玉米秸秆纤维（精选九篇）
玉米秸秆纤维 篇1
1 材料和方法
1.1 材料
1.1.1 供试材料
本实验以干燥的玉米秸秆的外表层组织为实验材料, 取自齐齐哈尔市梅里斯区玉米地。
1.1.2 药品试剂
酒石酸钾钠、3, 5-二硝基水杨酸、苯酚、无水亚硫酸钠、蒸馏水、葡萄糖、柠檬酸, Na OH、纤维素酶、Na2HPO4、Tween80、Tween20、Mn SO4、Co CL2·6H2O、Cu SO4、Ca CL2、Zn SO4、Mg SO4。
1.2 方法
1.2.1 对玉米秸秆的处理
将玉米秸秆用清水冲洗除去其表面的泥沙等杂质, 烘干, 用粉碎机将其粉碎备用。
1.2.2 金属离子对纤维素酶活力的影响
实验设计了Mn2+、Co2+、Cu2+、Ca2+、Zn2+、Mg2+6种金属离子, 在纤维素酶水解玉米秸秆的同时将一系列浓度的金属离子盐溶液与酶解缓冲液充分混合, 水浴30℃反应1h后, 按照DNS法测定纤维素酶活力的变化。以不加金属离子的反应液作为对照组, 每处理重复3次。
1.2.3 DNS法测酶活
取上述反应液1m L加入试管中, 加3m L DNS显色剂, 沸水浴进行显色10 min, 520 nm波长, 测OD值, 以第一管为空白对照管。
1.2.4 标准葡萄糖曲线的绘制
准确量取葡萄糖标准溶液置于干燥试管中, 使其浓度分别为0μg/m L、50μg/m L、75μg/m L、100μg/m L、125μg/m L、150μg/m L、175μg/m L、200μg/m L、250μg/m L、300μg/m L。再分别加入2.5 m L DNS试剂, 摇匀, 置于沸水中沸煮10 min, 冷却后在520 nm处测吸光度值, 以吸光度值为纵坐标, 葡萄糖量为横坐标, 绘制标准曲线。
2 结果和分析
2.1 标准曲线的绘制
2.2 金属离子对纤维素酶活力的影响
2.2.1 Mn2+对纤维素酶活力的影响
Mn2+在设定的浓度范围内, 对纤维素酶活力总体呈激活作用。Mn2+浓度从0到0.2mg/m L时, 激活作用增加明显, 0.3 mg/m L以后, 激活作用趋于平稳, 此时OD值维持在0.730左右。
2.2.2 Co2+对纤维素酶活力的影响
Co2+在设定的浓度范围内, 对纤维素酶活力总体呈激活作用。Co2+浓度从0到0.25mg/m L时, 激活作用逐渐增加, 0.25 mg/m L达到最大值以后, 激活作用有所降低。
2.2.3 Cu2+对纤维素酶活力的影响
Cu2+浓度从0到0.20 mg/m L, Cu2+对纤维素酶活力呈激活作用, 且激活作用逐渐增加, 从0.20mg/m L开始, 激活作用开始下降。在浓度升高到0.5mg/m L时, Cu2+对纤维素酶的作用转为抑制作用, 抑制作用随浓度增大而加强, 0.8 mg/m L后, 抑制作用趋于平稳。
2.2.4 Ca2+对纤维素酶活力的影响
Ca2+对纤维素酶整活力体呈激活作用, 在3.00mg/m L以前, 激活作用不显著, 基本维持在OD值为0.1左右。Ca2+浓度在3.00 mg/m L以后, 激活作用开始增加。
2.2.5 Zn2+对纤维素酶活力的影响
Zn2+对纤维素酶活力整体呈激活作用, 在Zn2+浓度为0.30 mg/m L时, 激活作用达到最大以后开始减弱, 但依然表现为激活作用。
2.2.6 Mg2+对纤维素酶活力的影响
Mg2+对纤维素酶活力整体呈激活作用, 随着Mg2+浓度的增大, 激活作用跟着增加。在Mg2+浓度在0.8-1.6mg/m L之间, 激活作用增加幅度平稳。
3 讨论
酶是蛋白质, 因此影响蛋白质空间结构改变的因子如物理园子、化学因子等也会改变酶的活性。金属离子对酶的作用尤其重要, 很多情况下金属离子是一些酶的的活性中心不可或缺的部分。有关金属离子对酶的活性的影响国内外已有不少研究[6,7,8]。金属离子以3种主要途径参加催化过程:通过结合底物为反应定向、通过可逆的改变金属离子的氧化态调节氧化还原反应、通过静电稳定或屏蔽负电荷。本研究结果表明:Mn2+在设定的浓度范围内, 对纤维素酶活力总体呈激活作用。Mn2+浓度从0mg/m L到0.2mg/m L时激活作用明显增加, 0.3mg/m L以后, 激活作用趋于平稳, 此时OD值维持在0.730左右;Co2+在设定的浓度范围内, 对纤维素酶活力总体呈激活作用。Co2+浓度从0mg/m L到0.25mg/m L时激活作用逐渐增加, 0.25mg/m L达到最大值以后, 激活作用有所降低;Cu2+浓度从0mg/m L到0.20mg/m L, Cu2+对纤维素酶活力呈激活作用, 且激活作用逐渐增加, 从0.20mg/m L开始, 激活作用开始下降。在浓度升高到0.5mg/m L时Cu2+对纤维素酶的作用转为抑制作用, 抑制作用随浓度增大而加强, 0.8mg/m L后抑制作用趋于平稳;Ca2+对纤维素酶整活力体呈激活作用, 在3.00 mg/m L以上激活作用不显著, 基本维持在OD值为0.1左右。Ca2+浓度在3.00 mg/m L以上, 激活作用开始显著增加;Zn2+对纤维素酶活力整体呈激活作用, 在Zn2+浓度为0.30 mg/m L时激活作用达到最大。以后便开始减弱, 但依然表现为激活作用;Mg2+对纤维素酶活力整体呈激活作用, 随着Mg2+浓度的增大, 激活作用跟着增加。在Mg2+浓度在0.8-1.6 mg/m L之间, 激活作用增加幅度平稳。
摘要：为了研究金属离子对纤维素酶的影响, 设定一系列浓度的Mn2+、Co2+、Cu2+、Ca2+、Zn2+、Mg2+加入到酶解反应中, 结果表明, Mn2+、Co2+、Cu2+、Ca2+、Zn2+、Mg2+在设定的浓度范围内, 对纤维素酶活力整体呈激活作用。
关键词：金属离子,纤维素酶,玉米秸秆
参考文献
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玉米青秸秆购销合同 篇2
购货单位：（以下简称甲方）供货单位：（以下简称乙方）
为充分利用玉米青贮秸秆资源，发展畜牧乳业，经甲乙双方充分协商，特订立本合同，以便共同遵守。
一、乙方确保农户在2013年秋玉米种植亩（青贮玉米品种由甲方负责联系，按照乙方实种面积由甲方提供种子，购种款在乙方出售青贮玉米秸秆结算时抵冲。）
二、甲方必须在秋玉米生长至加工秸秆青饲料最佳收割期时无限量收购本合同所附农户种植亩数的玉米青贮秸秆（含全部玉米棒），收购时间为20天（玉米成熟期之前，如遇特殊情况，玉米倒伏甲方不得拒收）。
三、甲方收购方式及价格：乙方组织农户进行收割且自行运输至甲方指定地点（仇集镇工业集中区的甲方公司院内）过磅交货，甲方按每市斤不低于0.15元进行收购，且现金支付。
四、甲方应保证乙方玉米青秸秆随到随收，甲方不得以任何理由拒收。
五、甲方应根据乙方需求积极机械化收割，如果甲方组织机械到田间收割且运输至甲方指定地点过磅交货的，由甲方按每市斤另外补贴0.03元给乙方，机收费用包括收割费、运输费、人力费等费用不高于90元/吨，由乙方支付。
六、为了提高乙方农户种植青贮玉米的积极性，降低效益风险，在签订本合同时，甲方需支付乙方种植青贮玉米保证金每亩100元，甲方按约定种植的亩数把保证金一次性存入乙方指定账户（次年，甲方于6月1日前将乙方种植亩数保证金打入乙方指定账户）。甲方预付给乙方的保证金，在乙方农户出售青贮玉米秸秆时抵充。
七、甲乙双方在玉米青贮秸秆购销过程中如发生的交通或其他责任事故，应由相关的职能部门依法进行处理，乙方不得以任何借口到甲方干扰其正常经营。
八、违约责任：
1、如因种植亩数未达到本合同第一条规定而导致甲方无法完成储备任务的，每少一亩应承担违约金200元。
2、甲方不能按时支付购货资金的，导致乙方拒绝出售玉米青贮秸秆的，造成收购任务不能完成的，甲方自行承担。
3、甲方借故拒收乙方农户出售玉米青秸秆的应按给农户造成的实际损失给予全额赔偿。
4、本合同履行途中，擅自终止合同的，承担对方一切经济损失。
九、2013年秋玉米青秸秆收购结束后，本合同自行终止。本合同一式三份，经甲乙双方代表签字盖章后生效，双方各执一份，见证机关留存一份。
甲方：乙方：
见证机关：
酸碱处理提取水稻秸秆纤维素的研究 篇3
关键词：酸碱处理；水稻秸秆；纤维素；提取工艺
中图分类号： S216.2文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0252-03
收稿日期：2013-09-07
基金项目：湖北省科技开发研究项目（编号：2012DBA020001）；湖北省武汉市科技攻关项目（编号：201220822275）。
作者简介：陈华（1990—），男，湖北麻城人，主要从事秸秆资源化技术研究。Tel：（027） 83943957；E-mail：chenchh_2001@126.com。
通信作者：范国枝，教授，硕士生导师。Tel：（027） 83943956；E-mail：fgzcch@whpu.edu.cn。随着化石能源的日渐枯竭和气候环境的不断恶化，人类在能源、资源与环境诸方面都面临着非常严峻的问题，寻找可再生的清洁能源已成为全世界关注的焦点。木质纤维素广泛存在于各种农业废弃物（水稻秸秆、麦秸秆、稻壳、棉秆、麻秆和甘蔗渣）中。天然木质纤维素作为自然界中最为丰富的可再生资源备受关注，水稻是我国的主要农作物之一，水稻秸秆主要由大量的纤维素、半纤维素和木质素组成。其中，纤维素是由葡萄糖以β-1，4糖苷键联结而成的线性高分子，为均一聚糖，可以水解为基本结构单元纤维二糖，并最终水解为单体D-葡萄糖。纤维素可用作制备乙酸纤维素、葡萄糖苷以及糠醛等各种有用化学品的原料[1-3]。
目前水稻秸秆纤维素用作化学原料尚不多见，一方面是由于水稻秸秆中的纤维素具有很强的晶体结构，不易分离；另一方面是秸秆中的半纤维素、木质素和纤维素联结在一起形成了复合结构，其中的非纤维素成分严重阻碍了纤维素的综合利用，使之长期以来没有得到经济合理的开发，至今未能在技术和环境方面获得具有竞争力的突破，因此水稻秸秆的预处理和分离技术是实现水稻秸秆高效转化的关键所在。本研究拟采用酸碱相结合的方法脱除水稻秸秆中的半纤维素和木质素，探讨碱浓度、酸处理时间、水稻秸秆粒径等因素对提取水稻秸秆纤维素的影响，并采用红外（FT-IR）和粉末衍射（XRD）对所提取的纤维素进行表征。
1材料与方法
1.1材料
稻草秸秆由湖北武汉某公司提供，甲苯、乙醇、氢氧化钾、过氧化氢和乙酸均为分析纯。
1.2水稻秸秆纤维素的提取
1.2.1可溶性杂质的脱除[4]采用粉碎机将晒干洗净的水稻秸秆粉碎并过60-80目的水筛，10 g水稻秸秆加150 mL甲苯-乙醇混合液（体积比）在110 ℃条件下抽提20 h，55 ℃真空干燥。
1.2.2KOH/H2O2处理将1.5 g经过抽提的水稻秸秆粉末以及30 mL 5%的KOH溶液加入到接有冷凝管的250 mL烧瓶中，缓慢升温至90 ℃，继续恒温搅拌2 h。冷却至55 ℃，然后向烧瓶中加入2.16 g 30% H2O2，接着再加入150 g 2% H2O2溶液，使得烧瓶中H2O2溶液的浓度为2%且pH值为10.5。在55 ℃下继续搅拌12 h，冷却、过滤，水洗至中性，室温干燥。
1.2.3酸处理向上述碱处理后的样品中加入60 mL pH值为3.5的乙酸溶液，70 ℃下搅拌5 h，过滤，水洗至中性，室温干燥即得纤维素。未经任何处理的水稻秸秆及所提取的纤维素中各组分的含量测定参照文献[5]。
2结果与分析
2.1水稻秸秆纤维素的提取
2.1.1可溶性杂质的脱除植物秸秆中除了纤维素、半纤维素和木质素外，还含有少量硅。对水稻秸秆中各组分进行了测定，结果表明，水稻秸秆中纤维素、半纤维素、木质素和硅含量分别为37.8%、27.9%、14.1%和6.3%，表明水稻秸秆中可能还含有一些其他杂质。采用甲苯-乙醇混合溶剂对水稻秸秆进行了抽提，结果（图1）显示，抽提时间对杂质的脱除有显著影响。在抽提时间较短时，延长抽提时间有利于杂质的脱除。随着抽提时间的延长，粗产物的质量也随之降低；当抽提时间达到24 h后，继续延长抽提时间，当抽提时间由24 h增加至28 h，产物质量仅从 8.735 g 下降至8.729 g。图1的结果还表明，10 g水稻秸秆经过充分抽提后，质量为8.729 g，故可推测水稻秸秆中蜡质、油脂及可溶性杂质等的含量为12.71%。
2.1.2水稻秸秆的碱/H2O2处理由表1可知，随着碱浓度的增加，产物质量逐渐减少，表明碱浓度越高，水稻秸秆中的半纤维素和木质素脱除越完全。當碱液浓度达到5%后，继续增加碱液浓度至6%，产物质量几乎不变，仅由0.789 g降低至0.783 g，表明KOH浓度为5%时，几乎能够最大程度地脱除水稻秸秆中的半纤维素和木质素。由表1还可以看出，在碱浓度低于5%时，随着碱浓度的增加，半纤维素、木质素
H2O2在碱性介质中能够形成 HOO-，一方面用于漂白，另一方面由于H2O2的不稳定性，在碱性条件下容易进一步分解为HO·和 O-2· 。这些自由基可能会引起木质素氧化，进而产生亲水性基团，引起某些连接键的断裂，并最终导致木质素和半纤维素的溶解[6]，使得半纤维素和木质素的脱除率上升。在H2O2未参与处理的条件下，木质素的脱除率较低，表明木质素的脱除可能主要是在H2O2处理过程中完成的。H2O2对硅脱除率影响不明显，表明硅的脱除主要是在碱处理过程中完成的，原因在于二氧化硅主要集中在秸秆的外皮部分，在碱处理过程中基本能够被去除[7]。
2.1.3水稻秸秆的酸处理采用pH值为3.5的乙酸溶液于70 ℃对碱处理过的水稻秸秆作进一步的处理，结果如表2所示。由表2可知，随着酸处理时间的延长，产物质量略有降低，当酸处理时间达到5 h后，继续延长处理时间，产物质量以及各组分的脱除率几乎都保持不变。与表1的数据相比，硅脱除率几乎保持不变，而半纤维素和木质素的脱除率也有所增加，其原因在于经过碱处理后的粗产物中半纤维素和木质素的含量都已经相对较低。碱处理后残余的木质素可能主要为酸溶性木质素，而半纤维素在酸性溶液中可能发生了水解，因而半纤维素和木质素的脱除率都有所增加。
2.1.4水稻秸秆粒径对脱除率的影响试验结果（表3）表明，水稻秸秆粒径对可溶性杂质的脱除几乎没有影响，有机溶剂抽提后的产物质量变化不大，但对酸碱处理过程中各组分的脱除率有较大影响，随着水稻秸秆粒径的减小，粗产物的量逐渐降低，纤维素含量以及各组分的脱除率则随之增加。固体颗粒的表面积通常随着粒径的减小而增加，因此在粒径较大时，减小粒径有利于各组分的脱除。当粒径减小至一定程度后，继续减小粒径对各组分的脱除无明显影响，当水稻秸秆粒径为81～100 目时，进一步减小粒径，产物中纤维素的含量几乎保持不变。
2.2提取的纤维素表征
2.2.1IR谱图可溶性杂质脱除后的水稻秸秆经过
KOH/H2O2处理和酸处理后产物的IR谱图如图2所示。图中 3 440 cm-1 和2 920 cm-1处的吸收峰分别由—OH和—CH2的伸缩振动引起的；1 730 cm-1处为半纤维素脂族醚基团的特征吸收峰；1 520 cm-1处为木质素芳香族化合物CC的特征吸收峰[8]。由图2可知，在可溶性杂质脱除后水稻秸秆的IR谱图中，1 730 cm-1和1 520 cm-1处出现了半纤维素和木质素的特征峰；经过KOH/H2O2处理后，1 730 cm-1和 1 520 cm-1 处的特征峰不明显，表明半纤维素和木质素得到了较大程度的脱除；经过乙酸进一步处理后，木质素和半纤维素的特征峰几乎完全消失，表明经过酸碱处理后，水稻秸秆中的木质素和半纤维素几乎被完全脱除，这与表2的结果是一致的。
2.2.2XRD谱图未经任何处理的水稻秸秆以及经过酸碱处理的水稻秸秆的XRD谱图如图3所示。由图3可知，未经任何处理的水稻秸秆仅在22.4°处出现了纤维素Iβ的典型晶格特征峰，而由水稻秸秆所提取的纤维素在16.1°和34.3°处还出现了新的特征衍射峰。与水稻秸秆相比，粗纤维素在22.4°的衍射峰更窄、更尖，表明经过酸碱处理后，水稻秸秆中木质素和半纤维素被有效脱除，提高了粗纤维素的结晶度和抗拉强度[9]。
3结论
采用稀酸稀碱相结合的方法对水稻秸秆中的纤维素进行了提取，水稻秸秆中的半纤维素、木质素和硅都得到了有效的
脱除。大部分的半纤维素和木质素在碱/H2O2处理过程中得以脱除，残余的少量半纤维素和木质素在酸处理過程中被进一步脱除。在碱处理过程中，H2O2不仅作为漂白剂，还可有效促进木质素的脱除。经过酸碱预处理后，水稻秸秆中半纤维素和木质素的脱除率分别达到91.8%和97.3%，粗产物中纤维素含量高达90.2%。
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玉米秸秆纤维 篇4
然而,聚乳酸的高成本限制了聚乳酸基复合材料的大规模产业化开发与生产[5]。为降低聚乳酸基复合发泡材料的成本,通常在聚乳酸基体中加入一些低成本的原料,如聚氧乙烯[6]、聚乙酸乙烯酯[7]、淀粉及其衍生物[8]等。其中聚乳酸/淀粉发泡材料受到众多学者的关注。袁华等[9]采用挤出法制备了聚乳酸/淀粉复合发泡材料并研究了淀粉的百分含量对发泡材料性能的影响。结果表明,淀粉含量不宜超过20%,过多的淀粉会使体系发泡性能趋于不稳定。许多研究表明聚乳酸和淀粉颗粒的相容性不好[10],然而,经过马来酸酐改性的聚乳酸与玉米淀粉的界面呈现良好的相容性[11]。
我国农作物秸秆资源十分丰富,年产近6亿吨,是来源丰富的可再生资源。从农作物秸秆中提取的天然纤维素具有质轻、可降解、可再生、相对高的强度和硬度等优点[12]。因此,开发聚乳酸/植物秸秆纤维复合发泡材料(PFFM),不但能够缓解日益紧张的石油资源紧缺问题,并且其可生物降解性的特点,可以显著减少“白色污染”,再者还能有效减少聚乳酸基复合材料的成本,可谓“一举多得”[13]。Ochi[14]研究了纤维含量对洋麻纤维/聚乳酸复合材料的力学性能的影响,结果表明,当纤维含量达到50%时拉伸和弯曲性能直线上升。Pan等[15]采用熔融混炼、注塑成型的方法生产了不同纤维含量(0%~30%)的洋麻/聚乳酸复合材料并考察了材料的机械性能,得出当纤维含量为30%时材料的拉伸强度增加了30%。由于天然纤维是亲水性物质而聚乳酸是疏水性物质,纤维和聚乳酸之间的相容性有待改进[16]。Huda等[17]研究了纤维的表面处理对天然纤维/聚乳酸复合材料性能的影响,结果显示,碱处理和硅烷处理都能有效的提高复合材料的机械性能和热性能,并且天然纤维和聚乳酸表面呈现较好的相容性。Hu等[18]的研究表明,纤维表面碱处理显著提高了天然纤维/聚乳酸复合材料的机械性能。
在前期研究中,我们选取农业废弃物玉米秸秆为原材料,通过适当化学处理从中提取纤维素,并研究了聚乳酸/玉米秸秆纤维发泡材料(PFFM)的模压工艺,优化了工艺参数,初步研究结果表明:当保压时间为5min,热压压力15MPa,热压温度200℃,模具厚度为1.74mm时,得到的复合缓冲材料的膨胀率最大,密度最小。
1 试验部分
1.1 主要原料
聚乳酸,日本住友化学工业株式会社,80℃下真空干燥8h后使用;玉米秸秆,采自郊区农田,预处理后使用;NaOH(分析纯),浙江杭州双林化工试剂厂;滑石粉,桂林临桂航天药用滑石有限责任公司,细度325目;偶氮二甲酰胺(AC),纯度大于99%,宁波海曙中山工贸实业有限公司,直接使用;抗氧剂1010,宁波海曙凯勒贸易有限公司,直接使用。
1.2 试验方法
1.2.1 玉米秸秆纤维的制备
在锤式粉碎机(9FZ-35)4500r/min的转速下将干燥的秸秆粉碎成3~5cm的纤维丝。称取一定量的已粉碎玉米秸秆,加入1mol/L的NaOH溶液,控制纤维/NaOH溶液质量/体积比1∶15,搅拌均匀,90℃下浸泡4h,取出后水洗至滤液成中性。将提取出来的纤维于80℃的真空干燥箱(DZF-6051)中干燥8h,干燥后的纤维素呈淡褐色。将干燥后的纤维素再次粉碎后放在玻璃干燥皿中备用。
1.2.2 聚乳酸/玉米秸秆纤维复合材料的制备
称取一定量的聚乳酸、纤维、AC发泡剂、滑石粉和抗氧剂1010,搅拌均匀后放入密炼机(SU-70)中,170℃、60r/min的条件下混炼5min。取出样品,裁成小块后备用。
1.2.3 PFFM的制备
将混炼好的样品置于模具中,放入到预热至200℃的热压机(R-3202)中,在15MPa的压力下保压5min。卸压取出,待冷却到室温后开模即可得到所需的发泡材料。
1.3 样品的测试表征
1.3.1 PFFM的表观密度
PFFM的表观密度按照GB/T1463-2005《纤维增强塑料密度和相对密度试验方法》测试。
1.3.2 PFFM的膨胀率
根据式(1)计算发泡材料的膨胀率
undefined
式中,ER—膨胀率;h1—模具厚度(mm);h2—发泡材料的厚度(mm)。
1.3.3 PFFM的弯曲性能、无缺口冲击性能、拉伸性能
PFFM的弯曲性能按照GB/T1449-2005《纤维增强塑料弯曲性能试验方法》测试;无缺口冲击性能按照GB/T1843-2008《塑料悬臂梁冲击强度的测定》测试;拉伸性能按照GB/T1040-92《塑料拉伸性能试验方法》测试。
1.3.4 PFFM的热性能
PFFM的热稳定性通过热失重曲线进行观察。样品的热失重曲线在NETZSCH 209F1上测定,温度范围50~700℃,样品在氮气氛围下以20℃/min的速率升温,记录扫描曲线。
1.3.5 PFFM的微观结构
发泡材料的微观结构通过扫描电镜进行分析。将发泡后的样品制样后,用IB-5型离子溅射仪对样品表面进行喷泊处理,然后用XL30-ESEM型环境扫描电镜拍摄样品的微观结构照片。
2 结果与讨论
2.1植物秸秆纤维含量对PFFM表观密度和膨胀率的影响
纤维百分含量对PFFM表观密度的影响如图2-1A所示。由图2-1A可知,随着玉米秸秆纤维含量的增加,缓冲材料的密度先减小再增大,当纤维的添加量为15%时密度达到了最低为0.568g/cm3。这可能是因为一方面低密度的纤维在聚乳酸体系中分散均匀,纤维与聚乳酸基体充分反应,在混炼过程中纤维与聚乳酸之间呈现很好的相容性从而有利于发泡;另一方面,从经典成核理论考虑,在泡孔成核过程中,单一聚乳酸体系只发生均相成核,而聚乳酸/玉米秸秆纤维体系又伴随着异相成核,异相成核比均相成核所需克服的自由能低且低浓度的纤维可作为成核剂促进气泡核的形成,故其它条件相同的情况下,PFFM能够形成更多的成核点,所得的材料密度比纯聚乳酸发泡材料小。当纤维添加量为15%时发泡体系达到平衡,此时材料的密度最小。而随着纤维含量的继续增加,纤维在聚乳酸体系的某些地方发生聚集,维持纤维在体系中的均匀分布变得困难,发泡密度又随之升高。当纤维含量为25%时,材料的密度比未添加纤维的纯聚乳酸体系的密度大,纤维的添加已经失去了意义。
纤维百分含量对PFFM膨胀率的影响如图1B所示。由图1B可知,加入纤维后发泡材料的膨胀率减小;随着纤维百分含量的增加,发泡材料的膨胀率先增大后减小,当纤维添加量为15%时膨胀率最大为0.61,随后随着纤维含量的继续增加,材料的膨胀率急剧下降。这是因为,纯聚乳酸发泡体系发生的是均相成核而纤维/聚乳酸发泡体系同时也伴随着异相成核的发生,异相成核比均相成核所需克服的自由能低,且没有纤维存在时形成的成核点少,故均相成核体系中一旦有成核点形成,单个气泡更容易膨胀,所得到的发泡材料膨胀率更大;有纤维存在时,膨胀率的变化与材料表观密度的变化相符。低浓度的纤维在聚乳酸基体中分散均匀并且扮演了成核剂的角色,当纤维含量为15%时发泡体系达到平衡,此时材料的膨胀率最大。而随着纤维含量的继续增加,纤维的聚集不利于发泡,导致泡孔合并、气泡逃逸,得到的材料膨胀率较低。
2.2 植物秸秆纤维含量对PFFM力学性能的影响
玉米秸秆纤维百分含量对PFFM的力学性能(冲击性能:图2A,拉伸性能:图2B)的影响见图2。由图可知,随着玉米秸秆纤维百分含量的增加,发泡材料的冲击性能逐渐增大;而发泡材料的拉伸性能先增大后减小,当纤维含量为15%时,拉伸强度最大,为8.031MPa。这表明,纤维的加入对发泡材料的力学性能有显著的增强作用,但是当纤维含量超过15%时,纤维的不均匀分布导致纤维在聚乳酸界面发生聚集;另一方面,随着纤维含量继续增大,聚乳酸不能完全包覆纤维表面,界面处出现空洞、泡孔崩塌等问题,使得力学性能下降。
2.3 植物秸秆纤维含量对PFFM热性能的影响
聚乳酸发泡材料与PFFM的热分解曲线如图3所示。由图可知,复合发泡材料存在2个降解过程,当温度大约在300℃时,失重5%左右,随着纤维含量的增加,复合发泡材料的热降解温度逐渐降低;当纤维含量增加到25%以上时,纤维含量对其影响减小,此时热失重主要是由于纤维素的热降解引起的。随着热分解温度继续升高,当热分解温度升至400℃时材料失重开始明显增加,当温度达到450℃左右时,复合材料基本热降解完全。随着纤维含量的增加,残余的灰分量也增加,这是因为纤维上面的羟基容易脱水成炭。由以上结果可知,聚乳酸作为基体材料,提高植物秸秆纤维缓冲材料的耐热性能,能够满足一般缓冲材料的使用要求。
2.4 PFFM的微观结构
由PFFM(植物秸秆纤维质量分数10%)与聚乳酸缓冲材料的扫描电镜图(图略)可知聚乳酸发泡材料为闭孔材料;聚乳酸基体中加入纤维后,泡孔直径变小,泡孔数目增大,说明泡孔的成核点明显增多。并且纤维周围有聚乳酸包裹,从纤维结构的角度证明了纤维和聚乳酸之间具有较好的相容性。由发泡材料的SEM照片有力的证明了纤维加入后,泡孔数目增大有利于泡孔的成型且泡孔更加均匀。单一的聚乳酸体系发生的是均相成核而PFFM体系即发生了均相成核又发生了异相成核,存在的成核点多,形成的泡孔多,趋向于形成泡孔直径小、表观密度低的发泡材料。
3 结论
对玉米秸秆纤维的含量对PFFM的表观密度、膨胀率、力学性能和热性能的影响等进行了研究,结果表明:玉米秸秆纤维的加入提高了发泡材料的表观密度和力学性能。其中当纤维含量为15%时,发泡材料表观密度最小(0.568g/cm3),拉伸强度最大(8.031MPa),综合性能最好。此外,扫描电镜对发泡材料的泡孔结构表征结果显示,聚乳酸和植物秸秆纤维之间相容性较好,纤维的加入改变了其界面结构,从而改变其泡孔成型方式;同时,从微观结构中推断聚乳酸/玉米秸秆纤维体系既发生了均相成核又发生了异相成核,存在的成核点多,形成的泡孔多而均匀,趋向于形成泡孔直径小、表观密度低的发泡材料。
摘要：通过SEM、力学性能测试、TG等方法研究了纤维对聚乳酸/玉米秸秆纤维复合发泡材料(PFFM)微观结构、表观密度、膨胀率、力学性能和热性能的影响。结果表明,玉米秸秆纤维的加入提高了发泡材料的表观密度和力学性能,当纤维含量为15%时,表观密度最小,综合力学性能最好;扫描电镜结果显示,聚乳酸和玉米秸秆纤维之间相容性较好,纤维的加入改变了泡孔成型方式。
玉米秸秆纤维 篇5
1 材料与方法
1.1 试验材料
青贮饲料原料为蜡熟期去穗玉米秸秆和白酒生产的副产品酒糟, 原料均来自于大庆近郊农区。接种剂为黑龙江八一农垦大学动物科技学院实验室利用乳酸菌培养基从乳熟期玉米青贮中分离得到的微生物制剂。酶制剂 (纤维素酶、果胶酶和木聚糖酶) 购自肇东日成酶制剂有限公司。
将玉米秸秆用机械揉碎至2～3 cm, 与酒糟按4∶1的比例混合后再与添加剂均匀混合, 进行塑料袋密封青贮。
1.2 试验设计
试验采用二因素析因试验设计, 设6个处理组, 每个处理3个重复, 接种剂I的添加剂量分别为0, 1×105, 1×106 CFU/g, 复合酶制剂E分别为0, n (纤维素酶1 000 IU/g+果胶酶1 000 IU/g+木聚糖酶200 IU/g) , 接种量详见表1。
1.3 试验动物及日粮
选择6只体重25 kg左右、安装永久性瘤胃瘘管的绵羊作为试验动物。试验羊单笼饲养, 每日8:00和18:00分2次饲喂, 自由饮水。试验羊每天饲喂精料240 g (玉米62.5%, 豆粕34.2%, 微量元素0.1%, 食盐3.2%) ;以羊草和玉米青贮为粗饲料, 每天饲喂羊草400 g、玉米青贮1 200 g。
1.4 试验方法
将饲料通过2.5 mm筛孔的粉碎机粉碎, 装袋 (400目尼龙袋) , 自来水浸泡冲洗, 烘干恒重, 编号, 备用。称取3 g饲料放入一个尼龙袋内, 每两个袋夹在一根长约12 cm的半软性塑料管上, 用橡皮筋紧紧缠住, 于早饲前将袋放入瘤胃腹囊处, 管的另一端用尼龙绳挂在瘘管塞上。每只羊瘤胃内放数根管, 分别在投放6, 12, 24, 48, 72 h后取出, 将取出的尼龙袋连塑料管立即在自来水下冲洗, 然后放入水中浸泡55 min, 再在中等流速的自来水下漂洗1 min, 水洗后的尼龙袋置于65 ℃烘箱中烘干, 备用。
1.5 尼龙袋的投放
试验共6个处理组, 每个处理3个重复, 每个重复2个平行, 即2个尼龙袋, 每个处理每个时间点投放6个尼龙袋, 分别投放到6只供试羊瘤胃中。
1.6 分析项目及计算方法
测定原样和水洗样中的干物质、中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维含量, 并计算相应的消失率、降解率、有效降解率等。
1.7 统计分析
利用SAS软件包中的ANOVA程序进行方差分析, 均值的多重比较采用邓肯氏法。降解率的统计应用SAS软件包中的NLIN来确定, 并采用Φrskov和McDonald提出的数学指数模型y=a+b× (1-c) 中的降解常数a、b和c。
2 结果
2.1 接种剂与酶制剂对玉米秸秆-酒糟青贮干物质消失率的影响 (见表2)
2.2 接种剂与酶制剂对玉米秸秆-酒糟青贮中性洗涤纤维消失率的影响 (见表3)
2.3 接种剂与酶制剂对玉米秸秆-酒糟青贮酸性洗涤纤维消失率的影响 (见表4)
3 讨论
注:同行数据肩注小写字母完全不同表示差异显著 (P<0.05) 。
注:同行数据肩注小写字母完全不同表示差异显著 (P<0.05) 。
注:数据肩注小写字母完全不同表示差异显著 (P<0.05) 。
收获后的玉米秸秆含水量少, 附着的微生物数量也很少, 供微生物发酵的可溶性糖含量就更低了。如果将其直接青贮很难达到理想的效果, 利用一定的添加剂则可以弥补其不足。试验选用蜡熟期玉米秸秆和酒糟等农副产品为原料, 添加接种剂和酶制剂, 这样既增加了发酵微生物的数量, 也可以为微生物发酵提供可溶性糖。
由试验结果可见, 与对照组相比, 接种剂和酶制剂混合使用和酶制剂单独使用的效果要优于接种剂单独使用, 表明酶制剂对青贮瘤胃降解动力学的影响要大于接种剂。纤维素酶和乳酸菌的共同作用能够提高青贮饲料在瘤胃中的消失率。这是由于纤维素酶和乳酸菌的共同作用改变了秸秆的结构, 降低了秸秆中纤维素、细胞壁物质成分的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量。可见, 消失率的提高确实与细胞壁物质含量的降低相关联, 当细胞壁物质含量下降时消失率会上升。能够降解细胞壁的酶制剂一般的最适pH值为3.5～4.5, 而添加接种剂能够快速降低青贮pH值, 因此混合使用酶制剂和接种剂能够有更好的效果。
4 结论
玉米秸秆纤维 篇6
利用这些廉价的纤维素原料经高产纤维素酶的菌株发酵生产简单糖类[3], 再利用酵母发酵这些糖类生产乙醇或酵母单细胞蛋白, 无论是对于应对世界范围内日益严重的能源危机还是粮食短缺问题都具有重要的意义, 应用前景广阔, 而植物纤维素被彻底分解又无污染的一条有效途径是利用纤维素酶的水解作用[3,4]。因此, 纤维素酶高产菌的筛选及产酶研究是开发利用纤维素资源的前提和关键[3,5]。正是由于巨大的发展前景, 国内外学者对产纤维素酶菌株进行了广泛的研究, 或从适合纤维素分解菌生长的自然环境中筛选高产菌株[6], 或通过物理、化学和复合诱变方式获得高产突变株[7,8,9], 或通过构建基因工程菌得到理想菌株[10], 并对产酶条件和过程工艺进行探讨和优化[11]。
秸秆还田是农作物收获后将秸秆粉碎或整株返还到田里的一种秸秆利用方法, 此法简单、方便、易于普及[12]。秸秆还田为微生物的活动提供了丰富的碳源和氮源, 促进微生物的生长繁殖。这样的土壤与其他土壤相比更富集纤维素分解菌, 以产生纤维素酶来分解纤维素。因此, 本试验的目的是从玉米秸秆还田土壤中分离、筛选酶活力较高的纤维素分解菌。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 样品
河南省张弓镇玉米秸秆还田土壤。
1.1.2 培养基
羧甲基纤维素钠培养基 (CMC培养基) , 参照参考文献[13]中的方法进行配制。
1.1.3 试剂
0.05 mol/L醋酸缓冲液 (pH值为4.8) :分别配制0.2 mol/L NaAC和0.2 mol/L的HAC, 再按体积比NaAC∶HAC=59∶41的比例混合均匀即得。
DNS试剂 (二硝基水杨酸试剂) :称取酒石酸甲钠22.75 g溶于125 mL水中, 于溶液中依次加入3, 5-二硝基水杨酸0.787 5 g、氢氧化钠5 g, 加热溶解, 再加入重蒸酚0.625 g、无水亚硫酸钠0.625 g, 搅拌使之溶解, 冷却后定容至250 mL, 贮于棕色瓶中, 放置4 d后使用[14]。
100 μg/mL标准葡萄糖溶液[15]:称取105 ℃、干燥2 h的分析纯葡萄糖0.05 g, 加水溶解, 稀释定容至1 000 mL。
1.2 菌株的分离和纯化
1.2.1 样品的采集
用五点采样法采集距地面5～20 cm处的样品, 放于塑料袋中带回实验室, 4 ℃保存, 备用。
1.2.2 样品的处理
将采集的样品用无菌水洗涤后, 吸取上清液进行梯度稀释, 将稀释液涂布在选择培养基——CMC培养基上, 28 ℃恒温培养3 d。
1.2.3 菌株的纯化
从1.2.2培养基上挑取菌落于CMC培养基上划线分离、纯化, 获得菌株分别转接于CMC培养基上, 并将分离得到的菌株用试管保存。
1.3 菌株的初筛
将纯化得到菌株的单菌落分别点种在CMC培养基上, 28 ℃培养3 d, 用刚果红染色10 min, 根据透明圈直径与菌落直径之比的大小选择产酶量高的菌株。
1.4 摇床发酵测定酶活复筛
1.4.1 粗酶液的制备
活化保存的菌种, 挑取活化的菌种接种于25 mL羧甲基纤维素钠发酵培养基中, 28 ℃培养5 d;所得发酵液经4 ℃、5 000 r/min离心30 min;收集上清液作为粗酶液, 用于酶活力的测定。
1.4.2 标准曲线的绘制
采用DNS比色定糖法测定还原糖[16,17]。取6支比色管, 分别按表1顺序加入各种试剂, 将各管溶液混匀后, 在721分光光度计上 (540 nm) 进行比色测定, 用空白管溶液调零后, 测定各管光密度 (OD) 值。以葡萄糖浓度为横坐标、OD值为纵坐标, 绘制出葡萄糖标准曲线。
1.4.3 内切葡聚糖酶活力的测定
用羧甲基纤维素酶活力代表内切酶活。将离心后的酶液稀释25倍, 吸取0.5 mL加入试管, 加CMC缓冲液2.0 mL, 混匀。放入40 ℃恒温水浴中糖化30 min, 取出, 加入DNS试剂2.5 mL, 在沸水浴中煮沸5 min, 在冷水中冷却。用732型分光光度计在530 nm处用1 cm比色皿比色, 测得OD值并查阅葡萄糖标准曲线, 求出含糖量。
1.4.4 滤纸酶活力的测定
将新华1号滤纸[18] (1 cm×6 cm) 卷成小卷, 放进试管, 将离心后的酶液稀释25倍, 吸取0.5 mL放入试管, 加入2.0 mL HAC-NaAC缓冲液, 放入40 ℃恒温水浴中糖化30 min;取出, 加入DNS试剂2.5 mL, 沸水浴中煮沸5 min;在冷水中冷却。用732型分光光度计在530 nm处用1 cm比色皿比色, 测得OD值并查阅葡萄糖标准曲线, 求出含糖量。
酶活计算公式:酶活=10×还原糖浓度×稀释倍数/ (作用时间×0.5×180) 。
纤维素酶活力国际单位是指1 mL酶底物反应液1 min内产生相当于1 μg/mL葡萄糖的还原糖量规定为1个国际单位 (1 IU) 。 其中, 酶活单位为IU/g;10指10 mL酶液, 单位为g;还原糖浓度据OD值查得, 单位为μg/mL;稀释倍数指测定酶活时的酶液稀释倍数;作用时间为30 min;0.5指0.5 mL酶液参加反应;180为葡萄糖分子质量。
1.4.5 细菌16S rDNA序列分析
以获得2个菌株为分子生物学分析的材料, 以细菌16S rRNA基因的通用引物序列27f/1492r[19]:27f 5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG–3′和1492r 5′-TACCTTGTTACGACT-3′进行扩增。引物由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。根据合成报告, 用无菌超纯水将引物溶解至终浓度为100 pmol/μL, -20 ℃保存, 备用。
PCR 反应体系:总体系为25 μL, 其中基因组DNA为0.5 μL, 2 mmol/L dNTPs 2 μL, 10×PCR Buffer 2.5 μL, 25 mmol/L MgCl22.5 μL, Taq DNA polymerase 1U, 正向、反向引物各10 pmol。
PCR 反应程序:94 ℃预变性5 min;94 ℃变性40 s, 52 ℃退火45 s, 72 ℃延伸2 min, 共35个循环;72 ℃延伸10 min。
PCR产物用1.5%琼脂糖凝胶进行凝胶电泳, 割胶回收目的带进行克隆。随机挑选1～3个克隆子进行测序 (由上海生工生物工程技术服务有限公司完成) , 将测序结果进行Blastn序列比对 (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi) 和菌种鉴定, 如果2条序列的相似性小于97%, 即认为是不同的序列类型[20,21,22]。
2 结果与分析
2.1 CMC固体培养基初筛
经过CMC固体培养基培养, 用刚果红染色后再用NaCl脱色, 初筛出透明圈直径大且透明圈与菌落直径壁纸较大的2株菌株 (见表2、图1、图2) 。
由表2、图1、图2可以看出, SC1的透明圈直径和菌落直径均比SC6的大, 说明SC1菌落的生长速度较SC6快;而D/d值却小于SC6, 说明SC6的产酶效率不但低于SC1, 而且生长速率大于SC1。
2.2 摇床发酵测定酶活复筛 (见表3)
根据表3的结果, 以标准葡萄糖溶液中所含的葡萄糖的浓度为横坐标、以OD值为纵坐标, 绘制葡萄糖标准曲线 (y=0.008 32x-0.021 4) , 见图3。
2.3 内切酶酶活及滤纸酶酶活的测定结果
将测得的OD值带入葡萄糖标准曲线中, 得到还原糖含量, 再根据酶活公式得到酶活 (见表4、表5) 。
表4、表5结果表明:不同的菌株对纤维素类物质的分解能力差异很大;SC1的内切酶活力较高, SC6的滤纸酶活力较高, 不能用其中的一项作为菌株酶活大小的唯一标准。
2.4 细菌16S rDNA序列分析
16S rDNA是细菌染色体上编码16S rRNA 基因相对应的DNA序列, 存在于所有细菌染色体基因中, 它的内部结构由保守区及可变区两部分组成。其分子内存在的可变区显示出细菌不同分类等级水平上的特异性, 以保守区的一部分序列作为引物扩增出可变区, 是利用16S rDNA 作为分类标准的理论基础。
为了获得对筛选的这两株菌的更多信息, 笔者选用了可获得近全长16S rRNA 基因的通用引物27f/1492r对其进行PCR扩增, 其中SC6菌株得到与预期扩增片段大小相一致的特异性条带, 长约1.5 kb (见图4) 。
M.DL-2 000 Marker;1.细菌16S rRNA基因的PCR扩增结果。
将测序结果进行Blastn序列比对, 结果表明:SC6菌株与假单胞菌 (Pseudomonas sp.) 的相似性达到100%, 因此鉴定为假单胞菌属。
3 讨论
利用CMC平板透明圈法筛选可用于识别产纤维素酶的菌株, 还可以初步判定酶活性的高低, 产酶越多, 透明圈越大, 产酶越快, 透明圈出现越早。然而, 虽然透明圈直径比能直接反映产酶浓度的高低, 但不能完全代表菌株产酶能力。仅以透明圈大小作为菌株产纤维素酶活大小的唯一定量指标不可靠。其原因有很多方面, 如固体和液体培养条件不同、不同菌株具有不同的生长和产酶速度及不同的纤维素酶系、菌苔大小及在平板上堆积情况的差异等都会造成透明圈大小与液体发酵酶活结果的不完全一致;而且影响酶活力的因素较多, 如酶的浓度、底物的结构和性质、pH值、反应温度等。另外, 纤维素酶活力的测定方法也很多, 至今没有统一, 这就造成了相互之间无法比较的情况。试验在测量酶活的时候尽量做到了条件一致, 在进行滤纸酶活测量时通过对滤纸进行去淀粉处理来排除干扰项, 并且测定了内切酶酶活力和滤纸酶活力, 使结果更具有说服力。
目前, 为了应对能源危机, 各国研究人员都对可再生资源的开发和利用展开了广泛而深入的研究, 其中利用纤维素分解菌来分解秸秆也日益受到大家的关注。随着分子生物学技术的发展, 虽然构建酶活力高的工程菌株是一个研究趋势, 但是对于实际生境中的土著纤维素分解菌的研究也是必不可少的。另外, 在利用菌株分解秸秆时, 要考虑到菌株之间分泌的酶系不同, 可以利用多种菌混合发酵来提高效率, 同时要考虑分解菌之间的颉颃作用。
4 展望
玉米秸秆纤维 篇7
应用酶制剂对农作物秸秆进行处理, 不仅可以改善饲料适口性, 提高家畜采食量, 还能提升纤维素利用率。粗纤维包括木质素、纤维素、半纤维素、果胶等, 是植物细胞壁的主要组成成分。反刍家畜瘤胃对粗纤维的消化主要通过微生物对产生其粘连、附着、穿透等作用, 这是一个连续、有机的过程, 然后通过各种酶的分泌来水解纤维素。酶制剂处理秸秆, 利用了纤维素酶的主要功能, 即打乱纤维素的结晶结构, 使其产生形变, 从而深入纤维素分子界面之间进行作用, 有助于水分子破坏纤维素分子之间的氢键, 进而产生部分可溶性的微结晶, 为进一步降解提供条件[3]。因此, 酶制剂处理的秸秆可以大大提高家畜代谢水平, 有利于家畜的生长发育。
为了探求酶制剂对秸秆的处理效果, 提高秸秆的饲用率及家畜对秸秆的消化率, 特开展试验, 同时为提高秸秆利用率、推广秸秆处理新技术提供参考, 积极促进畜牧业的加速发展。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试秸秆为玉米秸秆, 取自吉林省农业科学院试验农场, 为当年生产的秸秆, 其化学成分:干物质96.1%, 灰分7.0%, 粗蛋白9.3%, 粗纤维29.3%, 纤维素32.9%, 半纤维素32.5%, 木质素4.6%。对玉米秸秆进行预处理, 用粉碎机将其粉碎至1~3 cm。
供试酶制剂为混合制剂, 含有木聚糖酶、纤维素酶及B-葡聚糖酶等多种酶成分。
1.2 试验设计
先将玉米秸秆和水按重量比设2个处理:玉米秸秆∶水=1.0∶0.5 (A) ;玉米秸秆∶水=1.0∶1.0 (B) 。
1.3 试验方法
将水喷洒在秸秆上, 一层一层地均匀喷洒并拌匀。将试验用的酶制剂用麦麸采用逐级稀释的办法进行稀释, 麦麸用量为30倍, 在稀释的同时充分拌匀。将稀释后的酶制剂与拌湿的玉米秸秆充分混合均匀, 用量为玉米秸秆重量的10%。再将拌匀的玉米秸秆一层一层地装进事先做好的塑料袋中 (图1) , 每装一层要压实一层, 尤其是袋脚部分, 装好后封好袋口堆放在适当位置用塑料盖好等待发酵。
1.4 测定项目及方法
测定玉米秸秆处理前及经酶制剂处理10 d和15 d粗蛋白和粗纤维的变化, 粗蛋白的测定用凯氏定氮法, 粗纤维采用常规饲料方法测定。
2 结果与分析
玉米秸秆经酶制剂处理前、后其粗蛋白和粗纤维的测定结果如表1所示。由表1可见, 酶制剂处理前、后粗蛋白和粗纤维产生变化。
2.1 玉米秸秆粗蛋白含量比较
处理前的玉米秸秆粗蛋白含量为9.30%, 经酶制剂处理后10 d和15 d, 2个处理的粗蛋白含量与处理前相比, 均有不同程度的提高。其中, 以处理后15 d粗蛋白的提高幅度较大, 但差异不显著 (p>0.05) 。处理B较处理A提高幅度大。
2.2 玉米秸秆粗纤维素含量比较
处理前的玉米秸秆粗纤维素含量为29.30%, 经酶制剂处理后10 d和15 d, 2个处理的粗纤维含量与处理前相比, 均有不同程度的降低, 且差异极显著 (p<0.01) , 表明玉米秸秆经一段时间酶制剂处理后可明显提高纤维素的降解率。不同含水量的玉米秸秆间进行比较, 无明显差异 (p>0.05) , 由此可见粗纤维的降解率随玉米秸秆处理时间的延长未出现明显变化[4,5,6]。
3 结论与讨论
试验结果表明, 玉米秸秆经酶制剂处理后可提高纤维素的降解率, 提高粗蛋白的含量, 提高了玉米秸秆的营养价值, 牲畜食用后提高了牲畜的消化率, 可以节约粮食, 为牲畜的生产降低了成本[4,5,6]。此外, 用酶制剂处理小麦秸秆和燕麦秸秆, 测定其粗蛋白和粗纤维含量, 结果表明:酶制剂处理上述2种秸秆15 d后, 其粗蛋白含量与处理前相比, 分别提高了0.55和0.49个百分点, 差异不显著 (p>0.05) ;与处理前相比, 粗纤维素含量分别降低了9.20和10.05个百分点, 差异极显著 (p<0.01) 。
参考文献
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[5]马双青, 李太平, 杨保贵.酶制剂处理秸秆后粗蛋白和粗纤维的变化[J].饲料工业, 2005 (23) :31-32.
秸秆纤维砌块性能与应用 篇8
绿色建筑技术是我国节能减排领域中的重要议题。建筑实现节能环保可分为3个层面:(1)用于建筑的材料构件在生产、加工、运输、装配过程中应确保低耗能、低污染;(2)在建筑使用过程中节约能源,实现此环节一方面通过对可再生能源的利用,另一方面则依赖于建筑维护结构保温隔热等物理性能的提升;(3)在建筑拆除或毁坏后,旧建材可循环利用或易于降解。可见,房屋围护结构采用绿色建材技术在以上各层面中均非常必要。同时,相关技术若想得以推广并真正发挥作用则必须成本低廉。秸秆纤维砌块是一种符合以上要求的绿色墙体材料,值得研究探讨。
1 秸秆纤维砌块技术实践背景
人类使用农业秸秆纤维建造房屋至少有上百年的历史。图1所示即为早期此类建筑的代表,该建筑建成于1925年,至今仍在使用[1]。目前,作为一项保护环境的措施,秸秆纤维砌块墙体技术再次受到重视。在北美已被广泛接受,编制了相应的建筑规范。在法国、澳大利亚、英国等也有所推广[2,3]。在国际相关技术援助下,我国黑龙江、内蒙古等地使用秸秆纤维砌块建造了一定数量的农宅和小学,但目前国内的运用大多停留在套用国外现成做法的层面上。实践案例缺少正规设计,没有适宜的技术参数及规范,没有更系统深入地研究其应用技术,而且实践地区较为集中,对全国农村示范推广作用有限,且经国家认可的材料物理性能参数极有限。
2 秸秆纤维砌块的材料性能和技术特点
秸秆纤维砌块不仅具有一定的实践基础,其材料性能也比较突出。2008年7月,北京清华城市规划设计研究院委托国家建筑工程质量监督检验中心,对秸秆纤维砌块进行了物理实验,取得了一系列技术参数,填补了国内空白。测试试件有2种:单纯的砌块以及附加混合砂浆面层的砌体(见图2)。
2.1 保温隔热性能突出
经测试,秸秆纤维砌块墙体热阻R=5.0 m2·K/W,传热系数K=0.19 W/(m2·K)。与常用外墙的物理性能[4,5]对比见表1、表2。
注:(1)秸秆纤维砌块厚度370 mm,两侧各抹25 mm厚水泥砂浆,墙体总厚度420 mm。外抹水泥砂浆配比为:m(水泥)∶m(石灰)∶m(砂)=1∶1∶6。测试条件为:热室空气温度29.6℃,冷室空气温度-2.3℃。
由表1、表2可见,秸秆纤维砌体的保温隔热性能远远优于常用墙体,其保温性能是普通黏土砖墙体的近10倍。
2.2 隔声性能良好
单纯秸秆纤维砌块隔声性能一般(见图3),其计权隔声量和频谱修正量为17(-1;-4)d B。但在简单地设置水泥砂浆面层后,其隔声性能优越,计权隔声量和频谱修正量达到59(-2;-8)d B,隔声性能曲线见图4。
2.3 防火和表面防水性能可靠
经过压制密实的秸秆纤维砌块内部没有可供燃烧的空气,因此秸秆纤维砌块具有较好的防火性,但要通过附加面层保证砌块与热表面隔开,不直接接触火源;秸秆纤维砌块本身与混凝土不同,它如果被雨水打湿时并不向内部吸收水分,当雨水停止时,空气和风的自然运动会使其干透,这种湿与干的循环不会破坏砌块,因此秸秆纤维砌块墙体的表面在一定程度上是防水的。总之,通过常用的建筑构造措施,可保证秸秆纤维砌块构件的防火安全和防水性能。
2.4 成本低廉
秸秆纤维砌块的以下性质降低了生产成本:(1)秸秆一季长成,是农业的副产品;(2)我国生长稻(麦)农业区广阔,农宅建设在本地稻(麦)生长区直接打制建材,降低了运输成本;(3)秸秆的使用不需要额外的加工费用,通常收割机具直接打捆的“草捆”就是秸秆纤维砌块;(4)施工简易,人工费低。
2.5 全使用周期无污染
(1)秸秆纤维砌块是农业的副产品,其生产加工过程不会对环境造成任何的污染,也不会产生有毒的副产品;(2)砌筑墙体时,仅需简单的叠垒和固定,砌块轻,手工即可完成,无需任何化学添加剂,没有污染;(3)废弃的墙体材料可循环利用,易于降解,也可作为沼气原料,或农业生产的原料,产生的建筑垃圾少;(4)使用过程中,作为保温隔声等性能突出的建筑维护材料,秸秆纤维砌块可以减少建筑热量损失,节约冬季采暖夏季制冷能耗,实现节能减排。
2.6 技术简易和施工周期短
秸秆纤维砌块墙体技术简单易学,有很大推广价值。我国大多数农产区已具备机械打包草捆的技术,不具备机械条件的地区,采用模具夯筑,也可制作秸秆纤维砌块。不需培训特别的砌块制作技术。同时,秸秆纤维砌块墙体施工方便,完全干作业,仅需叠垒和用钢丝网或竹筋固定,技术非常简单,施工周期短。
3 秸秆纤维砌块节能技术在农村住宅中的应用
我们在北京农村地区进行了一系列的秸秆纤维砌块试点农宅建设实践尝试,总结出温带半湿润气候区可行的秸秆纤维砌块墙体构造措施(见图5、图6)。另外,墙体的做法充分考虑了北京地区抗震的要求,附加了构造柱和圈梁。农宅建筑采用的技术、平面布局、外观效果全都是与农户深度交流共同设计的结果。这也是秸秆纤维砌块应用的基础。
4 秸秆纤维砌块的实践问题
秸秆纤维砌块虽然性能突出,也有实践基础,但在目前的推广运用中,仍存在如下问题:(1)原材料市场化程度低,受生长周期与气候影响大。在北京农村的实践过程中,购买砌块并不容易。过了每年6月秸秆收获的季节,原材料就无处可寻,只好等待来年。而在2009年北京地区特殊降雨天气影响下,秸秆难以收割,以至于影响了农宅建设;(2)没有技术标准,建设规范靠逐步摸索;(3)部分农民对秸秆材料存在文化及理念上的偏见,认为“草房子”是贫穷落后的象征。
5 结语
秸秆纤维砌块性能良好、节能环保、技术简单、成本低廉、易于推广,是农宅建设领域中前景广阔的环保材料。如果得到农村建设主管部门的重视,结合专业人员通过试验获得技术数据,制定技术规范,可为我国的环境保护贡献一份力量。
参考文献
[1]赫尔诺特·明克,弗里德曼·马尔克.秸秆建筑[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[2]Barbara Jones.Building with straw bales:A practical guide for UK and Irelan[M].Totnes,Devon,UK:Green Books Lid,2002.
[3]Catherine Wanek.The New Strawbale Home[M].Layton,Utah,USA:Gibbs Smith,Publisher,2003.
[4]GB50176—93,民用建筑热工设计规范[S].
玉米秸秆加工方法 篇9
此加工技术是将腊熟期玉米通过青贮收获机械一次性完成秸秆切碎、收集或人工收获后, 将青玉米秸秆铡碎至1～2 cm长, 使其含水量为67%～75%, 装贮于窖、缸、塔、池及塑料袋中压实密封储藏, 人为造就一个厌氧的环境, 自然利用乳酸菌厌氧发酵, 产生乳酸, 使大部分微生物停止繁殖, 而乳酸菌由于乳酸的不断积累, 最后被自身产生的乳酸所控制而停止生长, 以保持青秸秆的营养, 并使得青贮饲料带有轻微的果香味, 牲畜比较爱吃。
2. 膨化加工
此技术需要玉米秸秆在高温、高压、高剪切作用力的条件下, 由粉状变成糊状。当糊状物料从模孔喷出的瞬间, 在强大压力差作用下, 物料被膨化、失水、降温, 产生出结构疏松、多孔、酥脆的膨化物, 其较好的适口性和风味受到牲畜喜爱。从生化过程看, 挤压膨化时最高温度可达130℃～160℃。不但可以杀灭病菌、微生物、虫卵, 提高卫生指标, 还可使各种有害因子失活, 提高了饲料品质, 排除了促成物料变质的各种有害因素, 延长了保质期。
3. 草粉加工
玉米秸秆粉碎成草粉, 经发酵后饲喂牛羊, 作为饲料代替青干草, 调剂淡旺季余缺, 且喂饲效果较好。凡不发霉、含水率不超过15%的玉米秸秆均可为粉碎原料, 制作时用锤式粉碎机将秸秆粉碎, 草粉不宜过细, 一般长10～20 mm, 宽1～3 mm, 过细不易反刍。
4. 压块加工
利用饲料压块机将秸秆压制成高密度饼块, 减少运输与贮藏空间。若与烘干设备配合使用, 可压制新鲜玉米秸秆, 保证其营养成分不变, 并能防止霉变。
除此之外, 玉米秸秆还有许多其他的加工方式, 在大量种植玉米的地区, 完全可以充分利用玉米秸秆用作牲畜的饲料, 因为这样不仅可以节约养殖成本, 玉米秸秆的营养全面, 可以提高饲料利用率, 牲畜爱吃, 从而提高经济效益。