纳米氧化铈掺杂菊芋桔杆芯碳材料的制备及对日落黄的检测

文章采用热解经硝酸铈浸渍的菊芋秸秆芯(Jerusalem artichoke straw,JAS)制备负载氧化铈纳米颗粒的生物碳材料,表征CeO_(2)/JAS材料的理化性质,并分析其在电化学应用方面的潜力。该材料被修饰在电解质溶液栅控石墨烯场效应晶体管(solution-gated graphene field-effect transistor,SGGT)的栅极上,在模拟的软饮料体系中完成对色素的检测,其中对日落黄的响应最好,该修饰的栅极对日落黄的检测限为300 nmol/L,灵敏度曲线斜率为29.2。一系列实验结果表明,CeO_(2)/JAS材料可以很好地提升对日落黄的检测性能。因此,该研究为其在电化学领域的应用提供了一定参考,并且对农业废弃物资源再利用与食品安全检测均具有一定的意义。

组合催化剂WO3+RaneyNi上高效转化菊芋秸秆制乙二醇(英文)

采用商业WO3和Raney Ni为组合催化剂,以菊芋秸秆为反应原料制备了乙二醇.菊芋秸秆中含纤维素51.6 wt%、半纤维素10.3 wt%、木质素17.2 wt%、灰分1.7 wt%和水溶性物质19.2 wt%.木质素对纤维素和半纤维素的转化影响较小,而水溶性物质的存在抑制了乙二醇的生成,因此由未经过预处理的菊芋秸秆得到的乙二醇收率只有29.9%.而经简单的热水预处理可除掉其中的大部分水溶物,因而乙二醇收率提高到37.6%.此外,组合催化剂在经过热水预处理的菊芋秸秆的转化中表现出了更好的循环使用性能.同时考察了反应温度和时间对菊芋秸秆转化的影响.

水热亚硫酸预处理菊芋秸秆的高浓底物酶水解试验

为了有效改善菊芋秸秆用于乙醇转化过程中的酶水解糖化性能，对经水热H2SO3预处理的秸秆进行高浓底物酶水解试验，研究了适合的预处理条件及其底物质量分数提高潜力以及酶使用量缩减潜力。结果显示：在180℃条件下，添加2．0％的H2SO3进行水热预处理后的菊芋秸秆，其组分中的半纤维素可被完全去除。并且在底物质量分数为2．0％、纤维素酶和纤维二糖酶使用量分别为20FPU／g和40CBU／g条件下，获得90．0％的最大酶水解率。在此条件下预处理后的菊芋秸秆，酶水解的底物质量分数可提高的潜力为12％。在此底物质量分数下进行酶水解，纤维素酶使用量可缩减为15FPU／g，纤维二糖酶使用量可缩减至20CBU／g。在此酶使用量条件下，虽然纤维素酶和纤维二糖酶分别减少了25％和50％，酶水解率仍可达88．3％。相比最大水解率，仅降低1．8％。

菊芋秆资源在造纸工业的利用

对菊芋秆的纤维特性、化学成分及制浆遣纸性能进行了研究。研究结果表明:菊芋秆纤维平均长度为0．72mm,最大值为2．21 mm,最小值为0．22mm。菊芋秆的聚戊糖含量为16．08％,综纤维素为62．39％,均比人工构树木质部低5％～11％。采用NaOH-AQ法制浆,制浆得率为31％;以10％的有效氯用量漂白KMnO4值为15．5的浆料,浆料白度可达到70．21％ISO。采用化学预浸渍工艺制浆,其磨浆得率为88．7％,配入20％进口#11废旧箱纸板抄纸,成纸的裂断长达到了7．65Km／4．03km(纵／横),环压强度为237．ON／m／187．ON／m。

玉米秸秆和菊芋秸秆混合青贮的研究

本试验旨在利用菊芋秸秆来提高玉米秸秆的青贮品质。玉米秸秆与菊芋秸秆按10:0、9:1、8:2、0:10共4个比例进行混贮处理,40d后测定p H值、营养成分和营养价值。结果表明:随着菊芋秸秆比例增大,混贮料的p H值、纤维性营养成分有降低趋势,非纤维性碳水化合物、干物质与中性洗涤纤维48h体外消化率、能值、相对饲喂价值呈上升趋势。综合而言,适量添加菊芋秸秆,具有提高玉米秸秆青贮品质的效果。

菊芋秸秆和葎草营养成份分析及家兔的消化试验

同时采收开花前菊芋秸秆和葎草,测定其营养成份,菊芋秸秆和葎草的粗蛋白质含量分别为14.76%、16.81%;粗纤维分别为20.86%、14.89%;菊芋秸秆和葎草18种氨基酸中天门冬氨基酸、谷氨酸、脯氨酸含量最高,蛋氨酸含量最低。矿物元素中铁、镁含量最高。经消化试验,测得结果:菊芋秸秆和葎草的可消化粗蛋白分别为7.56%、6.27%;酸性洗涤纤维分别为34.1%、30.36%,中性洗涤纤维38.81%、30.99%。菊芋秸秆的消化能为4.16MJ/㎏,葎草的消化能为3.42MJ/㎏。

菊芋秆两相发酵产气特性研究

采用两相技术和排水集气法,研究了菊芋秆的产气特性.结果显示,菊芋是潜在的能源植物,厌氧发酵48 d,菊芋产气量为40518 mL,利用率为60.5%,具有潜在的利用价值.

菊芋秸秆的稀酸水解及乙醇发酵

菊芋作为一种非粮作物,块茎和秸秆均可以被微生物发酵生成乙醇。采用稀酸法对菊芋秸秆进行预处理,通过单因素实验,考察了预处理温度、预处理时间、稀酸浓度、料液比4个因素,得到的优化结果:料液比为1∶8,酸解温度为121℃,酸质量分数为1.5%,酸解时间为1 h。此条件下水解菊芋秸秆,还原糖得率高达53.7%;预处理后的水解液在添加纤维素酶和木聚糖酶后,考察Kluyveromyces marxianus 1727的乙醇发酵能力,其同步糖化发酵与分步糖化发酵乙醇产量分别为25.91 g/L和25.63 g/L,生产效率分别是0.54 g/L/h和0.26 g/L/h。结果表明,稀酸水解的菊芋秸秆可用作底物生产燃料乙醇。

菊芋秸秆对连作番茄幼苗生长及根结线虫的影响

以5种不同品种菊芋秸秆(‘J04’‘J06’‘J01’‘J13’‘J15’)为研究对象,以番茄为试材,采用盆栽方法,研究了不同品种菊芋秸秆对连作番茄幼苗生长及根结线虫的影响,以期筛选出利于番茄生长及防治根结线虫的优良菊芋品种。结果表明:番茄连作土中添加菊芋秸秆后,前期(30d)番茄幼苗生长受到抑制,后期表现为促进番茄幼苗生长。不同品种的菊芋秸秆对番茄幼苗生长影响不同,J13和J04处理番茄长势最好,其次是J01、J06、J15。不同品种的菊芋秸秆对于根结线虫虫卵孵化及二龄幼虫均有抑制作用,J13、J04、J06秸秆浸提液对虫卵孵化抑制效果较好,J06和J13对于根结线虫抑杀效果最好,J01对于根结线虫的抑杀效果最弱。综上,J13可作为菊芋秸秆新型开发利用及防治番茄连作障碍的参考材料。

菊芋秸秆制备微晶纤维素的工艺优化及结构表征

菊芋秸秆是一种富含纤维素的生物质资源,为使其充分转化利用,本文探索了菊芋秸秆(JAS)制备食品添加剂微晶纤维素的可行性。以JAS为原料,采用稀盐酸水解法制备微晶纤维素(JASMCC),着重考察盐酸质量分数、水解时间、温度和料液比4个因素对JASMCC产品聚合度和得率等指标的影响,并通过响应面法优化工艺参数。结果表明:菊芋秸秆中纤维素含量高达43.61%以上。经响应面法优化的JASMCC的最佳制备工艺参数为:料液比1∶14 g/m L、盐酸质量分数5%、温度60℃、时间85 min。在此工艺下所得JASMCC产品的聚合度为255.14,得率为36.96%,纯度为97.80%,符合国标GB1886.103-2015《食品添加剂微晶纤维素》要求。利用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和X-射线衍射对JASMCC制备过程中的微观形貌和结晶结构进行表征,并与商业微晶纤维素比较,结果发现JASMCC的微观形态呈棒状,纤维素晶型为Ⅰ型,相对结晶指数为63.42%,说明利用菊芋秸秆制备食品添加剂微晶纤维素的工艺可行。

菊芋秸秆高浓度物料分步糖化及乙醇发酵

菊芋是生物能源和生物炼制的新型原料作物,具有和其他作物不同的秸秆组成.为了解菊芋秸秆的生物转化情况,本研究首先比较了NaOH-H_2O_2、瞬间弹射蒸汽爆破(ICSE)及NaOH-H_2O_2和ICSE联用等3种预处理方法,证明对于菊芋秸秆NaOH-H_2O_2预处理法简单高效.进一步研究显示,NaOH-H_2O_2预处理过程中水洗一次即可显著促进酶解和后续发酵.利用分批补料和补加纤维素酶的方式进行高物料浓度条件下预处理菊芋秸秆的分步水解和乙醇发酵,当物料浓度达到30%(m/V)时,水解72 h的葡萄糖和木糖浓度分别可达143.6 g/L和36.2 g/L.利用木糖-葡萄糖共发酵重组酿酒酵母菌株LX03在菊芋秸秆水解液中进行乙醇发酵,发酵72 h乙醇最高浓度达66.2 g/L(8.27%,V/V),且发酵总糖利用率达86.9%.本研究利用菊芋秸秆水解液发酵获得较高的乙醇产量,为进一步利用菊芋秸秆进行高效生物炼制及高浓度纤维素乙醇生产提供了参考.(图3表1参23)

过表达分支酸歧化酶编码基因ARO7对酿酒酵母抑制物耐受性的影响

利用纤维素原料生产乙醇一直是国内外研究的热点,但纤维素预处理过程产生的弱酸、酚类和糠醛等抑制物对酿酒酵母细胞生长和乙醇发酵具有抑制作用,因此,提高酿酒酵母细胞的环境胁迫耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的重要手段之一.对芳香族氨基酸代谢途径中分支酸歧化酶基因ARO7的过表达对酿酒酵母在胁迫条件下细胞生长和乙醇发酵性能的影响进行研究.结果显示,过表达ARO7的重组菌株在含有5.0 g/L乙酸的平板中生长优于对照菌株;在含有5.0 g/L乙酸的发酵培养基中进行乙醇发酵,过表达ARO7的重组菌株的发酵效率高于对照菌株,在菊芋秸秆水解液中ARO7过表达重组酵母菌株乙醇得率由对照的0.44 g/g提高到0.47 g/g葡萄糖,乙醇生产强度提高了22.38%.以上表明,ARO7的过表达可提高酿酒酵母在抑制物存在条件下纤维素乙醇的发酵效率.

混合糖发酵重组酿酒酵母的菌株构建和菊芋秸秆同步糖化发酵研究

【目的】构建可用于纤维素乙醇高效生产的混合糖发酵重组酿酒酵母菌株,并利用菊芋秸秆为原料进行乙醇发酵。【方法】筛选在木糖中生长较好的酿酒酵母YB-2625作为宿主菌,构建木糖共代谢菌株YB-2625 CCX。进一步通过r DNA位点多拷贝整合的方式,以YB-2625 CCX为出发菌株构建木糖脱氢酶过表达菌株,并筛选得到优势菌株YB-73。采用同步糖化发酵策略研究YB-73的菊芋秸秆发酵性能。【结果】YB-73菌株以90 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源进行混合糖发酵,乙醇产量比出发菌株YB-2625 CCX提高了13.9%,副产物木糖醇产率由0.89 g/g降低至0.31 g/g,下降了64.6%。利用重组菌YB-73对菊芋秸秆进行同步糖化发酵,48 h最高乙醇浓度达到6.10%(体积比)。【结论】通过转入木糖代谢途径以及r DNA位点多拷贝整合过表达木糖脱氢酶基因可有效提高菌株木糖发酵性能,并用于菊芋秸秆的纤维素乙醇生产。这是首次报道利用重组酿酒酵母进行菊芋秸秆原料的纤维素乙醇发酵。

热碱预处理对菊芋茎秆组成和酶水解影响

为了深入了解菊芋茎秆用于生物能源转化的潜力,在对菊芋茎秆的全秆、韧皮以及髓芯的组成分析基础上,采用不同浓度的Na OH在121℃对菊芋茎秆进行预处理,并对预处理后的茎秆进行酶水解。结果表明:菊芋茎秆具有较高木质素含量(32.0%),且韧皮中木质素含量最高;茎秆中碳水化合物总含量与传统农作物秸秆相当,但纤维素含量相对较高(40.5%),半纤维含量相对较低(19.6%)。经不同浓度Na OH预处理后,相对于未处理茎秆,全秆、韧皮以及髓芯中木质素含量分别降低13.1%–13.4%、8.3%–13.5%和19.9%–27.2%,半纤维素含量分别降低了87.8%–96.9%、87.6%–95.0%和74.0%–90.2%。纤维素含量在全秆、韧皮和髓芯中相应增加了56.5%–60.2%、52.2%–55.4%和62.7%–73.2%。酶水解的结果显示,增加预处理过程中Na OH的浓度,全秆和韧皮的水解率可被提高2.3–2.6倍和10.3–18.5倍。虽然热Na OH预处理可以有效地改善髓芯水解性能,但经过高浓度的Na OH(2.0 mol/L)预处理,髓芯的水解性能下降明显。由此可见,菊芋用于生物能源转化技术中,热碱法可较好地适用于菊芋秸秆预处理。提高碱浓度,有利于半纤维素和木质素的去除,并实现酶水解糖化产率的提高。但鉴于碱浓度过高会造成髓芯糖产率降低,热碱预处理菊芋秸秆工艺条件需进一步优化。