对甲基苯磺酸预处理玉米秸秆动力学及酶解特性研究

本研究采用对甲基苯磺酸（p-TsOH）预处理玉米秸秆,研究了3个预处理因素（p-TsOH质量分数、水解温度和水解时间）对其三大组分分离的影响。通过两相模型,得到木质素和半纤维素脱除动力学模型,并探究了处理后残渣的酶解性能。结果表明,p-TsOH预处理玉米秸秆在温和条件下即可快速溶出木质素和半纤维素,而对纤维素的降解较小;木质素脱除反应和半纤维素脱除反应的表观活化能分别为66.5 kJ/mol和50.5 kJ/mol;预处理后,木质纤维的顽抗结构被破坏,表面木质素含量降低,p-TsOH预处理可以有效提高原料的酶解得率;在p-TsOH质量分数为50%、水解温度为95℃和水解时间为40 min条件预处理后,残渣酶解得率为72.9%。     

Box-Behnken法优化玉米秸秆预处理工艺对酶解糖化的影响

为促进生物炼制产业发展,提高玉米秸秆酶解糖化效率,运用Box-Behnken试验设计优化预处理工艺,研究硫酸质量分数、反应时间、反应温度和固液比四个因素对半纤维素水解率的影响规律,并结合扫描电子显微镜、红外光谱仪、X-射线衍射仪分析玉米秸秆微观形貌、结构等指标。结果表明：玉米秸秆预处理最佳工艺为反应温度100℃、硫酸质量分数1.2%、反应时间120 min、固液比1∶9（g∶mL）,在此条件下半纤维素水解率为84.93%,木质素脱除率为46.15%,预处理水解液还原糖质量浓度为2.04 g/100mL,木糖产率为74.22%,87.89%纤维素保留在固体部分,经72 h酶解反应酶解率达到85.79%,未处理玉米秸秆酶解率仅为32.25%。     

玉米秸秆不同部位纤维组成和结构的研究

将玉米秸秆分成叶、髓、外皮三个部位,对三个部位的纤维组成和结构进行了测定分析。结果表明:玉米秸秆中,各部位的纤维素、半纤维含量相近,叶子和髓的木质素含量低,结构疏松,秸秆外皮的木质素含量高,结构紧密,衍射峰较高。从纤维组成和结构看,玉米秸秆的叶和髓非常适合饲料化利用。     

玉米秸秆不同部位化学组成及纤维形态分析

本研究以玉米秸秆皮、髓、叶、鞘部位为研究对象，通过多种手段对玉米秸秆不同部位的化学组分及纤维形态进行分析研究。研究结果表明，玉米秸秆全秆纤维束含量为51.19%，杂细胞含量高。其中，玉米秸秆皮中纤维束含量最多，占全秆纤维束的47.96%，α-纤维素含量为36.99%；叶和鞘纤维束含量占比分别为22.33%、23.65%；髓纤维束含量最少，为6.06%；秸秆皮纤维数均长度为1.17 mm，长宽比最大，为80.41，髓部纤维最短，对全秆纤维贡献率最低。     

离子液体预处理对玉米秸秆酶解效率的影响

离子液体作为一种可应用于木质纤维素预处理的新型绿色溶剂,以其处理效率高、环境友好等优势越来越受到人们的关注。采用4种离子液体:1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([Emim]Ac)、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([Amim]Cl)、1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([Bmim]HSO4)、1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]BF_4),处理玉米秸秆,比较预处理后物料的酶解效果,并考察预处理后秸秆的成分、表面形态和结构的变化对酶解效率的影响,以探究离子液体预处理提高酶解效率的机制。结果表明,[Emim]Ac、[Amim]Cl、[Bmim]BF_4等3种离子液体在130℃下处理玉米秸秆1.5 h均可以在一定程度上去除木质素,有效地打破木质素与半纤维素的连接键,提高酶解效率。其中,[Emim]Ac具有较好的木质素选择性脱除效果,使木质素去除率达54.47%,有效破坏了包裹着纤维素的致密网状结构,增加物料的表面粗糙度,同时使纤维素由晶型I转变为更易酶解的晶型II,使预处理后秸秆的酶解效率提高到91.20%,是预处理前酶解效率的4.77倍。     

碱预处理秸秆同步糖化发酵生产丁二酸

研究了碱预处理秸秆及用琥珀酸放线杆菌Actinobacillus sucinogenes同步糖化发酵秸秆生产丁二酸。结果表明:用1.0%NaOH溶液于120℃分别预处理玉米、小麦和水稻3种秸秆2 h,其木质素的脱除率、纤维素与半纤维素的总保留率均在85%以上。以3种碱预处理后的秸秆为原料,在补加纤维素酶与纤维二糖酶的条件下,A.sucinogenes F3-21摇瓶厌氧发酵72 h,产丁二酸浓度分别为30.74 g/L、24.98 g/L和26.57 g/L;在7 L罐中厌氧发酵72 h,丁二酸浓度分别达到40.21 g/L,30.06 g/L和39.07 g/L,每克预处理秸秆产丁二酸分别为0.50g、0.38 g和0.49 g。并用钙盐法对玉米秸秆同步糖化发酵液进行提取,得到纯度为99.98%的丁二酸结晶。说明了玉米、小麦和水稻3种秸杆为原料进行同步糖化发酵生产丁二酸的可行性。     

玉米皮纤维素提取工艺优化及结构表征

在单因素实验的基础上,运用响应面法对玉米皮纤维素的提取工艺进行优化,并利用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪、X-射线衍射仪和热重分析仪对玉米皮纤维素的微观形貌、化学结构、晶型结构及热稳定性进行表征。结果表明,最优工艺条件为料液比1:20 g/mL、提取温度96 ℃、提取时间2.6 h、硝酸体积分数27%,此条件下提取物纤维素含量为80.26%±0.88%。表征结果表明,玉米皮半纤维素和木质素得到有效去除,玉米皮纤维素结构没有受到破坏;玉米皮纤维素晶型未改变,仍为I型,结晶度为56%;玉米皮纤维素热分解起始温度222 ℃,热稳定性优于玉米皮。优化的玉米皮纤维素提取工艺可行,在工业上有广阔的应用前景。     

乙醇预处理前后玉米秸秆半纤维素的提取及性质研究

以玉米秸秆为原料,在温度160℃、保温时间60 min、乙醇浓度50%、固液比1∶8的条件下进行预处理,并对预处理前后的玉米秸秆进行半纤维素的提取和纯化。结果表明,乙醇预处理过程脱除了玉米秸秆中66.6%的Klason木素和61.3%的苯-醇抽出物,还降解了部分半纤维素和少量纤维素。在乙醇预处理过程中,半纤维素中的葡聚糖最易降解,聚阿拉伯糖次之,聚木糖最稳定,糖醛酸含量没有明显变化。结合红外光谱、紫外光谱、液相色谱等分析发现,乙醇预处理后半纤维素中含有较多的甲基、亚甲基单元,说明乙醇预处理造成玉米秸秆半纤维素降解,使半纤维素分子质量降低、多分散系数变大。     

木质素对纤维素酶的吸附作用研究

研究了杨木木质素、银杏木质素、玉米秸秆木质素3种不同来源木质素对纤维素酶的吸附作用,并与微晶纤维素对纤维素酶的吸附作用进行对比。结果表明，杨木木质素为GS型木质素,银杏木质素为G型木质素,玉米秸秆木质素为GSH型木质素；4种底物对于纤维素酶的吸附作用强弱顺序为：银杏木质素>玉米秸秆木质素>杨木木质素>微晶纤维素；木质素主要吸附的是纤维素酶中的内切酶和β-葡萄糖苷酶,而对外切酶的吸附较少。     

水稻秸秆纤维素纳米晶须的制备及其表征

为开发水稻秸秆的高附加值应用,采用2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物（TEMPO）体系,以水稻秸秆为原料制备纤维素纳米晶须,并采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等对其进行表征分析。研究结果表明：水稻秸秆主要含有纤维素、半纤维素和木质素,经化学处理后纤维素含量显著提高,而半纤维素和木质素含量有所降低;水稻秸秆横截面呈多孔状,内部及表面均随机分布着大小不等的球状颗粒;化学处理部分去除了非纤维素物质,纤维表面变得相对较光滑;冷冻干燥后的纤维素纳米晶须交织成多层网状,直径为10~25nm,长度为200~400nm;水稻秸秆及其纤维与纤维素纳米晶须的结晶度分别为29.76%,30.28%和40.71%,三者均表现为纤维素Ⅰ的晶体结构。     

Effect of Incorporation Nanocrystalline Corn Straw Cellulose and Polyethylene Glycol on Properties of Biodegradable Films

This work aimed to study the effect of nanocrystalline corn straw cellulose (NCSC) and polyethylene glycol (PEG) on the properties of biodegradable corn distarch phosphate (CDP) films. The mechanical properties and barrier properties were investigated. Meanwhile, the compatibility, crystallization, thermal stability, and morphological structure of the films were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FT‐IR), X‐ray diffraction (X‐RD), thermogravimetric (TGA), and scanning electron microscopy (SEM). In contrast with the CDP films, incorporation of NCSC in the films improved their tensile strength (TS) significantly, and incorporation of PEG improved their elongation at break (EAB) significantly else. PEG, CDP, and NCSC (P‐CDP/NCSC) blend films had the best barrier properties. The thermal stability of the films was increased by the incorporation of NCSC. X‐RD showed that CDP and NCSC (CDP/NCSC) films had higher crystallinity. SEM revealed that all films had smooth surface, while the films presented a uniform network structure through the incorporation of NCSC.     

秸秆好氧厌氧耦合发酵生产生物饲料——厌氧发酵的初步研究

采用固态好氧发酵和厌氧发酵相结合的工艺来转化玉米秸秆生产饲料 ,主要研究了厌氧发酵阶段菌种的筛选 ,糖蜜浓度和接种量对厌氧发酵过程的影响。考察了各菌的生长曲线 ,pH、乳酸和还原糖等一些生化特性。结果表明 ,除发酵乳杆菌 1 2 0 2 9外 ,其余各菌均适合厌氧发酵 ,糖蜜浓度升高 ,增强厌氧效果 ,5 %的接种量既能启动厌氧发酵。在优化的条件下 ,pH可在 12h内下降到 4 2左右 ,还原糖快速消耗 ,乳酸含量可达 4 %左右 ,菌数达 10 10 个/ g干料     

玉米秸秆预处理研究

研究了秸秆粉碎后经过稀酸、稀碱和氨水3种预处理方式对玉米秸秆的影响;考查了预处理后秸秆的纤维素比例、糖转化率及对设备要求和环境污染等因素。研究表明:每种预处理对玉米秸秆的利用都有不同的影响,最终选择以质量分数4%H_2SO_4作为最佳预处理方式,此时的纤维素比例为65.1%,糖转化率达到47.8%。     

玉米秸秆酶解制备阿魏酰聚糖

玉米秸秆经多级旋风磨机械预处理后物理结构发生改变,更易被相应的酶水解从而释放出阿魏酰聚糖。相同酶解条件下,多级旋风磨预处理后的秸秆的阿魏酰聚糖含量是粗秸秆的3.34倍;用商品复合酶Validase TRL、HSP 6000BG和Rapidase Smart Clear,木糖苷酶及阿拉伯呋喃糖苷酶分别酶解机械预处理后的玉米秸秆,Validase TRL酶解效果最佳,阿魏酰聚糖得率为1.46μmol/g玉米秸秆,是不加酶时的3.48倍;协同酶解的最优组合为Validase TRL 100 U/g,木糖苷酶50U/g和阿拉伯呋喃糖苷酶50U/g,该条件下阿魏酰聚糖的得率为2.87μmol/g;酶解液经大孔树脂分离纯化后,阿魏酰聚糖的回收率为81.44%。     

玉米秸秆纳米纤维素的制备及表征

利用超声辅助硫酸水解法制备玉米秸秆纳米纤维素（corn straw nanocellulose,NCSC）,研究超声辅助酸解条件对NCSC得率的影响,并通过响应面法优化得到最佳工艺条件为：硫酸体积分数64%、超声功率160?W、酸解温度48?℃、酸解时间78?min,在此条件下制备NCSC得率达38.29%。制备的NCSC较洁白、细腻,具有较好的吸水膨胀力。通过红外光谱分析、X射线衍射和热失重分析表明,NCSC仍保持着玉米秸秆纤维素（corn straw cellulose,CSC）的基本化学结构,其结晶度（70.53%）高于CSC,同时具有较高的热分解温度。     

Effects of including NaOH-treated corn straw as a substitute for wheat hay in the ration of lactating cows on performance,digestibility, and rumen microbial profile

This study measured the effects of including 5% NaOH-treated corn straw (T-CS) as a substitute for 15% wheat hay in the control total mixed ration (TMR) of lactating cows on performance, digestibility, and rumen microbial profile. Two groups of 21 cows each, similar in initial performance, were fed individually 1 of the 2 TMR examined. Voluntary dry matter intake of cows fed the control TMR was 4.3% higher than that of the T-CS cows, but in vivo dry matter and organic matter digestibilities of both groups were similar. Crude protein digestibility was higher in the control cows but digestibility of neutral detergent fiber polysaccharides (cellulose and hemicelluloses) was higher in the T-CS TMR. This was followed by 4.6% reduction in rumination time of the T-CS group. A slightly higher milk yield was observed in the control cows compared with the T-CS group; however, milk fat and milk protein content were higher in cows fed the T-CS TMR. This was reflected in 1.3% increase in energy-corrected milk yield and 5.34% increase in production efficiency (energy-corrected milk yield/intake) of the T-CS cows compared with the control. Welfare of the cows, as assessed by length of daily recumbence time, was improved by feeding the T-CS TMR relative to the control group. As a whole, the rumen bacterial community was significantly modulated in the T-CS group in the experimental period compared with the preexperimental period, whereas the bacterial community of the control group remained unchanged during this period. Out of the 8 bacterial species that were quantified using real-time PCR, a notable decrease in cellulolytic bacteria was observed in the T-CS group, as well as an increase in lactic acid-utilizing bacteria. These results illustrate the effect of T-CS on the composition of rumen microbiota, which may play a role in improving the performance of the lactating cow.     

玉米秸秆中还原糖的预提取及其对制浆性能的影响

本研究通过碱（NaOH）和酸（HCl）预处理以提取玉米秸秆中的还原糖,采用扫描电子显微镜观察玉米秸秆预处理前后的形态变化,探究了预处理前后玉米秸秆的制浆性能及纸张强度性能。结果表明,在150℃,NaOH和HCl用量分别为6%,预处理时间120 min条件下,玉米秸秆的酸、碱抽提的还原糖（Trs）得率分别为34.2%和14.5%。其中,酸预处理玉米秸秆在碱用量为12%蒸煮时,纸浆得率最高,为48.1%。此外,酸和碱预处理后纸张撕裂指数分别降低了18%和13%,抗张指数也呈现下降趋势,分别降低了28%和16%,耐破指数分别降低了60%和41%。因此,预处理过程中半纤维素的损失会导致纸张强度性能降低。     

复合菌剂和酸化剂组合对玉米秸秆青贮的影响

以玉米秸秆为原料,设置对照组（CK）和5个试验组（分别添加布氏乳杆菌（L1）、植物乳杆菌（L2）、戊糖片球菌（L3）、复合菌剂（L4）、复合菌剂及酸化剂（L5））。选取不同发酵时间（0 d、15 d、30 d、45 d、60 d、90 d）取样,测定玉米秸秆中乳酸菌数、酵母菌数以及pH随时间的变化规律,并在青贮饲料发酵90 d结束后检测青贮发酵产物及有氧稳定性。结果表明,与对照组相比,乳酸菌剂的添加均能提高青贮饲料品质,但戊糖片球菌提升效果较差;复合菌剂与单独添加布氏乳杆菌或植物乳杆菌之间无明显差异（P＞0.05）;酸化剂的添加显著提高了青贮饲料有氧稳定性（P＜0.05）。     

玉米秸秆水解液发酵产生物油脂试验研究

对发酵性丝孢酵母IFFI01368发酵玉米秸秆水解液产脂的培养基组成和发酵条件进行了探索,并对油脂的脂肪酸组成进行了鉴定.结果表明最佳条件为:补加4%的蔗糖,酵母膏、硫酸铵为氮源,碳氮比100:1,pH 5.5,发酵摇瓶装液量为300 mL三角瓶装玉卷秸秆水解液50 mL,时间4d.在最佳条件下于27℃、150 r/min振荡发酵培养,所得生物量为23.5 g/L,油脂含量42.7%,产脂能力为10.03 g/L.所产生物油脂的脂肪酸主要为棕榈酸、油酸和硬脂酸.     

球磨预处理和固态发酵对玉米秸秆饲用品质的影响

玉米秸秆经球磨预处理后物理空间结构和化学物质结构改变,更容易被相应的酶降解,进而被微生物利用,其饲用品质提高,从而可能替代饲料中的部分粮食。研究表明,球磨预处理后的玉米秸秆粒径大小均匀,约90%的颗粒集中在10~100μm,酸性洗涤纤维下降3.5%,可溶性总糖提高2.0倍,对其单糖组成分析发现:可溶性总糖的增加主要来自半纤维素和纤维素的分子断裂。用木聚糖酶和纤维素酶酶解球磨预处理后的玉米秸秆,可溶性总糖和还原糖含量比酶解前分别提高了3.3倍和9.7倍,球磨预处理后酶解效率大大提高。球磨预处理的玉米秸秆经固态酶解、发酵后,总酸质量分数达26.3 mg/g,纤维素和半纤维素质量分数分别下降9.1%和4.9%,乳酸菌含量达到1.5×109CFU/g,饲用品质显著提高。