用。为改善玉米秸秆木聚糖的提取率和品质,对影响木聚糖提取的碱浓度和温度2个关键因素进行了研究。使用组分分析和凝胶渗透色谱等手段对木聚糖得率、纯度和结构进行了研究,同时分离得到纤维素和醇溶木质素。结果表明,Na OH浓度对木聚糖得率和结构的影响比温度显著,较优提取条件为:Na OH浓度为10%(w/v),提取温度90℃,此条件下木聚糖的溶出率和回收率分别为86.37%和76.92%,木聚糖纯度为63.90%。凝胶渗透色谱结果显示,碱浓度的增加使木聚糖的分子量降低,而随温度的升高则呈先升后降的趋势。此外,提取剩余物中纤维素的含量随碱浓度和温度强度的增加而增加。研究证明组合适当的碱浓度和提取温度可以在保证品质的前提下得到较高的木聚糖提取率。     

Chemical composition and enzymatic degradability of xylem and nonxylem walls isolated from alfalfa internodes

During plant maturation, degradability of alfalfa (Medicago sativa L.) stems declines due to accumulation of highly lignified xylary tissue. Xylem and nonxylem tissues dissected from lower alfalfa internodes were analyzed for cell wall constituents and degradability. Cell walls comprised 740 mg g(-1) of xylem and 533 mg g(-1) of nonxylem tissues. Xylem tissues contributed about 60% of the cell wall mass in internodes. Xylem walls contained 28% lignin, 4% pectin, 29% hemicellulose, and 39% cellulose as compared to 15% lignin, 25% pectin, 30% hemicellulose, and 30% cellulose in nonxylem walls. Fungal enzymes hydrolyzed 22 and 73% of the structural carbohydrates in xylem and nonxylem walls, respectively. In both cell wall fractions, the release of xylose was 56-90% lower than that of other sugars, indicating that lignin preferentially restricted xylan degradation in secondary walls and xyloglucan degradation in primary walls. Elucidation of lignin-xylose interactions may reveal strategies for improving fiber degradability of alfalfa.     

l‐Arabinose Release from Arabinoxylan and Arabinogalactan Under Potential Gastric Acidities

Arabinofuranosyl groups are present in many hemicelluloses as single or multiple units attached to the main xylan or galactan chain where they are sensitive to acid hydrolysis. Under acidic conditions of the human stomach, up to 10% of the L‐arabinose is released from the hemicellulose of corn hull, larch wood, and banana peel hemicellulose.     

酒糟型生物有机肥初始酵解条件对木质纤维

木质纤维是有机物料堆肥化过程最难降解的物质,影响着堆肥化进程。提高木质纤维降解,有利于促进堆肥的快速腐熟,提高堆肥质量。试验应用二次通用回归旋转组合设计四因素（1/2 实施） 方案,研究酒糟型生物有机肥堆制初始条件对总碳、木质纤维降解的影响,旨在为木质纤维高效快速降解提供理论依据。结果表明,在本试验条件下,秸糟比对总碳、半纤维素的影响作用最大;含水率对纤维素、木质素的影响作用最大。实现总碳等较好降解效果的各因子配比方案范围为: pH值6.63～7.02,接种量0.49%～0.551%、含水量65.52%～66.68%、秸糟比41.61%～44.32%。     

农林废弃物对厨余垃圾堆肥腐殖化的影响与微生物驱动机制

高碳源农林辅料复配是实现厨余垃圾好氧堆肥促腐提质的关键技术,但不同辅料对厨余垃圾堆肥过程腐殖化的影响及其相应的微生物驱动机制仍不清楚,从而限制了对辅料的有效筛选与利用。为此,该研究选用园林废弃物、玉米秸秆和西瓜秧3种典型高碳源农林废弃物为辅料,探究其对厨余垃圾堆肥过程有机质腐殖化的调控效果与机制。研究结果表明：相较于园林废弃物和西瓜秧,添加15%玉米秸秆（湿质量）作为辅料,能够有效调节堆体物料结构,富集功能微生物,促进厨余垃圾堆肥产物腐熟度提升,种子发芽指数可达139%。具体而言,西瓜秧蛋白质含量较高,作为辅料能够在堆肥初期促进堆体快速升温,但不利于高温期延续,且产物腐殖化程度较低。相比之下,园林废弃物和玉米秸秆添加可以在高温期和降温腐熟期富集更多Ureibacillus、Bacillus Oceanobacillus和Flavobacterium等具有木聚糖降解和纤维素降解功能的细菌,促进有机质转化为多酚、氨基酸等腐殖质前驱物,进而推动稳定的腐殖酸生成。特别是玉米秸秆作为辅料时有效增加了具有木质纤维素降解功能的细菌,从而能够加速有机质的降解,促进腐殖化提升75%,研究结果为选取适宜的辅料强化厨余垃圾堆肥产品品质提供参考。     

Rapid determination of carbohydrates, ash, and extractives contents of straw using attenuated total reflectance fourier transform mid-infrared spectroscopy

Analysis of the chemical components of lignocellulosic biomass is essential to understanding its potential for utilization. Mid-infrared spectroscopy and partial least-squares regression were used for rapid measurement of the carbohydrate (total glycans; glucan; xylan; galactan; arabinan; mannan), ash, and extractives content of triticale and wheat straws. Calibration models for total glycans, glucan, and extractives showed good and excellent predictive performance on the basis of slope, r2, RPD, and R/SEP criteria. The xylan model showed good and acceptable predictive performance. However, the ash model was evaluated as providing only approximate quantification and screening. The models for galactan, arabinan, and mannan indicated poor and insufficient prediction for application. Most models could predict both triticale and wheat straw samples with the same degree of accuracy. Mid-infrared spectroscopic techniques coupled with partial least-squares regression can be used for rapid prediction of total glycans, glucan, xylan, and extractives in triticale and wheat straw samples.