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预处理方法对玉米秸秆利用的影响

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纤维素科学与技术 JOURNAL OF CELLULOSE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2009，17(3) 0次
参考文献(8条) 1.Bae K S Lee Y Y Difusion of sulfuric acid within lignocellulosic biomass particles and its impact on dilute acid pretreatment 2002(01) 2.Liu Y.Zhang Y P.Lee R Enzyme-microbe synery during cellulose hydrolysis by Clostridium thermocellum 2006(44) 3.Chen H Z.Liu L Y.Yang X X New process of maize stalk amination treatment by steam explosion 2005(04) 4.Sun X F.Sun R C.Tomkinson J Degradation of wheat straw lignin and hemicellulosic polymers by a totally chlorine free method 2004(01) 5.陈彬.赵由才.曹伟 水葫芦厌氧发酵工程化应用研究 2007(06) 6.Sun V.Cheng J J Dilute acid pretreatment of rye straw and bennudagrass for ethanol production 2005(14) 7.Xu F.Sun J X.Liu C F Comparative study of alkaliand acidic organicsolvent soluble hemicellulosic polysaccharides fromsugarcane bagasse 2006(02) 8.Teymouri umano-Perez F.Hasan Alizadeh Optimization of the ammonia fiber explosion(AFEX)treatment parameters for enzymatic hydrolysis of com stover 2005(18)
反应２０天。从图４可以看出，液氮处理后的玉米秸秆产生的沼气体积最大为１２０ ｍＬ，约为 氢氧化钠处理后样品产气量的两倍。窖源自Ｘ 旷巴ｋ
处理剂 图４预处理后秸秆产沼气能力的比较
２．５讨论 从经济成本和环境的角度看，氢氧化钠和ＰＥＧ－４０００的价格便宜，对环境影响较小【６。７】。
Ｔｒｉｔｏｎ－Ｘ．１００由于其本身难溶于水，黏性大，操作不方便，效果也不明显。液氮超低温处理技 术在预处理中没有任何污染，且降解效果显著。常用的氨纤维爆破法比较繁琐，成本较高‘引。 沼气发酵的结果表明，液氮处理后的秸秆产沼气的能力最强。并且实验中也发现液氮处理后 的反应器中最先出现气泡，说明秸秆容易被降解发酵。
（ＰＥＧ－４０００），每种处理平行做三个样本，于３７℃过夜。样品过滤，烘干备用。
收稿日期：２００９．０３－１８
·通讯作者
基金项目：上海大学创新项目资助课题（Ａ．１０４）１ １２－０７－０４２）。
作者简介：张荫雷（１９８４－．．），男，硕士研究生；主要从事生物质能的研究。
万方数据
３６
纤维素科学与技术
品与对照样品（３ａ）在结构上已经有明显改变，致密程度下降。液氮超低温处理后对秸秆的 破坏更明显（３ｄ），这也解释了液氮超低温处理后酶解效果好得多的原因。
ａ．水
ｂ．硫酸
ｃ．氢氧化钠ｄ．液氮
图３预处理后秸秆结构的电镜照片
２．４预处理后木质纤维素发酵产沼气能力的比较 预处理后的玉米秸秆按“１．２．５”方法进行产沼气能力的测定。反应器置于３７℃水浴，
参考文献：
【１】Ｂａｅ Ｋ Ｓ，Ｌｅｅ Ｙ Ｙ Ｄｉｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ ｗｉｔｈｉｎ ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ ｂｉｏｍａｓｓ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｄｉｌｕｔｅ ａｃｉｄ ｐｒｃｔｒｃａｔｍｃｎｔ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒ Ｔｅｃｌｍｏ，２００２，８３（１）：１６５－１７１．
第１７卷第３期 ２００９年９月
纤维 素 科 学 与 技 术
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
文章编号：１００４－８４０５（２００９）０３－００３５－０４
预处理方法对玉米秸秆利用的影响
、ｂＩ．１７ Ｎｏ．３ Ｓｅｐｔ．２００９
张荫雷，
李 莉，
戴天纭，
的量，结果见图ｌ。
琴 Ｘ
冀 踊
、．一
至
化学处理剂 图１化学试剂处理秸秆后降解效果的比较
由图ｌ可知，玉米秸秆经氢氧化钠、硫酸、ＰＥＧ－４０００和Ｔｒｉｔｏｎ－Ｘ．１００四种化学试剂预
处理后，从总糖的量来看（以ＮａＯＨ处理过的秸秆酶解反应中测得的总糖ＯＤ６００值为１００％），
ＮａＯＨ处理的效果明显优于其他的几种试剂，而另外三种预处理试剂的差别并不是很大。
糖最多。扫描电镜检测证明预处理后的秸秆物理结构发生了较大改变。对预处理后
的秸秆进行发酵产沼气能力比较的结果表明，液氮处理后的秸秆产沼气的量最多．
关键词：玉米秸秆；预处理；降解：木质纤维素；发酵
中图分类号：ＴＳ７２１
文献标识码：Ａ
木质纤维素是重要的可再生资源，其可利用部分主要是纤维烈１１。木质纤维素如玉米等 农作物的废弃物难以被利用的主要原因是木质素和半纤维素共价结合、纤维素的结晶结构以 及纤维素被木质素和半纤维素包覆１２Ｊ，因此有必要对木质纤维素进行有效的预处理，破坏木 质素的包裹，改变纤维素的结晶结构，以增大酶与纤维素的接触面积。有效的预处理方法是 目前提高利用纤维素利用率的主要途径。本文研究了不同的预处理方法对玉米秸秆降解效率 的影响及产生生物质能——沼气的效果。
ｔｏｔａｌｌｙ ｃｈｌｏｒｉｎｅ ｆｌｅｅ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍ Ｄｃｇｒａｄ Ｓｔａｂ，２００４，８３（１）：４７－５７．
【５】陈彬，赵由才，曹伟，等．水葫芦厌氧发酵工程化应用研究【Ｊ】．环境污染与防治，２００７，２９（６）：４５５－４５８． 【６】Ｓｕｎ、‘Ｃｈｅｎｇ Ｊ Ｊ．Ｄｉｌｕｔｅ ａｃｉｄ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｒｙｅ ｓｔｒａｗ ａｎｄ ｂｅｒｍｕｄａｇｒａｓｓ ｆｏｒ ｅｔｈａｎｏｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．
Ｂｉｏｍｓｏｕｒ ＴｏｃｌｍｏＬ ２００５，９６（１４）：１ ５９９—１６０６． 【７】Ｘｕ Ｆ’Ｓｕｎ Ｊ）（’Ｌｉｕ Ｃ Ｆ’甜ａ１．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａｌｋａｌｉａｎｄ ａｃｉｄｉｃ ｏｒｇａｎｉｃ．ｓｏｌｖｅｎｔ ｓｏｌｕｂｌｅ ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ
ｐｏｌｙｓａｅｃｈａｒｉｄｅｓ ｆｒｏｍｓｕｇａｒｃａｎｅ ｂａｇａｓｓｅ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｈｙｄｒ Ｒｃｓ，２００６，３１４（２）：２５３－２６１． 【８】Ｔｅｙｍｏｕｒｉ Ｆ’Ｌａｕｒｅａｎｏ－Ｐｅｒｅｚ Ｆ’Ｈａｓａｎ Ａｌｉｚａｄｅｈ，ｅｔ ａ１．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｍｍｏｍａ ｆｉｂｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ（ＡＦＥＸ）
李蕴，
马中良·
（上海大学生命科学学院生命科学实验教学中心。上海２００４４４）
摘要：分别用化学方法（稀硫酸、氢氧化钠、聚乙二醇－４０００、曲拉通Ｘ－１００）和
物理方法（液氮超低温处理）对玉米秸秆进行预处理，比较了预处理后木质纤维素
酶降解的效果。结果表明：氢氧化钠和液氮超低温处理的降解效率比较好，生成的
第１７卷
１．２．３物理预处理方法 将上述玉米秸秆置于超低温环境（液氮）处理３０ ｍｉｌｌ后，用研钵研磨５ ｍｉｎ，研磨过程
保持秸秆始终被液氮浸没，样品备用。
１．２．４酶解效果的测定 将处理后的样品各０．１ ｇ，ｐＨ ４．５ ＮａＡｃ·ＨＡｃ缓冲液３ ｍＬ以及１０ ｇ／Ｌ（１３３．４ ＦＰＵ／ｍＬ）
的纤维素酶溶液，置于５０。Ｃ水浴锅中静置反应２ ｈ，其间不时振摇数次。还原糖含量测定采 用ＤＮＳ比色法【３１，总糖含量测定采用葸酮比色法【４１。
１．２．５木质纤维素产沼气效果的测定 分别称取预处理后的秸秆ｌ ｇ，置于１００ ｍＬ反应瓶中。在厌氧工作台操作，以上海大
学池塘的深层污泥为接种物，混匀后加入１０ ｍＬ，另外加入基础培养基１０ ｍＬ。用Ｎ２充满 反应瓶。用排水法收集气体【５１０
２结果与讨论
２．１化学预处理方法的比较 用四种化学试剂处理玉米秸秆粉后，用纤维素酶水解处理后的样品，测定所产生的总糖
万方数据
第３期
张荫雷等：预处理方法对玉米秸秆利用的影响
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的量。 图２比较了化学法与物理法预处理对玉米秸秆降解的影响，从图中可以看出，液氮超低
温对玉米秸秆处理后降解的效果比化学法好。而在几种化学试剂中，氢氧化钠预处理的效果 比硫酸好。这一点与图ｌ中总糖含量测定的结果相一致。
２．３预处理后木质纤维素结构的改变 将预处理过的秸秆在扫描电镜下观察（图３），硫酸（３ｂ）和氢氧化钠（３ｃ）处理后样
万方数据
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纤维素科学与技术
第１７卷
３结论
本文比较了利用化学试剂（稀硫酸、氢氧化钠、ＰＥＧ－４０００和Ｔｒｉｔｏｎ－Ｘ．１００）预处理方法 与液氮超低温预处理的物理方法对玉米秸秆降解的影响。酶解试验结果表明，液氮和氢氧化 钠预处理的玉米秸秆降解效率较高，生成的还原糖和总糖最多。经过预处理的秸秆物理结构 发生了改变，以液氮处理的秸秆的变化最明显。液氮处理后的秸秆产沼气的量最多，至少是 其他处理方法产气量的２倍。本研究为进～步研究超低温预处理木质纤维素及其生物能转化 的机制奠定了基础。
ｌ材料与方法
１．１材料 玉米秸秆购自江苏盐城，晒干，粉碎，备用。 纤维素酶Ｒ－ＩＯ购自北京鼎国生物技术有限责任公司，纤维素酶活（以滤纸酶活表示）

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CFS_预处理对不同秸秆原料酶解和理化结构的影响

CFS_预处理对不同秸秆原料酶解和理化结构的影响

山西农业科学 2023，51（12）：1426-1434Journal of Shanxi Agricultural SciencesCFS 预处理对不同秸秆原料酶解和理化结构的影响田鑫，王雨萌，徐师苗，汪强杰，胡轲，张海波，程红艳（山西农业大学 资源环境学院，山西 太谷 030801）摘要：高铁酸钾复合液（CFS ）是制备高铁酸钾的剩余滤液，其含有大量碱（OH -）和氧化剂（ClO -和Fe 6+），具有破坏木质纤维素顽固结构、提升酶解效率的潜力。

为实现秸秆的资源化利用与高铁酸钾制备废液的再利用，以山西储量丰富的玉米秸秆（CS ）、高粱秸秆（SS ）和谷子秸秆（MS ）为原料，采用CFS 进行预处理，对比3种秸秆的酶解糖化率，分析秸秆的理化结构变化。

结果表明，CFS 预处理中碱和氧化剂共同参与了3种秸秆的降解，促进了酶解糖化率；在最佳预处理时间24 h 下，CS 、SS 和MS 的还原糖产量分别较对照提高252.77%、236.39%、216.66%，其中CS 的酶解效率最高；组分分析表明，CFS 处理能有效去除3种秸秆中木质素成分，增加纤维素相对含量，进而有利于纤维素酶的可及性；结构分析显示，CFS 处理后，3种秸秆的理化结构发生了不同程度变化，粗糙度增加，官能团发生断裂，纤维结晶度升高，热稳定性变差。

在3种秸秆中，CS 结构变化最明显，更有利于被生物转化。

综上，CFS 预处理可改变作物秸秆的理化结构，破坏其致密结构，促进后续酶解效率，是一种理想的预处理技术。

关键词：高铁酸钾复合液（CFS ）；预处理；作物秸秆；还原糖产量；理化结构中图分类号：S141.4 文献标识码：A 文章编号：1002‒2481（2023）12‒1426‒09Effects of CFS Pretreatment on Enzymatic Hydrolysis and PhysicochemicalStructure of Different Straw MaterialsTIAN Xin ，WANG Yumeng ，XU Shimiao ，WANG Qiangjie ，HU Ke ，ZHANG Haibo ，CHENG Hongyan（College of Resources and Environment ，Shanxi Agricultural University ，Taigu 030801，China ）Abstract ： Composite ferrate solution(CFS) is the residual filtrate for preparing potassium ferrate. It contains a lot of alkali (OH -) and oxidant(ClO - and Fe 6+), which has the potential to destroy the recalcitrant structure of lignocellulose and improve the efficiency of enzymatic hydrolysis. In order to realize the utilization of straw resources and reuse of preparation waste liquid of potassium ferrate, in this paper, corn straw(CS), sorghum straw(SS), and millet straw(MS), which are abundant in Shanxi province, were pretreated with CFS, the enzymolysis and saccharification rates of the three kinds of straw were compared, and the change of physicochemical structure of the straw was analyzed. The results showed that the alkali and oxidant in the pretreatment of CFS were involved in the degradation of three kinds of straw, which promoted the enzymatic hydrolysis rate and saccharification rate. Under the optimal pretreatment time of 24 h, the reducing sugar yield of CS, SS, and MS was increased by 252.77%, 236.39%, and 216.66% compared with that of the control, respectively, and the enzymatic hydrolysis efficiency of CS was the highest. Component analysis showed that CFS treatment could effectively remove lignin in three kinds of straw and increase the relative content of cellulose, which was beneficial to the accessibility of cellulase. Structural analysis showed that after CFS treatment, the physicochemical structure of the three kinds of straw changed in different degrees, roughness increased, functional group fractured, fiber crystallinity increased, and thermal stability decreased. Among the three kinds of straw, CS had the most obvious structural change and was more conducive to biotransformation. In conclusion, CFS pretreatment could change the physicochemical structure of crop straws, destroy the dense structure and promote the efficiency of subsequent enzymatic hydrolysis, so it was an ideal pretreatment technology.Key words ：composite ferrate solution(CFS); pretreatment; crop straw; reducing sugar yield; physicochemical structuredoidoi:10.3969/j.issn.1002-2481.2023.12.11收稿日期：2023-01-04基金项目：山西省高等学校科技创新项目（2020L0137）；山西农业大学科技创新基金项目 （2018YJ39）；山西省优秀博士来晋工作奖励基金（SXYBKY201803）；国家自然科学基金（52100149）；山西省水利科学技术研究与推广项目（2022GM034）作者简介：田　鑫（1997-），女，山西汾阳人，在读硕士，研究方向：农业环境保护与废弃物资源化利用。

微波辅助预处理对玉米秸秆中纤维素含量的影响及响应面优化

微波辅助预处理对玉米秸秆中纤维素含量的影响及响应面优化

马 小华 ，张西亚 ， 袁 红
（ 北方民族大学化学与化学工程学 院， 宁夏银川 ７ ５ ０ ０ ２ １ ）
摘要 ： 在微波辅助下 ， 采用稀硫酸法对玉米秸秆进行 预处理 。结果显示 ， 相 比较于常规加热 ， 微波辅助的预处理过 程能有效提高纤维素含量。采用单 因素研究微波加热条件下液 固比、 预处理时 间、 温度对纤维素含量 的影 响 ， 在此基
中图分类号 ： ￥ ２ １ ６ ． ２
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ２—１ ３ ０ ２ （ ２ ０ １ ３ ） １ ０— ０ ２ ２ ８— ０ ３
各类化石资源正 日益枯竭 ， 能源问题也 面临着严峻考验 ， 开发和利用生物质可再生能源是缓解化石资源紧张的途径之
一
析纯 。
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ３—２ １ 基金项 目： 国家 自然 科学基金 （ 编号 ： ２ １ ２ ６ ６ ０ ０ １ ／ Ｂ ０ ６ ０ ９ ０ ５ ） ； 宁夏回族
匀， 使半纤维素水解更充分 ， 因而纤维素含量 升高 。
表 １ 不同加热方式对纤维素含量的影响
自治区科技 支撑计划（ 编号 ： ２ ｏ １ ２ ｚ ｙ ｇ ｏ ｏ ８ ） ； 北方 民族大学 自主科研
称取粉碎后 的秸秆 １ ５ ｇ ， 分别按 ５ ｍ Ｌ：１ ｇ 、 ７ ｍ Ｌ： １ ｇ 、
１ ０ ｍ Ｌ： １ ｇ 、 １ ２ ｍ Ｌ： １ ｇ 、 １ ５ ｍ Ｌ： １ ｇ 的 固液 比 （ ｇ： ｍ Ｌ ） 加入
构， 纤维素被半纤维素和木质 素高度结合覆 盖， 很难被水解生
。
纤维素含量
２ 结 果 与分 析
， 采用硫酸法 测定秸秆中的木质素含量 。
２ ． １ 不 同加 热 方 式 对 玉 米秸 秆 中纤 维素 含 量 的 影 响
预处理方法对玉米秸秆利用的影响

预处理方法对玉米秸秆利用的影响

第17卷第3期2009年9月纤维素科学与技术Journal of Cellulose Science and TechnologyV ol. 17 No.3Sept. 2009文章编号：1004-8405(2009)03-0035-04预处理方法对玉米秸秆利用的影响张荫雷，李莉，戴天纭，李蕴，马中良*（上海大学生命科学学院生命科学实验教学中心，上海 200444）摘要：分别用化学方法（稀硫酸、氢氧化钠、聚乙二醇-4000、曲拉通X-100）和物理方法（液氮超低温处理）对玉米秸秆进行预处理，比较了预处理后木质纤维素酶降解的效果。

结果表明：氢氧化钠和液氮超低温处理的降解效率比较好，生成的糖最多。

扫描电镜检测证明预处理后的秸秆物理结构发生了较大改变。

对预处理后的秸秆进行发酵产沼气能力比较的结果表明，液氮处理后的秸秆产沼气的量最多。

关键词：玉米秸秆；预处理；降解；木质纤维素；发酵中图分类号：TS721 文献标识码：A木质纤维素是重要的可再生资源，其可利用部分主要是纤维素[1]。

木质纤维素如玉米等农作物的废弃物难以被利用的主要原因是木质素和半纤维素共价结合、纤维素的结晶结构以及纤维素被木质素和半纤维素包覆[2]，因此有必要对木质纤维素进行有效的预处理，破坏木质素的包裹，改变纤维素的结晶结构，以增大酶与纤维素的接触面积。

有效的预处理方法是目前提高利用纤维素利用率的主要途径。

本文研究了不同的预处理方法对玉米秸秆降解效率的影响及产生生物质能——沼气的效果。

1 材料与方法1.1 材料玉米秸秆购自江苏盐城，晒干，粉碎，备用。

纤维素酶R-10购自北京鼎国生物技术有限责任公司，纤维素酶活（以滤纸酶活表示）为133.4 FPU/mL。

1.2 方法1.2.1 样品的初步预处理称取高温灭菌过的玉米秸杆粉0.5 g，分别放入编号的锥形瓶中。

1.2.2 化学法预处理试剂的制备上述样品分别用2%氢氧化钠，2%稀硫酸，10%曲拉通（Triton-X-100），1%聚乙二醇（PEG-4000），每种处理平行做三个样本，于37℃过夜。

硝化细菌脱氨氮预处理对鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵的影响

硝化细菌脱氨氮预处理对鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵的影响

硝化细菌脱氨氮预处理对鸡粪和玉米秸秆混合厌氧发酵的影响翟佳宁;刘博林;车一一;董晓莹;王晓明;于美玲;周岩;邵丽杰;寇巍【摘要】在发酵温度为40℃,发酵底物TS含量分别为12％,16％和20％的条件下,将经过硝化细菌脱氨氮预处理的鸡粪以及未经预处理的鸡粪分别与玉米秸秆进行混合厌氧发酵,并研究发酵过程中沼气日产量、沼气累计产量、氨氮浓度、TS和VS 降解率等参数的变化规律.研究结果表明:在发酵过程的前15 d,当发酵底物的TS含量分别为12％,16％,20％时,经过预处理的试验组的沼气日产量平均值分别为593.1,550.9,355.1 mL/d,未经预处理的试验组的沼气日产量平均值分别为420.8,379.2,433.4 mL/d;与未经预处理的试验组相比,经过预处理的试验组的累积沼气产量更高;在整个发酵过程中,各试验组的氨氮浓度均呈现出逐渐上升的变化趋势;脱氨氮预处理能够提高发酵前物料的挥发性脂肪酸浓度;当发酵底物的TS含量分别为12％,16％和20％时,相比于未经预处理的试验组,经过预处理的试验组的TS降解率分别提高了1.9％,7.9％和17.4％,VS降解率分别提高了2.2％,3.3％和28.4％,纤维素降解率分别提高了1.1％,4.6％和26.0％,半纤维素降解率分别提高了0.1％,1.3％和25.5％.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2019(037)006【总页数】7页(P796-802)【关键词】鸡粪;秸秆;硝化细菌;预处理;厌氧发酵【作者】翟佳宁;刘博林;车一一;董晓莹;王晓明;于美玲;周岩;邵丽杰;寇巍【作者单位】沈阳航空航天大学能源与环境学院, 辽宁沈阳 110136;辽宁省能源研究所有限公司, 辽宁营口115003;中国人民解放军空军工程大学信息与导航学院, 陕西西安 710077;沈阳农业大学工程学院,辽宁沈阳 110866;辽宁省能源研究所有限公司, 辽宁营口115003;辽宁省能源研究所有限公司, 辽宁营口115003;辽宁省能源研究所有限公司, 辽宁营口115003;沈阳航空航天大学能源与环境学院, 辽宁沈阳 110136;辽宁省能源研究所有限公司, 辽宁营口115003;辽宁省能源研究所有限公司, 辽宁营口115003;辽宁省能源研究所有限公司, 辽宁营口115003【正文语种】中文【中图分类】TK6;S216.40 引言我国是一个养殖大国，随着养殖业规模化和集约化地发展，每年产生了大量的畜禽粪便。