响应面法优化β-葡萄糖苷酶均相水解的工艺条件

以蒸汽爆破玉米秸秆酶水解液为底物,选取温度、pH和酶用量为自变量,水解液中的葡萄糖含量为响应值,利用Box-Benhnken中心组合试验和响应面（RSM）分析法对β-葡萄糖苷酶均相水解条件进行优化。结果表明：水解温度和酶用量对葡萄糖含量影响显著;β-葡萄糖苷酶均相水解纤维二糖的最佳工艺为：温度52℃,pH4.0,酶用量1 IU/mL。在此条件下,3次验证实验的平均葡萄糖浓度为52.81 mg/mL。     

稀硫酸催化水解小麦秸秆

[目的]确定稀硫酸催化水解小麦秸秆的最优工艺条件。[方法]以小麦秸秆为原料,在稀硫酸催化条件下进行热水解,分别考察水解温度、硫酸浓度、水解时间对小麦秸秆水解液中还原性糖含量的影响,从而确定小麦秸秆的最优水解工艺。[结果]在硫酸浓度为5.0%,水解时间为150 min,水解温度为120℃的试验条件下小麦秸秆水解液中还原性糖含量最高,在此条件下所得还原性糖的产率为83.3%。[结论]该研究可为更好地利用小麦秸秆提供一定的理论依据。     

玉米秸秆酸解产糖影响因素研究

[目的]考察影响玉米秸秆稀酸水解产糖的主要因素,为进一步提高玉米秸秆利用率提供参考。[方法]通过单因素和正交设计试验分别考察稀酸浓度（稀H2SO4）、酸解温度、固液比、酸解时间对玉米秸秆酸解产糖得率的影响。[结果]酸解温度、酸解时间、稀酸浓度、固液比对酸解产糖得率均有影响,影响大小顺序依次为酸解温度〉稀酸浓度〉酸解时间〉固液比。正交试验结果表明,最适酸解条件为酸解温度120℃,稀酸浓度1.5%,酸解时间60min,固液比7.5%,在该试验条件下还原糖得率为29.64%。[结论]此研究为进一步提高玉米秸秆利用率和转化率提供重要的理论依据和借鉴意义。     

玉米秸秆木糖水解液的脱色研究

[目的]为玉米秸秆木糖水解液的生产提供科学依据。[方法]用活性炭对玉米秸秆木糖水解液进行脱色研究,通过正交试验确定玉米秸秆木糖水解液脱色的较优工艺参数。[结果]以活性碳对玉米秸秆木糖水解液脱色的较优工艺参数为:活性炭用量5%,温度60℃,时间30 min。在该工艺条件下木糖水解液的脱色率为95.27%,木糖保留率为80.12%。[结论]以该优化工艺脱色,玉米秸秆木糖水解液的脱色率和木糖保留率均取得较好效果,该工艺稳定可行。     

微波酸预处理玉米秸秆纤维素酶水解条件研究

【目的】将预处理过的玉米秸秆的髓、皮和叶子分别进行纤维素酶解处理,确定纤维素酶水解预处理后玉米秸秆不同部分的最适条件,找出最适合做燃料酒精原料的部分。【方法】分别对微波酸预处理后的玉米秸秆髓、叶子、皮纤维素酶水解的酶用量、pH值、温度、时间4个因素进行单因素试验和正交试验,并对正交试验结果进行验证。【结果】4个因素对玉米秸秆髓、叶子和皮纤维素酶酶解的影响顺序均为酶用量>温度>时间>pH。玉米秸秆髓、叶子和皮的最佳纤维素酶酶用量分别为3 000,3 500,4 000 U/g,最佳温度分别为44,44,47℃,最佳水解时间分别为84,96,96 h,最佳pH分别为5.2,5.4,5.4,在最佳水解条件下,水解液中还原糖含量分别为3.468 7,3.101 6,1.828 1 mg/mL。【结论】玉米秸秆的髓和叶子适合制备燃料酒精,秸秆皮所用的纤维素酶酶用量最大,但水解液中还原糖含量最低,不适合作燃料酒精的原料。     

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。     

秸秆可溶性糖测定时样品前处理条件的优化

为确定秸秆可溶性糖测定时样品的最佳前处理条件,研究单因素对玉米秸秆和小麦秸秆可溶性糖得率的影响。利用中心组合试验(Box-Behnken)和响应曲面法(RSM)对主要前处理参数进行优化,并得到回归模型。结果表明:固液比(秸秆质量与水体积比)、水浴温度、提取时间和存放时间对玉米秸秆和小麦秸秆可溶性糖得率影响显著(P<0.05)。回归方程较好的反映了可溶性糖得率与固液比、水浴温度和提取时间的关系。玉米秸秆可溶性糖测定的最佳前处理条件为,固液比0.31g/mL,水浴温度94℃,提取时间63min,此条件下的可溶性糖得率为3.85%。小麦秸秆可溶性糖测定的最佳前处理条件为,固液比0.33g/mL,水浴温度95℃,提取时间58min,此条件下的可溶性糖得率为3.39%。     

β-葡聚糖酶水解小麦秸秆制备纤维寡糖的条件优化

【目的】探索商品化β-葡聚糖酶水解小麦秸秆制备纤维寡糖的最佳条件,为纤维寡糖的工业化生产提供科学依据。【方法】采用浓硫酸和浓盐酸混酸降解微晶纤维素制备纤维寡糖混合物,通过分离纯化得到聚合度为2—5的纤维寡糖单一组分。用所得纤维二糖作为标准品测定小麦秸秆酶解产物中的纤维二糖,并以纤维二糖含量和小麦秸秆转化率为衡量指标,研究酶解反应温度、pH、反应酶底比E/S、反应底物浓度、反应时间对寡糖生成的影响。【结果】采用活性炭柱层析法得到了高纯度的聚合度2-5的纤维寡糖单一组分;当酶解反应温度为50℃、pH为5.5、E/S为0.4、底物浓度为2%、时间10 h时酶解效果最好,小麦秸秆总转化率达到55.57%,纤维二糖得率为148.15 mg•g-1秸秆。【结论】活性炭柱层析可以很好地分离纤维寡糖,得到了聚合度为2—5的纤维寡糖单一组分;酶解小麦秸秆总转化率及纤维二糖得率均提高。     

响应面法优化玉米秸秆酶水解条件的研究

针对玉米秸秆制取燃料乙醇过程中玉米秸秆酶水解效率低的问题,利用响应面法对玉米秸秆酶水解条件进行优化。首先通过两水平Plackett-Burman试验中8个因素,筛选出3个对还原糖产率影响最大的因素(酶浓度、温度和固液比),再通过最陡爬坡试验确定其最优区域,然后通过Box-Behnken设计和响应面法进一步确定因素间相互关系和以还原糖最大产率为目标的最优条件。结果表明:酶浓度和固液比、温度和固液比间的交互作用对酶水解的影响显著,还原糖最大产率(42.97%)的最优条件为酶浓度55.45U.g-1,酶比例2∶1,温度44.39℃,pH值5.0,固液比1∶10.3,转速140r.min-1,酶解时间72h,Mg2+浓度0.01%。     

不同氨处理对玉米秸秆糖化效果的影响

为提高秸秆中还原糖含量,增加其营养价值,选择对于动物无害的尿素和碳酸氢铵试剂对玉米秸秆进行处理,对比不同氨源处理对玉米秸秆糖化效果的影响。通过正交设计分别对尿素、碳酸氢铵进行不同浓度、温度、时间、液固比最佳处理条件分析;在最佳试验条件基础上,将尿素和碳酸氢铵与过氧化氢进行单一和复合处理。结果显示:尿素处理组中各因素对酶解还原糖得率均无显著影响(P0.05);碳酸氢铵各因素对酶解还原糖得率有显著影响(P0.05)。碳酸氢铵单独处理玉米秸秆,酶解后还原糖含量达216.55 mg/g,氮含量为1.19%,与双氧水复合处理差异不显著(P0.05)。由此表明,碳酸氢铵单独处理对提高秸秆营养价值效果显著。     

利用玉米秸秆酶解液发酵胶质芽胞杆菌WY120的研究

胶质芽胞杆菌WY120是微生物肥料生产常用菌株,传统的生物钾肥菌剂发酵生产的主要原料是采用淀粉、蔗糖和葡萄糖等。以玉米秸秆为原料,通过与淀粉蔗糖培养基发酵培养胶质芽胞杆菌的比较研究,探讨了玉米秸秆酶解液作为碳源发酵生产胶质芽胞杆菌的可行性。结果显示,玉米秸秆酶解液作为碳源发酵生产的胶质芽胞杆菌,其活菌数为3.52×108 cfu/mL,是淀粉蔗糖培养基的1.63倍。秸秆酶解液培养基的优化试验结果显示,其最佳初始葡萄糖浓度为15 g/L,活菌数可达到3.95×108 cfu/mL。当转速为250 r/min,pH控制在7.0~7.2时,5 L发酵罐的试验结果显示,其活菌数高达6.76×108 cfu/mL,是摇瓶培养的1.71倍。研究结果表明,玉米秸秆可替代传统的淀粉蔗糖为碳源发酵生产胶质芽胞杆菌,为玉米秸秆资源化利用提供了一种新途径。     

基因工程菌发酵秸秆水解液产生物柴油

目前生物柴油的价格是石化柴油的15倍,寻求新的廉价易得的原料降低生物柴油的成本是必然趋势。作物秸秆是一种低廉普遍的废弃物,秸秆中含有纤维素,半纤维素等成分,水解成单糖后可以作为合成生物柴油所需的糖类来源。利用前期研究构建的基因工程菌Escherichia coli pET28a(+) PAW发酵秸秆(玉米秸秆和小麦秸秆)水解液得到乙醇,并在胞内将乙醇与外源添加的脂肪酸进行同步转化合成生物柴油的主要成分脂肪酸乙酯。HPLC分析表明玉米水解液中葡萄糖含量(1040 g·L-1)较高,小麦水解液中木糖含量(4056 g·L-1)较高。E. coli pET28a(+) PAW能够有效地以小麦和玉米两种秸秆水解液作为糖类替代物发酵生产生物柴油,小麦水解液培养基中的生物柴油含量(030 g·L-1)高于玉米水解液培养基中的含量(025 g·L-1),同时也高于现有报道。结果表明,以秸秆水解液作为原料,利用基因工程菌合成生物柴油是可行的,有助于降低生物柴油的原料成本。     

玉米秸秆不同预处理方式对育苗钵制备的影响

针对制钵浆液粘度低和吸附时间等参数不确定问题,以不同预处理玉米秸秆为原料提出负压吸附工艺制备育苗钵方法。探究四种预处理原料表观粘度与制钵可行性。结果表明,纯玉米秸秆浆液表观粘度最低,加入猪粪可提高原玉米秸秆浆液粘度;碱处理玉米秸秆浆液粘度最高,混入纯秸秆可降低浆液粘度,提高浆液均匀性;纯玉米秸秆浆液和混入猪粪玉米秸秆浆液可使育苗钵湿坯均匀度达80%,成型率100%,但无法脱模;碱处理秸秆浆液及混入纯秸秆后秸秆浆液均可成型,TS 1%~4%,吸附时间5~45 s,TS增大,吸附时间减小。该研究为制钵浆液制备、参数确定奠定理论基础。     

基于离散元法玉米秸秆双层粘结模型力学特性研究

针对玉米秸秆外表皮与内穰力学特性存在显著差异问题,建立离散元玉米秸秆双层粘结双峰分布模型,通过力学试验与虚拟仿真试验对比,标定玉米秸秆外表皮和内穰力学参数,校正离散元模型,探究玉米秸秆力学特性.结果表明,采用离散元Hertz-Mindlin with bonding颗粒接触方法可建立玉米秸秆双层粘结双峰分布模型.完善DEM方法建立玉米秸秆颗粒粒度随机分布的双层粘结模型方法.通过力学试验得出青贮玉米秸秆外表皮弹性模量和剪切模量分别为982.52和387.58 MPa,青贮玉米秸秆内穰弹性模量和剪切模量分别为28.64和8.13 MPa,外表皮木质部与内穰纤维部力学特性差异显著.计算得出外表皮-外表皮、外表皮-内穰、内穰-内穰之间粘结参数.通过单轴压缩试验,剪切与虚拟仿真试验对比验证离散元模型可靠性.文章所建立玉米秸秆双层粘结双峰分布离散元模型表征两者力学特性差异,为青贮玉米饲料数值化研究提供理论依据.     

巯基改性玉米秸秆粉对水体重金属离子的吸附性能初探

【目的】探讨巯基改性玉米秸秆粉对水体重金属离子的吸附性能,为农业秸秆的资源化利用及污水治理提供理论依据。【方法】以化学改性的方法,制备出吸附剂巯基改性玉米秸秆粉,并以未改性的玉米秸秆粉为对照,通过批试验探讨巯基改性玉米秸秆粉对水溶液中重金属离子(Zn²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺和Hg²⁺)的吸附性能。【结果】改性玉米秸秆中含有9.8 g/kg的巯基。未改性玉米秸秆粉对水体重金属离子的吸附率不足5%,而经巯基改性后可达97%以上。巯基改性玉米秸秆粉在pH 5～7时对Hg²⁺的吸附量达到稳定,对水体中除Pb²⁺以外的其余重金属离子吸附能力达到最大时的pH为6～9。随着重金属离子质量浓度的增加,巯基改性玉米秸秆粉吸附量呈先迅速增加后趋于稳定的变化趋势,该吸附过程可用Langmuir模型描述,吸附机理可能为络合作用主导的吸附过程。【结论】巯基改性玉米秸秆粉是对水体重金属离子具有较好吸附能力的潜在吸附剂。     

几种生物质热解炭基本理化性质比较

生物炭由生物质材料在无氧或缺氧条件下经高温裂解形成,是土壤改良和废弃物处理的良好改良剂。选取五种生物质原料(大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳和松针,均为农林废弃物),经300、400、500、600和700℃热解2 h,测定其结构及理化性质。研究结果表明,生物炭炭化结构良好清晰;生物质形成生物炭在BET比表面积、T-PLOT微孔容积、p H和阳离子交换量值方面均随热解温度升高而升高,大豆秸秆和玉米秸秆比表面积在700℃时达到最高;平均孔径随热解温度升高有一定程度下降;700℃下水稻秸秆和稻壳形成生物炭具有最高硅含量。除松针炭外,其余各生物炭呈碱性。     

玉米秸秆接触物理参数测定与离散元仿真标定

为提高离散元方法模拟玉米秸秆揉碎过程的准确性,试验测定玉米秸秆与揉碎机锤片、玉米秸秆与玉米秸秆的接触参数。以径向堆积角相对误差值为评价指标,应用正交方法标定玉米秸秆离散元仿真需要输入的接触参数。结果表明:玉米秸秆与揉碎机锤片碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.663、0.226、0.119;玉米秸秆与玉米秸秆碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别设置为0.485、0.142、0.078,此参数组合为玉米秸秆离散元仿真接触参数的最优方案,仿真结果与试验结果的相对误差为8.127%。     

超声波预处理玉米秸秆的条件优化

为加速纤维素酶对玉米秸秆的分解效率,采用超声波预处理玉米秸秆。研究超声波处理时间、功率、温度等因素对处理效果的影响,通过Box-Behnken中心组合试验设计优化超声波预处理玉米秸秆的条件。结果表明,超声波预处理玉米秸秆的最优条件为:料液体积比为1∶30,超声时间10min,温度45℃,功率140W。用纤维素酶酶解在优化条件下超声处理的玉米秸秆,酶解效果较好。