膨化预处理玉米秸秆的还原糖酶解工艺

应用膨化技术对玉米秸秆进行预处理.在单因素实验基础上,以还原糖转化率为影响值设计正交实验,研究温度、pH、液固比、酶浓度及酶解时间五因素对纤维素酶解过程的影响.得出玉米秸秆糖化酶解最佳工艺条件为:温度48℃,pH 4.5,液固比8:1,酶浓度36.0 U/g,酶解时间25 h;在此工艺条件下还原糖转化率达到28.98％.扫描电镜表征对比观察可看出,膨化后玉米秸秆纤维素酶解充分;结合红外光谱对各组分特征基团分析表明,膨化后的玉米秸秆酶解的纤维素基团特征峰变化更为明显.     

纤维素高效降解菌NU-H的诱变选育及降解特性

以草酸青霉(Penicillium oxalicum)D1为出发菌株,经过紫外线、亚硝酸以及紫外与亚硝酸复合诱变处理,选育出1株高产纤维素酶突变株NU-H,与出发菌株相比,CMCase酶活提高69.8%,滤纸酶活提高75.28%,另外木聚糖酶活,还原糖得率也有显著地提高。通过单因子及正交实验,研究了突变株纤维素酶对稻草粉水解的最适宜条件。结果表明,该菌株酶解糖化的最佳条件为:温度50℃,时间28 h,纤维素酶浓度为60%,底物浓度3%,pH 4.8,还原糖得率为23.25%。     

巢湖蓝藻酸提取液提高玉米秸秆的酶解效率

资源化利用是避免富营养化水体打捞得到的蓝藻二次污染的有效方法途径。本研究以巢湖蓝藻为例,利用稀硫酸处理得到酸提取液并将其用于玉米秸秆的酶解过程。以主要成分还原糖和蛋白质的提取量为目标,优化了稀硫酸处理条件(处理时间、温度和硫酸浓度)。结果表明,从巢湖蓝藻提取还原糖的效率随着处理温度和硫酸浓度的升高而升高。在处理温度为125℃,处理时间为2 h,稀硫酸浓度为5%时,提取的还原糖最多为(152.8±12.6)mg/g。稀硫酸处理条件对蛋白质的提取效果影响并不显著。在处理温度为105℃,处理时间为1 h,稀硫酸浓度为5%时,最大提取量为(1.55±0.00)mg/g。提取的藻液中和后可以用于玉米秸秆的酶解过程,同对照相比酶解效率能够提升10%左右。结果表明,藻液中的小分子物质和钙离子是主要的作用组分,推测其和木质素表面官能团结合,从而降低了木质素对纤维素酶的非再生吸附。     

Fenton联合微波/超声波预处理凤眼莲和甘蔗渣及其酶解产糖工艺

选取凤眼莲和甘蔗渣为代表性木质纤维素,以Fenton联合微波/超声波的化学-物理方法,对2种生物质进行预处理,并进行基质化学组分和基质特性、酶解产糖特性及其相互关系研究。对凤眼莲来说,最佳的Fenton-微波预处理为420 W微波预处理3 min+Fenton预处理,预处理后基质的72 h酶解还原糖产率为33.18%;最佳的Fenton-超声波预处理是360 W超声波预处理40 min+Fenton预处理,预处理后基质的72 h酶解还原糖产率为32.61%。甘蔗渣最佳预处理条件分别为:420 W微波预处理3 min+Fenton预处理和480 W超声波预处理50 min+Fenton预处理,预处理后基质的72 h酶解还原糖产率分别为26.47%和24.05%。预处理后样品的保水值相比原料均有提高,纤维素和半纤维素的含量之和也有提高,两者与生物质样品的预处理强度及72 h酶解还原糖产率呈正相关,但预处理前后生物质的结晶度指数与72 h酶解还原糖产率并无明显相关。     

添加外源纤维素酶对水稻秸秆模拟堆肥过程的影响

利用水稻秸秆模拟堆肥,对纤维素、半纤维素质量分数及堆肥相关指标随添加外源纤维素酶的变化进行研究。结果表明,与不加酶堆肥相比,添加外源纤维素酶显著提高了水稻秸秆纤维素及半纤维素的降解率,其降解趋势均可用一阶指数衰减方程拟合;堆肥结束时,添加纤维素酶处理的堆肥纤维素质量分数较不加酶处理低35.1%。纤维素酶促进了堆肥中腐殖酸的合成,提高了堆肥中的铵态氮(NO3-N)、硝态氮(NH4-N)及全氮(TN)的质量分数,并导致堆肥中碳素质量分数下降,C/N质量比下降了23.1%;添加纤维素酶进一步降低了堆肥的生物毒性,使得发芽指数提高了10.3%。外源添加纤维素酶加快了水稻秸秆堆肥的腐熟进程。     

基于酸催化的生物质制乙醇工艺条件优化

纤维素乙醇被认为是最佳的替代燃料之一,但依然存在纤维素水解效率低和水解糖液中有害物质影响酵母菌活性等问题,从而导致其生产成本过高,无法实现工业化生产。选取水稻秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、毛竹等4种典型生物质,进行了基于酸催化法与同步酶解发酵法制取纤维素乙醇工艺条件的优选研究,采用DNS还原糖测定法测定原料还原糖转化量以表征预处理效果,并使用气相色谱法测定乙醇转化率。结果表明:水稻以5%固体装载量在125℃下经0.5%稀硫酸处理10 min后,产糖率达28.74%,处理效果在4种生物质中最优;发酵2 d后的水稻和小麦的乙醇转化率分别为51%和54%,显著高于高粱与毛竹;发酵5 d后高粱和毛竹的乙醇转化率达到了61%和65%,高于水稻和小麦。以上结果对改善传统生物质生产纤维素乙醇产率低的问题,具有一定的实际指导意义。     

纤维素降解菌的筛选及其产酶特性

纤维素降解菌在纤维素类物质降解的过程中起着重要作用。通过滤纸条崩解和液态产酶实验,从腐烂的树叶中筛选出1株对纤维素有较强降解能力的菌株SY2,通过形态学特征以及生理生化反应,初步鉴定该菌株为荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescent)。产酶培养基及培养条件优化的实验结果表明:SY2的最佳产酶培养基为麸皮与秸秆粉的质量比1∶4、(NH4)2SO41%、pH8、固液比1∶2;最佳产酶条件为培养温度30℃、接种量7.5%、培养时间72 h;在酶液中添加Fe2+和VB12可使纤维素酶活力分别达到174.89μmol/(g.min)和165.99μmol/(g.min),提高了33.5%和26.3%。SY2对麸皮、滤纸的降解效果较好,降解率分别达到45.0%和33.3%。     

纤维素酶添加时间对碱性双氧水预处理玉米秸秆高温厌氧消化的影响

研究了纤维素酶添加时间对玉米秸秆高温厌氧消化的影响。玉米秸秆首先进行碱性双氧水预处理,结果表明,预处理最佳条件为Na OH投加量4 g/L,H_2O_2投加量17 g/L,固液比1∶40,预处理时间4 h。预处理后的玉米秸秆在50℃下进行序批式高温厌氧消化,分别在发酵前期(第1天)、发酵中期(第10天)和发酵后期(第20天)向系统中添加15 m L(20 FPU/g)纤维素酶液。结果表明,添加纤维素酶能有效促进厌氧发酵过程中的生物质水解,对随后产酸产甲烷过程的直接影响较小。和对照组相比,发酵前期、中期和后期添加纤维素酶时系统的累积产气量分别提高18.66%、10.39%和1.93%,VS转化率分别提高13.51%、8.00%和2.90%。前期、中期和后期添加纤维素酶均能提高厌氧消化产气,但厌氧消化前期添加纤维素酶效果更为明显。     

蔗渣发酵生产L-乳酸

酶解是纤维质原料用于生物发酵前的关键步骤。为了找到一种高效、低成本和低能耗的蔗渣酶解工艺,本实验研究了蔗渣酶解的底物浓度、pH、酶用量、温度、时间对蔗渣酶解后还原糖释放量的影响,并对酶解的3个主要因素——温度、pH和酶量进行正交实验分析,最终得到蔗渣浓度为8%,酶液6.9 mL,在温度43.9℃、pH为4.3条件下糖化时间14h,还原糖浓度可达54 g/L以上。将糖化液用于发酵实验,发现干酪乳杆菌N-2在酶解液培养基中45℃发酵120 h乳酸产量达到32.5 g/L;对代谢产物进行高效液相分析发现发酵产物为乳酸,几乎没有其他副产物产生。     

一株高产纤维素酶真菌的分离及产酶特性研究

一株高产纤维素酶真菌D1,经纤维素刚果红平板识别、滤纸崩解实验初筛以及液体发酵产酶复筛,从腐烂秸秆中被分离出来.经形态观察和18S rDNA基因片断分析,被鉴定为草酸青霉(Penicillium oxalicum).通过单因子及正交实验,D1液态发酵产酶条件得到优化.最佳产酶条件为:碳源为麸皮∶稻草=3∶7(w/w),...     

以农作物秸秆固定化混合菌去除原油

农业废弃物作为一种高效、低成本、可再生的载体,可利用其固定细菌来吸附降解石油。选取典型的农业废弃物玉米秸秆和稻草秸秆作为混合降解菌的载体,研究其对原油的降解效果。结果表明:稻草秸秆固定化菌的去除率达到90%~95%,玉米秸秆固定化菌的去除率为95%~98%,都比单纯的游离菌群G8提高了近40%;玉米秸秆固定化菌对原油的去除率比载体与菌群的简单混合物提高近了25%。比较经灭菌和不灭菌的秸秆为载体对原油的去除率,发现未经灭菌处理的秸秆对原油的去除效果更好。SEM及降解实验进一步表明玉米秸秆为较佳的载体,以玉米秸秆固定化菌3 d对原油的去除率可达到93.81%。     

藻渣添加对玉米秸秆厌氧发酵特征的影响

厌氧发酵是农业废弃物资源化的有效途径之一.将农业废弃物同其他富含氮元素的有机废物混合发酵能够有效地提高产气效率.以玉米秸秆为例,尝试利用藻渣作为添加剂,提高农业废弃物厌氧发酵的性能.实验主要研究了混合发酵比例对沼气产量、甲烷产量、沼渣沼液特征的影响.当玉米秸秆、藻渣和接种污泥的挥发性固体质量分数为10∶ 2∶2时,沼气产率最高可达421.0 mL/g,甲烷产率为218.7 mL/g.沼渣组分分析表明,纤维素和半纤维素降解效率分别为83.7％和68.4％,和对照相比纤维素的降解效率显著提高.结果表明,藻渣的添加能够有效地促进玉米秸秆厌氧发酵产甲烷过程.     

污泥与香蕉秸秆混合厌氧发酵特性

为提高污泥、香蕉秸秆厌氧发酵的甲烷产率,采用批式实验,研究污泥与香蕉秸秆厌氧发酵及其协同特性。实验结果表明:污泥和香蕉秸秆实验组分别会出现氨抑制、酸抑制现象,影响厌氧发酵的进行,一段时间后都可以自行解除抑制恢复产气。热碱污泥、碱浴秸秆实验组均可以解除抑制作用,甲烷产率较预处理前分别提高43%、176%。混合物质发酵实验组的甲烷产率较热碱污泥、碱浴秸秆实验组分别提高了110%、30%,较污泥和香蕉秸秆实验组分别提高了200%、259%。说明污泥和香蕉秸秆混合厌氧发酵,可以提高甲烷产率。     

利用甘蔗渣制备微生物絮凝剂的预处理方法研究

通过对甘蔗渣进行不同的预处理,确定了提高纤维素酶糖化率和酱油曲霉发酵液絮凝率的方法.利用正交实验对固液比、颗粒粒径、溶剂浓度和预处理时间及其交互作用进行考察,确定较优的工艺方案.结果表明,在相同条件下,碱处理能够有效提高纤维素酶的糖化率,处理后甘蔗渣的酶解液中还原性糖浓度和酱油曲霉发酵液的絮凝率分别为3.46 g/L和...     

汽爆秸秆高温固态发酵沼气的研究

沼气液态深层发酵及秸秆的物理、化学和生物预处理方式存在效率低、污染重等问题。为了解决这些问题,对蒸汽爆破预处理方式以及固态发酵在玉米秸秆沼气化中的应用进行了研究。秸秆经过蒸汽爆破预处理后,在50℃的高温条件下进行固态发酵沼气,甲烷产量达到138.2 mL/g TS。通过单因素实验优化,确定最佳发酵条件为：固液比1∶7,初始pH值7.5,接种量35%,NH₄HCO₃添加量0.04 g/g干汽爆秸秆,纤维素酶用量30 IU/g干汽爆秸秆,发酵温度50℃。在上述实验条件下,汽爆秸秆的甲烷产量提高至153.0 mL/g TS,是未汽爆秸秆的2.9倍。发酵后秸秆纤维素和半纤维素的降解率分别为59.86%和67.22%。因此,蒸汽爆破预处理有助于提高秸秆的产气量和降解率。高温固态发酵不仅可以缩短发酵延迟期,提高产气效率,而且发酵结束后不会产生大量废液,对环境友好。     

碳氮比对猪粪和稻秆协同生物降解的影响

农业废弃物猪粪和稻秆产量巨大,因缺乏有效的处置方式,从而造成了巨大的污染,阻碍了现代农业的可持续发展。本研究以猪粪和稻秆的协同高效降解为研究导向,首次采用纤维素分解复合菌系预处理技术进行协同降解。通过考察碳氮比为10∶1、13∶1、16∶1和19∶1等4个梯度下的猪粪和稻秆混合物协同降解情况,并测定不同碳氮比不同培养时间下降解液的关键参数,探讨了不同碳氮比条件下复合菌系对农业废弃物协同降解效果的影响。结果表明,该菌系在碳氮比为16∶1、固形物含量为6%、接种量为10%的条件下于55℃下培养96 h,对猪粪和稻秆混合物的降解效果最佳。在此条件下其失重率高达26.2%,降解过程中的关键酶——滤纸酶和羧甲基纤维素酶(CMC酶)酶活可分别达到3.2和10.8 IU。该复合菌系在对猪粪和稻秆混合物协同降解过程中除了添加少许氯化钠外,无需再额外添加其他营养物质,展现出了良好的实际应用前景,可进一步为其他种类的农业废弃物的高效生物处置提供一定的理论依据。     

NaOH预处理对玉米秸秆固态厌氧消化的影响

实验主要研究了NaOH预处理对玉米秸秆厌氧消化产气量和产气效率的影响。采用质量分数分别为1.0%、2.5%、5.0%和7.5%NaOH溶液对玉米秸秆进行24 h浸泡和未浸泡等预处理,测定其厌氧消化过程中各指标的变化。结果表明,经质量分数为5.0%NaOH浸泡24 h后,玉米秸秆木质素降解率最大,为38.67%;厌氧发酵累积产气量为226.75L/kg VS,与未经碱处理实验组相比提高了38.5%。该结果提示,5.0%NaOH溶液浸泡24 h后可使玉米秸秆厌氧消化的产气量和产气效率显著提高。     

酶技术在栽培食用菌废弃物二次利用中的研究

本研究运用酶工程技术，采用以纤维酶为主的多酶系统强化降解经一方法预处理后的栽培食用菌废弃物（简称菌渣），以提高其作为饲料原料的营养水平和对畜禽的适口性，结果表明，采用预处理－酶解工艺可使菌渣中粗纤维含量从２８．１３％降低到１６．２３％～２１．２０％，可溶性精蛋白可从１．１１％提高到３．４％～４．５８％，可溶性还原糖从０．９１％提高到１．２７％～４．３８％。蛋白氨基酸提高１．１５％，总游离氨基酸提高     

底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵及残渣甲烷发酵的影响

为研究底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵过程中乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性的影响,在中温(37±0.2)℃条件下,利用实验室自制小型厌氧发酵装置,在底物浓度为2%、3%、4%和5%下开展周期为50 d的序批式厌氧发酵实验,探索不同底物浓度下玉米秸秆发酵乙醇产率和乙醇发酵剩余残渣厌氧发酵产气特性。结果表明:底物浓度对玉米秸秆乙醇发酵影响显著,当底物浓度为3%时,玉米秸秆厌氧发酵乙醇产量最大,达到39.04 g;底物浓度过低或过高均不适合后期厌氧发酵产甲烷的进行,当底物浓度为3%时,玉米秸秆乙醇发酵残渣表面纤维结构被破坏最明显,残渣厌氧发酵产甲烷实验最早在3 d出现产气峰值,挥发性固体单位甲烷产量为26.82 mL·g~(-1),并且累积产气量最高,挥发性固体单位累积甲烷产量达到270.01 mL·g~(-1),玉米秸秆乙醇发酵残渣还有较高的产气潜能;通过质量平衡分析得到,底物浓度为3%时,玉米秸秆生物转化过程中TS和VS去除率最高,分别为59.12%和79.07%。该研究可为玉米秸秆乙醇发酵工程提供参考。     

二氧化锰对厨余垃圾制备液体肥中腐殖质形成的影响

厨余垃圾全量化制备液态有机肥是其高值资源化利用的重要途径之一。厨余垃圾中腐殖质合成前体物的释放与定向腐殖化是制备高品质液态有机肥的技术难题。通过厨余垃圾热水解(90和170℃)破坏大分子木质纤维素结构,探究厨余垃圾中蛋白质、氨基酸、可溶性糖等腐殖质合成前体物的转化规律,通过添加二氧化锰(MnO₂)与功能微生物(抗酸化复合菌剂和米曲霉酶源产物)协同定向腐殖化,阐明MnO₂强化厨余垃圾定向腐殖化制备液态有机肥的作用机制。结果表明,厨余垃圾在170℃热水解1 h效果最佳,液相中可溶性蛋白质和还原糖质量分数与热水解前相比分别提高了22%和12%。添加MnO₂后,发酵前期(24 h)还原糖质量分数提高了69%,96 h游离氨基酸的质量分数提高了27.3%,进一步提高了厨余垃圾中腐殖质合成前体物的释放。随着腐殖化反应的进行,发酵结束时(168 h)还原糖和游离氨基酸的质量分数分别降低了88%和22%,腐殖酸和富里酸质量分数分别提高了85%和33%。可见,热水解联合MnO₂催化,可明显促进腐殖质合成前体物的生成和...