玉米秸秆纤维素基保水缓释肥的制备及性能研究

以玉米秸秆纤维素(CSC)和丙烯酸(AA)为原料,采用溶液聚合法制备可降解高吸水聚合物玉米秸秆纤维素-g-聚丙烯酸(CSC-g-PAA)。通过扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对CSC-g-PAA材料的形貌和结构进行表征。进一步研究CSC-g-PAA在土壤中的持水性、保水性以及降解性。结果表明,CSC-g-PAA在去离子水中的吸水率可达702.89 g/g, 5次循环后CSC-g-PAA的吸水率仍然为初始吸水率的47.27%;添加土壤3%(质量分数)的CSC-g-PAA,土壤持水率为70.51%,36 d后保水率为15.50%;CSC-g-PAA在土壤中50 d的降解率为24.14%。采用液体浸渍法CSC-g-PAA尿素最高负载率为81.76%,具有优异的缓释性能,符合M_(t)/M_(∞)=Ktn模型。CSC-g-PAA能集吸水、保水和负载养分及缓释的功能于一体,在农业生产中具有节水、减施增效的巨大潜力。

棘孢木霉降解纤维素能力评价及其对玉米秸秆的降解效果

秸秆在自然条件下降解速度慢,容易造成环境污染及资源浪费。为了提高玉米秸秆的还田率和土壤肥力,本研究利用刚果红染色法、滤纸崩解实验等多种方法对实验室分离鉴定保藏的菌株棘孢木霉(Trichoderma asperel-lum)ZZY的降解纤维素能力进行综合评价。结果表明:棘孢木霉中的羧甲基纤维素酶(CMCase)、β-葡萄糖苷酶(β-Gase)和滤纸酶(FPA)的酶活力分别为(22.67±1.95)U/mL、(14.96±1.11)U/mL和(14.56±0.79)U/mL。随后利用盆栽实验将其孢子粉制备的可湿性粉剂施用在玉米秸秆上,与对照组相比,在15~120 d内显著加快了玉米秸秆的降解速度,菌剂组在120 d时达到了最好的降解效果,玉米秸秆的干质量、半纤维素、纤维素、木质素的降解率分别达到(82.87±5.12)%、(81.96±5.02)%、(86.75±4.72)%、(65.11±6.21)%;土壤中的营养成分也显著提高,有机质、全氮、有效磷、速效钾的含量分别达到(30.83±0.22)g/kg、(3.03±0.12)g/kg、(21.82±0.13)mg/kg、(410.30±0.84)mg/kg。这说明棘孢木霉ZZY具有良好的降解纤维素的能力,其制备的可湿性粉剂能有效降解玉米秸秆,提高秸秆还田率,提升土壤肥力。

甜玉米秸秆发酵酒的酿造工艺研究

利用白腐菌、褐腐菌发酵制备甜玉米秸秆发酵酒。以乙醇体积分数为指标,在单因素试验的基础上通过响应面法优化甜玉米秸秆发酵酒的酿造工艺。结果表明:最佳酿造工艺条件为纤维素降解时间20 d、酒曲添加量12%(以秸秆质量为基准)、初始糖含量163 g/L、发酵时间72 h,在此条件下,甜玉米秸秆发酵酒的乙醇体积分数为12.05%。酿造的酒体菌落总数≤50 CFU/mL、大肠杆菌≤3 CFU/100 mL、致病菌未检出,酒体无色、清亮透明、有光泽,具有淡淡的甜玉米秸秆的清香,口感清甜。

堆肥中纤维素降解菌的筛选及复配菌降解性能研究

纤维素作为植物细胞壁的主要成分广泛存在于自然界中,其降解过程对于堆肥发酵、土壤改良及生物质能的开发利用具有重要意义。在堆肥过程中,纤维素降解菌发挥着至关重要的作用。本文旨在将纤维素分解菌株从玉米秸秆堆肥中分离出来,并通过测定相关酶的活性、滤纸条的崩解能力和兼容性、再构建复合菌系、评价降解性能等方法,筛选优良菌株。

纤维素降解菌的分离筛选及产酶条件优化

【目的】为获得秸秆降解的应用型菌株,自制秸秆腐熟菌剂。【方法】从林下土壤和堆肥样品中,采用羧甲基纤维素钠和刚果红培养基进行分离筛选,并对菌株纤维素酶活性、滤纸酶活性和木聚糖酶活性进行测定。【结果】获得1株羧甲基纤维素酶活力最高的菌株,经形态学和分子生物学鉴定为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。该菌株对滤纸有崩解效果,滤纸酶活性14.21 U·mL^(−1),木聚糖酶活性24.03 U·mL^(−1),玉米秸秆降解率为21.2%。【结论】菌株TB1滤纸崩解试验效果较好,纤维素酶活性、滤纸酶活性和木聚糖酶活性均较高,具有秸秆降解开发应用价值。

低成本羧甲基纤维素保鲜膜的制备及性能

以玉米秸秆为原料,采用溶媒法制备羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC),并制备羧甲基纤维素保鲜膜。研究甘油与CMC添加量对膜的保鲜效果的影响。考察CMC膜的晶体结构、表面形貌、红外光谱、热稳定性、透光率、水蒸气透过率及对蓝莓的保鲜效果。结果表明:当甘油添加量为0.7 mL、CMC添加量为0.5 g时,膜在蓝莓保鲜方面性能较好,10 d时蓝莓失重率仅为6.0%,相比未涂敷膜液的蓝莓失重率降低了30.9%;扫描电镜及X射线谱图均显示膜的质地均匀,成分融合良好,水蒸气透过率为6.5704×10^(-12)g/(m·Pa·s)。透光率为92%,符合水果保鲜要求。

羧甲基纤维素基复合膜的制备及保鲜效果研究

以玉米秸秆为原料,制备羧甲基纤维素。通过添加甘油、壳聚糖、硝酸银制备羧甲基纤维素基复合保鲜膜,研究了不同甘油、壳聚糖及硝酸银添加量对复合膜结构及性能的影响,考察了复合膜的不透明度、水蒸气透过率、结晶结构、表面形貌和对蓝莓果实的保鲜效果。综合各项测试结果:制备的复合膜在硝酸银含量为0.01 mol/L时效果最佳,不透明度及水蒸气透过率分别为2.84%和1.99%。X-射线分析表明,羧甲基纤维素复合膜的结构未发生实质性变化,SEM分析表明,复合膜具有较好的表面特性;复合膜对蓝莓具有一定的保鲜效果,能够延缓蓝莓的腐败及失水速率。

基于玉米秸秆纳米纤维素复合膜的研制及性能研究

该研究以玉米秸秆纳米纤维素、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠为成膜基材,辅以蒙脱土对其进行性能优化,以甘油为增塑剂,精油、硬脂酸为改性剂,通过流延法制备复合膜,分别进行单因素和正交试验,对复合膜性能进行测定。通过考察各成膜原料对复合膜机械性能、透湿量、透光率和水溶性的影响情况,确定成膜液最佳配方组合为:纳米纤维素30 g/L、蒙脱土20 g/L、精油2 mL/L、海藻酸钠与羧甲基纤维素质量比4∶1。在此工艺条件下制备的复合膜综合效果最佳,膜厚(0.072±0.03)mm,抗拉强度18.20 MPa,断裂伸长率56.66%,透湿量424.30 g/(m^(2)·d),透光率87.2%,水解时间135 s,复合膜具备较好的工艺性能,具有绿色可降解等优点。随着纳米纤维素含量的增加,复合膜的拉伸强度不断增加,水蒸气透过率逐渐降低,进一步优化了复合膜的工艺性能,使得复合膜更适用于市场上包装材料的需求。该文利用玉米秸秆纳米纤维素制备复合膜,不仅实现玉米秸秆资源的利用,也在一定程度上缓解“白色污染”,拓宽了可降解性复合膜的应用途径。

废弃玉米秸秆制备高吸水树脂研究

以农业废弃玉米秸秆为原料,经过氢氧化钠碱化处理后继续与氯乙酸钠反应制备羧甲基玉米秸秆纤维素,其最佳制备条件为m(废弃玉米秸秆)∶m(氢氧化钠)∶m(氯乙酸钠)为1∶1.25∶0.75,碱化温度为30℃,醚化温度为75℃,碱化时间为1.5 h,醚化时间为1.5 h,最佳条件下的羧甲基玉米秸秆纤维素的取代度为0.36。然后母体与丙烯酸单体发生接枝聚合制备得到吸水率远高于市场产品的功能高吸水树脂聚合物。研究了母体羧甲基玉米秸秆纤维素与单体丙烯酸的质量比对高吸水树脂吸水率的影响,丙烯酸与氢氧化钠反应的中和度对吸水率的影响、氧化还原引发剂过硫酸钾和亚硫酸氢钠用量对吸水率的影响、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺的用量对吸水率的影响,最终确定最佳的配比为m(羧甲基玉米秸秆纤维素)∶m(丙烯酸)∶m(过硫酸钾)∶m(亚硫酸氢钠)∶m(N,N′-亚甲基双丙烯酰胺)∶m(体系总去离子水)为1∶5∶0.12∶0.096∶0.04∶8.5。

改性玉米秸秆纤维素的制备及其对Pickering乳液稳定性的影响

以玉米秸秆为原料,通过亚氯酸钠-醋酸-氢氧化钠法提取纤维素(corn straw cellulose,CS),分别用硫酸水解和硫酸水解-高压均质联用的方法对CS进行改性,并以百里香精油作为油相制备Pickering乳液,研究改性前后纤维素作为乳化剂对Pickering乳液稳定性的影响。分别对改性前后纤维素的结构与性质进行表征,对所得乳液微观结构、粒径、电位、稳定性和流变特性进行测定。结果表明:与CS和硫酸水解改性的纤维素(cellulose precipitation,CP)相比,硫酸水解-高压均质联用改性的纤维素(high pressure homogenization cellulose,HPC)的粒径显著减小(P<0.05),为28.61μm。活性基团数量增多,静水接触角变大,达到76.1°,约为CS的2.4倍。CP的微观形貌呈现短棒状结构,表面光滑;而HPC呈现卷曲状,表面由平滑变得疏松多孔。改性后的玉米秸秆纤维素均提高了Pickering乳液的稳定性,其中由HPC稳定的乳液的稳定性最好,乳液粒径最小,为3.53μm,粒径分布也更均匀。在21 d的25℃贮藏中,液滴之间没有出现明显的絮凝等现象,TSI值变化最小,为0.359,表现出良好的贮藏稳定性。这些结果证明了与CS、CP相比,HPC的乳化性增强,这为玉米秸秆纤维素成为食品级固体乳化剂提供了理论基础,为玉米的副产物实现了高值化利用。

堆肥中纤维素降解菌的筛选及复配菌降解性能研究

为加快堆肥过程中秸秆纤维素的降解速率,本研究从玉米秸秆堆肥中分离纤维素分解菌,并通过测定羧甲基纤维素酶(CMCase)活力、滤纸条崩解能力及兼容性,筛选出优良菌株,进而构建复合菌系,并对降解性能进行评价。结果共获得29株纤维素分解菌,对其中的高效菌株进行配伍,构建了6组复合菌系。除复合菌系F外,其他复合菌系的滤纸酶活力均显著高于单一菌株(P<0.05),尤以复合菌系B(xw1、xw3、xw8)、D(xw16、xw21、xw31)的酶活力最高,分别为22.8、20.4 U·mL^(-1),比其中的最强单菌株xw3、xw21高出58.3%、68.6%,且所产酶具有耐高温(40~55℃)性。复合菌系B、D培养5 d可将滤纸条崩解为糊状,10 d内对秸秆的降解率达24.5%、21.9%,较单菌株xw8、xw31增加9.4和4.7个百分点。经16S rDNA分子鉴定,复合菌系B由微杆菌属(Microbacterium sp.)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus sp.)组成,复合菌系D由芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、类芽孢杆菌属(Paenibacillu sp.)组成。本研究结果进一步丰富了纤维素降解菌种资源,为农业废弃物处理特别是堆肥接种剂的开发提供了借鉴。

蒸汽爆破预处理玉米秸秆与PBAT共混制生物基全降解塑料特性研究

文章将蒸汽爆破预处理的改性玉米秸秆粉/PBAT复合材料与未经蒸汽爆破预处理改性玉米秸秆粉/PBAT复合材料和纯PBAT材料进行了理化特性对比分析。结果表明:蒸汽爆破预处理后改性玉米秸秆粉填充PBAT复合材料比未经蒸汽爆破预处理改性玉米秸秆粉/PBAT复合材料的拉伸强度提高了5.78%,断裂伸长率提高了15.02%,结晶度降低了2.38%;比纯PBAT材料的拉伸强度降低了47.01%,断裂伸长率降低了52.32%,结晶度提高了32.26%。蒸汽爆破预处理前后改性玉米秸秆粉填充PBAT复合材料中发生了酯化反应。通过蒸汽爆破预处理玉米秸秆,与PBAT制成共混生物基塑料,降低了生产成本,提高了产品性能,为玉米秸秆在生物基全降解塑料领域提供了新的应用途径。

玉米秸秆皮纤维素/NMMO·H_(2)O溶液流变性能研究

为探究Lyocell纤维纺丝原液流变性能,使用激光共聚焦显微镜跟踪玉米秸秆皮纤维素浆粕在NMMO·H_(2)O中溶解变化过程,使用黏度计对溶液的流变性能进行分析。研究结果得出,玉米秸秆皮纤维素浆粕在NMMO·H_(2)O中溶解时间相比其他浆粕更短,纤维素浆粕聚合度越大,溶液的非牛顿指数越小,溶液表观黏度η、稠度系数K、黏流活化能Eη和结构黏度指数Δη越大,即溶液可纺性下降。最终选取聚合度为870的玉米秸秆皮纤维素浆粕,在相同纤维素浓度下,随着溶解温度升高,溶液的表观黏度越小,溶解温度越高,非牛顿指数越大,溶液可纺性上升,确定溶解温度为100℃。制得的纺丝原液η为0.81、K为1.59,Δη为5.36,为理想的纺丝原液。碱溶液处理后的玉米秸秆皮纤维素/NMMO·H_(2)O溶液,玉米秸秆皮纤维素原料的聚合度、杂质含量和溶解温度等因素综合影响纺丝溶液的流变性能。在此基础上,探讨纤维素性质对纤维性能的影响,结果表明Lyocell纤维的力学性能随纤维素聚合度及纺丝液浓度的提高而降低,可纺浓度随聚合度的提高而下降。

纤维素降解菌在秸秆好氧堆肥中的研究进展

我国玉米秸秆产量持续增加,如何高效利用玉米秸秆成为了亟待解决的问题.玉米秸秆含有大量难以降解的木质纤维素,传统的燃烧处理既污染环境又浪费资源.目前,玉米秸秆的堆肥化处理是一种非常有效的降解途径,具有绿色环保等优点.同时,在堆肥过程中添加高效纤维素降解菌可以提高基质转化率,缩短堆肥进程.相比于单一菌株,微生物菌群降解效率更高.因此,筛选高效纤维素降解菌,构建生态稳定、功能良好的复合菌剂并应用于玉米秸杆堆肥处理中,对玉米秸秆木质纤维素的资源化利用具有十分重要的意义.

玉米磷酸酯淀粉/秸秆纤维素可食膜的制备及物理性能

以玉米磷酸酯淀粉(corn distarch phosphate,CDP)和玉米秸秆纤维素(corn straw cellulose,CSC)为主要基材制备可食膜。研究CDP与CSC质量比、羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)质量浓度、丙三醇(glycerol,Gly)质量浓度对可食膜物理性能抗拉强度(tensile strength,TS)、断裂伸长率(elongation at break,EAB)、水蒸气透过系数(water vapour permeability,WVP)和透光率的影响。在此基础上以可食膜的物理性能综合分为响应值,采用响应面法优化制备工艺参数。结果表明:最佳工艺条件为CDP-CSC质量比8.5∶1.5、CMC质量浓度0.8 g/100 mL、Gly质量浓度1.0 g/100 mL,此条件下可食膜物理性能综合分最高为0.683,对应可食膜的TS为19.75 MPa、EAB为46.89%、WVP为1.167×10^(-12)g/(cm·s·Pa)、透光率为41.86%,比未添加CSC的CDP膜物理性能综合分提高27.14%。通过扫描电子显微镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱分析对可食膜进行结构观察和表征,表明CDP/CSC可食膜表面较平整,结构致密,各基质相容性好。

采用阶段处理和多菌种固态发酵玉米秸秆的研究

目的 采用阶段处理和多菌种固态发酵玉米秸杆,提高玉米秸杆的饲料营养价值。方法 利用氨化法和白腐真菌Lx对玉米秸秆进行前处理,将康宁木霉和选育出的高活性黑曲霉Sy,瘤胃细菌X4,酵母Y2,接种于前处理过的玉米秸杆上进行多菌种共发酵。由正交试验得出最适培养条件。结果 在发酵温度30℃,pH5,发酵9d后,粗蛋白含量达24.61%,粗纤维降解率为48.37%。结论该法为利用玉米秸杆生产蛋白饲料提供了新途径。

玉米秸秆纤维降解的预处理工艺条件筛选

为解决玉米秸秆在发酵中难降解的问题,以玉米秸秆为试验原料,通过物理-化学、物理-生物和物理-化学-生物3种方法对秸秆进行预处理,考察秸秆中纤维素、半纤维素、木质素含量,探讨各种预处理方法对玉米秸秆的降解效果。结果表明:添加10%NaOH溶液后加入绿秸灵的处理方式秸秆半纤维素的降解效果较好,降解率为32.98%;添加混合菌的处理方式秸秆纤维素的降解效果较好,降解率为51.46%;添加8%NaOH溶液后加入绿秸灵和添加10%NaOH溶液后加入绿色木霉的处理方式秸秆木质素的降解效果较好,降解率为39.28%。3种预处理方法对玉米秸秆中半纤维素、纤维素有显著影响,对木质素的降解影响不显著。3种预处理方法对玉米秸秆中不同组分降解率的影响大小顺序为:纤维素、半纤维素、木质素。

纤维素分解菌的筛选及玉米秸秆降解

从不同来源的土样中分离出降解纤维素能力强的5株霉菌及5株放线菌,测定了这10株菌在玉米秸秆发酵中的CMC酶及木聚糖酶的动态酶活。结果表明,霉菌菌株F6在整个培养过程中CMC酶及木聚糖酶的活性最高,分别为14.57和25.69 U/g,其次为放线菌A4,CMC酶及木聚糖酶酶活分别为8.62、27.07U/g。采用F6,A4处理玉米秸秆15 d,降解率分别达44.80%和41.12%。进一步研究表明,接种不同菌株后的玉米秸秆降解率与降解过程中菌株产CMC酶及木聚糖酶最大酶活呈显著的正相关关系。

几种纤维素分解菌在有机质转化中的作用

采用培养实验,研究了在添加有机物料的条件下几种纤维素分解菌在土壤有机质转化中的作用。目的在于探讨黑土有机质变化的微生物机理,并从中筛选出活性较高的菌株及其组合,以期将之用于秸秆还田,提高土壤肥力,充分发挥微生物在生态系统中的作用。结果表明,在添加有机物料培养条件下土壤有机质的转化与纤维素分解菌的种类与数量有一定的相关性,不同的纤维素分解菌在有机质转化中的作用不同,多种菌株联合接种比单一接种对有机质转化的作用要强。所选择的4株菌株中哈茨木霉(Trichoderma harziamum Rifai,Mycol)比绿色木霉(Trichoderma atroviride P.karsten,Finl.)、桔青霉(Penicillium citrinum Thom.)和黑曲霉(Aspergillus niger v.Tiegh.)在有机质转化中的作用大。

超声波-微波协同作用对玉米磷酸酯淀粉/秸秆纤维素可食膜机械性能的影响

利用超声波-微波协同技术制备玉米磷酸酯淀粉/秸秆纤维素(corn distarch phosphate/corn straw cellulose,CDP/CSC)可食膜,探讨超声波-微波处理条件对膜机械性能的影响。以抗拉强度(tensile strength,TS)和断裂伸长率(elongation at break,EAB)为指标,通过响应面分析优化得到最佳工艺条件为:超声波功率600 W、微波功率170 W、超声波-微波时间9 min。在此条件下可食膜的TS和EAB分别达到31.42 MPa和74.33%,与未经超声波-微波处理的膜相比分别提高62.29%和56.88%。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱分析和X射线衍射对可食膜进行结构观察和表征,经超声波-微波协同处理的CDP/CSC可食膜表面平整,结构致密,分子间作用力加强。超声波-微波联合作用可有效提高CDP/CSC可食膜的机械性能。