NaOH预处理对玉米秸秆纤维结构特性和酶解效率的影响

为研究不同温度下Na OH预处理对玉米秸秆纤维结构特性和酶解得率的影响,为确定纤维原料碱法预处理的适宜条件提供理论依据,采用稀Na OH溶液对玉米秸秆分别在60、80、105℃下预处理,测定了预处理前后纤维原料的化学组成和酶解得率,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(IR)对预处理前后玉米秸秆的纤维结构进行了表征。结果表明:Na OH预处理能够有效脱除玉米秸秆中木质素,增加纤维素和半纤维素比例,提高纤维素结晶度,产生的润涨作用导致纤维束状结构疏松。Na OH 80℃预处理1 h后,玉米秸秆中纤维素结晶度达到63.7%,60 h的酶解得率达到71.4%;碱处理温度进一步升高则会充分暴露纤维表面纹孔,同时使纤维素分子内氢键重新形成,容易进一步损失半纤维素,降低纤维素的润涨程度,从而降低酶解效率。80℃条件下碱处理能够有效改善玉米秸秆纤维结构,提高其转化利用效率。     

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。     

Effect of glucose addition and N sources in defined media on fibrolytic activity profiles of Neocallimastix sp. YQ1 grown on corn stover

Cleavage of plant cell wall arabinoxylans occurs by the action of ferulic acid esterase (FAE) and acetyl esterase (AE), which cleave feruloyl groups substituted at the 5'-OH group of arabinosyl residues and acetyl groups substituted at O-2/O-3 of the xylan backbone, respectively. In this study, we examined the enzyme profiles of the anaerobic rumen fungus Neocallimastix sp. YQ1 for FAE, AE and polysaccharide hydrolases when grown on corn stover, a lignin-rich waste biomaterial. A 2 × 4 factorial experiment in 10-days pure cultures was used to test glucose addition (G(+) : glucose at 1.0 g/l, G(-) : no glucose) and four N sources (N1: 1.0 g/l yeast extract, 1.0 g/l tryptone and 0.5 g/l (NH(4))(2) SO(4); N2: 2.8 g/l yeast extract and 0.5 g/l (NH(4))(2) SO(4) ; N3: 1.6 g/l tryptone and 0.5 g/l (NH(4))(2) SO(4); N4: 1.4 g/l tryptone and 1.7 g/l yeast extract) in defined media. The optimal combinations of glucose and N sources to promote FAE and AE activity were G(+) N2 and G(+) N4, respectively. The peak activities of FAE and AE occurred on days 9 and 10, respectively. Addition of glucose and an increase in yeast extract and/or tryptone to a Hungate's medium favoured fungal production of volatile fatty acids, which could be just a consequence of more organic matter available to digest. This suggests that enzymatic release of ferulic acid by a synergistic action of lignin hydrolytic esterase and polysaccharide hydrolases may be essential for plant cell wall biodegradation in the rumen.     

几种化学物质对稻草秸秆酶解糖化的影响

在木质纤维素酶解研究领域,高浓度还原糖的获得是实现其能源转化的基础。以稀硫酸预处理后的稻草秸秆为原料,初始酶解物料条件为20%(重量/体积),木聚糖酶220U.g-(1底物),纤维素酶6FPU.g-(1底物),果胶酶50U.g-(1底物),选取吐温80(Tween80)、MgSO4、FeSO4、聚乙二醇(PEG)和牛血清白蛋白(BSA)作为酶解体系添加物,分别考察了其添加量对还原糖浓度的影响。试验结果表明:在稻草秸秆酶解体系中,Tween80、MgSO4、FeSO4、PEG和BSA5种化学物质各自最佳添加量分别为0.05、0.0005、0.02、0.01g和0.0005g.g-(1底物);助催化作用强度依次为MgSO4>Tween80>BSA>FeSO4>PEG。添加MgSO40.0005g.g-(1底物),48h糖化后,还原糖浓度达到72.45g.L-1,比对照提高了7.98%。试验结果表明添加适量化学物质可以有效提高还原糖浓度。     

微生物发酵爆破秸秆生产动物饲料培养基的优化

为了促进秸秆饲料资源开发及其在动物饲养中的应用,对爆破玉米秸秆米曲霉固体发酵生产动物饲料的固体发酵培养基进行优化。以爆破玉米秸秆为主要原料(81%～100%),以玉米(0、2.5%、5.0%)、麸皮(0、2.5%、5.0%)、豆粕(0、2.5%、5.0%)和营养液(0、2.0%、4.0%)设计四因素三水平正交试验,固体发酵6d后,测定发酵产物纤维素降解率、滤纸酶活性和羧甲基纤维素(CMC)酶活性,选择最佳发酵培养基。结果表明,纤维素降解率和滤纸酶活性最高的培养基组合为:83.5%爆破玉米秸秆、5.0%玉米、2.5%麸皮、5.0%豆粕和4.0%营养液,其中营养液、豆粕和玉米的不同水平对纤维素的降解率有显著影响(P<0.05)。CMC酶活性最高的培养基组合为:86%爆破玉米秸秆、2.5%玉米、2.5%麸皮、5.0%豆粕和4.0%营养液。综合结果表明,爆破秸秆发酵生产动物饲料的最优培养基组合为:83.5%爆破秸秆、5.0%玉米、2.5%麸皮、5.0%豆粕和4.0%营养液。     

秸秆捡拾打捆机振动去土作业参数优化

为解决秸秆捡拾打捆后含土率高的问题,该文提出通过振动方式去除粘附和夹杂在黄贮秸秆中的土壤,以提高秸秆的后续利用价值。通过试验台设计和高速摄像分析,发现了秸秆振动去土规律;以土壤去除率和秸秆损失率为指标,以摘穗后整株铺放和切碎铺放的秸秆为研究对象,对各参数进行了单因素试验,建立了振动去土试验边界条件;通过三元正交多项式回归试验,在振动频率、振幅和振动时长三因素下,分析了2种秸秆物料的土壤去除率和秸秆损失率的变化规律。获得了黄贮秸秆振动去土的最优组合为:整株铺放秸秆振幅15 mm、振动频率4.5 Hz、振动时长14 s,切碎铺放秸秆振幅20 mm、振动频率4 Hz、振动时长12 s,并通过台架试验进一步验证了最优组合,试验结果与预测值误差较小,参数模型可靠。该研究为改进黄贮秸秆捡拾打捆机的作业机理、优化关键零部件设计、提高综合作业质量,提供了理论基础和试验参考。     

玉米秸秆和白菜尾菜混贮料的乳酸菌多样性及耐高温优良菌株筛选

通过形态特征、生理生化特性及16S rRNA序列分析方法对玉米(Zea mays)秸秆和白菜(Brassica pekinensis)尾菜混贮料中的乳酸菌多样性进行分析,并以温度和p H为限制因素筛选优良乳酸菌菌株。结果表明,分离得到的12株乳酸菌分属于乳杆菌属(Lactobacillus)和片球菌属(Pediococcus)。其中,1株(LB-1)为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum),6株(LB-2、LB-4、LB-7、LB-8、LB-9和LB-11)为戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus),3株(LB-5、LB-6和LB-12)为短乳杆菌(Lactobacillus brevis),2株(LB-3和LB-10)为类干酪乳杆菌(Lactobacillus paracasei)。菌株LB-3和LB-8表现出优良的耐高温、耐酸碱特性,且具有较强的产乳酸能力,二者可作为青贮饲料的乳酸菌添加剂。     

收获时间对玉米秸秆产量与燃料品质的影响

 【目的】探明不同收获时间下玉米秸秆产量和燃料品质的变化规律,以确定适宜的收获时间。【方法】于2007-2008年在吉林省白城市农业科学院以郑单958为研究材料,在田间试验条件下研究收获时间对玉米秸秆产量与燃料品质的影响。【结果】随收获时间的推迟,玉米秸秆产量呈下降趋势,且叶片所占比例逐渐降低;秸秆含水量、灰分和矿质元素含量显著降低;纤维素、木质素含量升高,半纤维素含量降低。秸秆热值以灌浆期最高,成熟期最低,其后略有升高;热值与纤维素和木质素含量呈显著正相关关系;灰分与矿质元素含量呈显著正相关关系,与Si/K比值呈显著负相关关系。【结论】延迟收获虽然降低了玉米秸秆的产量,却显著提高了其燃料品质,冬季至春季收获秸秆品质较好。     

里氏木霉与黑曲霉混合发酵产纤维素酶的研究

研究了利用里氏木霉和黑曲霉混合培养的形式产纤维素酶,以两个菌种的不同接种比和延迟黑曲霉的接种时间来寻找两个菌种发挥最大协同作用的结合点.以农林废弃物之一的玉米秸秆为底物,经过蒸汽爆破预处理后,用作产酶碳源.以里氏木霉单一培养与黑曲霉单一培养为参照进行对比研究.结果表明,黑曲霉接种较里氏木霉延迟48h,里氏木霉与黑曲霉接种量比为5: 1时,滤纸酶活最高,达3.295IU/mL,高于里氏木霉单一培养(2.480IU/mL),β - 葡萄糖苷酶活达1.010IU/mL,也远远高于里氏木霉单一培养(0.243IU/mL).本实验充分证明里氏木霉与黑曲霉混合培养产酶是可行的,并优于单一菌种培养.     

抗结壳厌氧发酵反应器的研制与试验

以玉米秸秆为主要原料进行厌氧发酵时,发酵液上部极易形成浮渣结壳层,严重影响秸秆产气效率。为了有效抑制浮渣结壳层的产生,该研究设计了一种抗结壳厌氧发酵反应器,首先阐述破壳装置的工作原理;其次进行主要部件设计,运用Adams对破壳装置机构进行动力学仿真,并对搅拌叶片进行受力分析,依据仿真结果,确定破壳机构的传动比以及搅拌叶片安装角;进一步以DEM-CFD耦合仿真方法对斜桨式叶片仿真模型的流场和颗粒场进行了数值模拟。仿真结果表明,斜桨式叶片转动时使颗粒产生轴向流与径向流,轴向流触底延壁面上升与推进式搅拌叶片产生共同作用形成涡流,径向流增加颗粒横向移动速度,流场产生大范围横向流动打破浮渣结壳层。为了探究抗结壳反应器对浮渣结壳层的抑制作用效果,以破壳装置搅拌转速、搅拌间隔时间及单次搅拌时间为因素,浮渣层厚度为指标,进行了三因素三水平试验。试验表明,当破壳装置主轴转速为120 r/min,每次搅拌间隔时间为3 h,搅拌时间为30 min时,浮渣结壳层厚度为16.1 cm,相比对照组,浮渣结壳层厚度减小了36.1 %,该抗结壳反应器明显改善了秸秆厌氧发酵的结壳问题,可为后续抗结壳厌氧发酵反应器研制提供新思路。