【摘要】：玉米秸稈中含有大量的纖維素和半纖維素,作為反芻動物粗飼料有很大的應(yīng)用潛力。然而,由于玉米秸稈復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu),瘤胃降解率低,限制了其在反芻動物粗飼料上的應(yīng)用。通過預(yù)處理破壞玉米秸稈半纖維素和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu),降低纖維素的結(jié)晶度,可實現(xiàn)其高效利用,傳統(tǒng)的預(yù)處理方法(如:氨、尿素和氫氧化鈣等)存在著效率低和環(huán)境污染等問題。蒸汽爆破可有效改變生物質(zhì)原料的物理和化學(xué)性質(zhì),并廣泛應(yīng)用于生物能源領(lǐng)域。目前,關(guān)于蒸汽爆破提高玉米秸稈瘤胃降解率的研究較少。本試驗通過研究蒸汽爆破對玉米秸稈的纖維結(jié)構(gòu)、瘤胃發(fā)酵及微生物粘附的影響,為蒸汽爆破技術(shù)在畜牧業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。1、響應(yīng)面法優(yōu)化玉米秸稈飼料蒸汽爆破加工工藝本試驗以蒸汽爆破玉米秸稈體外發(fā)酵產(chǎn)氣速率為評價指標(biāo),選取蒸汽壓強(1.0、1.6或2.2 MPa)、維壓時間(30、115或200 s)和預(yù)浸水分含量(10%、30%或50%)為自變量,根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計,結(jié)合響應(yīng)面法優(yōu)化玉米秸稈飼料化的蒸汽爆破加工工藝。并利用NIRS對各處理條件下玉米秸稈進行表征。結(jié)果顯示:(1)方差分析結(jié)果顯示蒸汽壓強的二次項對產(chǎn)氣速率有極顯著影響(P0.01),在試驗設(shè)計因素范圍內(nèi)隨著蒸汽壓強增加,產(chǎn)氣速率呈先上升后降低的趨勢。(2)在蒸汽壓強1.51 MPa,維壓時間180 s,預(yù)浸水分含量10%的汽爆處理條件下,玉米秸稈體外發(fā)酵產(chǎn)氣速率預(yù)測值達到最大0.082 mL/h,是較優(yōu)的加工工藝條件。(3)各處理玉米秸稈近紅外光譜吸收峰位置大致相同,各蒸汽爆破參數(shù)下玉米秸稈近紅外光譜吸光值均高于未處理玉米秸稈。2、蒸汽爆破對玉米秸稈體外發(fā)酵產(chǎn)氣和纖維結(jié)構(gòu)的影響本試驗利用試驗一優(yōu)化的蒸汽爆破條件對玉米秸稈進行預(yù)處理,研究了蒸汽爆破對玉米秸稈72h體外發(fā)酵產(chǎn)氣的影響,并對蒸汽爆破前后玉米秸稈的化學(xué)成分和纖維結(jié)構(gòu)進行了分析。結(jié)果表明:(1)蒸汽爆破后玉米秸稈半纖維素和NDF含量極顯著降低(P0.01),纖維素含量顯著增加(P0.05);蒸汽爆破后玉米秸稈體外發(fā)酵總還原糖產(chǎn)量極顯著增加(P0.01),木糖產(chǎn)量顯著增加(P0.05)。(2)蒸汽爆破后玉米秸稈體外發(fā)酵產(chǎn)氣速率極顯著增加(P0.01),72h累積產(chǎn)氣量沒有顯著變化(P0.05)。(3)SEM結(jié)果顯示蒸汽爆破后玉米秸稈表面粗糙,結(jié)構(gòu)疏松,纖維束間的內(nèi)部空隙暴露出來,更有利于瘤胃微生物的粘附和定植;FTIR結(jié)果表明,蒸汽爆破玉米秸稈半纖維素特征峰的減弱與纖維素特征峰的增強;XRD結(jié)果顯示玉米秸稈蒸汽爆破后相對結(jié)晶度由54.50%增加到57.57%,二者沒有顯著性差異(P0.05),結(jié)晶度增加是由于蒸汽爆破后玉米秸稈無定形組分(半纖維素和木質(zhì)素)大量降解造成的。3、蒸汽爆破對玉米秸稈瘤胃降解和微生物粘附的影響本試驗利用試驗一優(yōu)化的蒸汽爆破條件對玉米秸稈進行預(yù)處理,通過尼龍袋法將未處理和蒸汽爆破玉米秸稈在瘤胃中孵育0.5、1、2、4、8、12、24、36和48 h,分析玉米秸稈纖維成分瘤胃動態(tài)降解率,SEM觀測瘤胃微生物的動態(tài)粘附情況。結(jié)果表明:(1)在瘤胃孵育4、24、36和48 h時,蒸汽爆破玉米秸稈NDF降解率分別為3.92%、28.85%、37.73%和45.80%,均顯著高于未處理玉米秸稈(P0.05);在瘤胃孵育4、24、36和48 h時,蒸汽爆破玉米秸稈半纖維素降解率分別為6.57%、33.74%、40.63%和49.00%,均極顯著高于未處理玉米秸稈(P0.01)。在瘤胃孵育48h時,蒸汽爆破玉米秸稈ADF降解率達到44.83%,極顯著高于未處理玉米秸稈(P0.01),纖維素降解率達到47.57%,顯著高于未處理玉米秸稈(P0.05)。(2)SEM結(jié)果顯示蒸汽爆破加快了瘤胃微生物對玉米秸稈的粘附和生物被膜的形成。根據(jù)上述試驗結(jié)果,蒸汽爆破可促進瘤胃微生物在玉米秸稈上的粘附,并提高了玉米秸稈的瘤胃降解率。
【圖文】：

測值０．０８２邋ｍＬ／ｈ誤差值僅為４．８８％，證實了該模型的有效性。逡逑２．５蒸汽爆破玉米秸稈近紅外光譜及聚類分析逡逑圖２－３為不同蒸汽爆破參數(shù)下玉米秸稈近紅外譜圖�？梢钥闯�，各處理組玉米秸稈平逡逑均光譜吸收峰位置大致相同，，但吸光值有所不同，各蒸汽爆破參數(shù)下玉米秸稈近紅外光譜逡逑吸光值均大于未處理玉米秸稈。通過對各處理玉米秸桿近紅外光譜進行聚類分析（圖２－４），逡逑發(fā)現(xiàn)未處理玉米秸稈單成一簇，與各蒸汽爆破參數(shù)下的玉米秸桿有明顯差別。逡逑—．Ｃｏｎｔｒｏｌ逡逑0．４ｎ逡逑邐Ｐ１．０Ｔ２００Ｗ３０逡逑＾邐邋邋Ｐ１．６Ｔ１１５Ｗ３０逡逑0３邐邋Ｐ１．０Ｔ１１５Ｗ５０逡逑0）邐邋邋Ｐ２．２Ｔ２００Ｗ３０逡逑Ｃ邋、邐邐邋Ｐ２．２Ｔ３０Ｗ３０逡逑■２邋０．２－ｙＫ邐—邋Ｐ１．０Ｔ３０Ｗ３０逡逑Ｉ邐＝＝。逡逑—邐Ｐ１－６Ｔ３０Ｗ５０逡逑？邐邐＇邐Ｐ２．２Ｔ１１５Ｗ１０逡逑ＤＰ邐Ｐ１．６Ｔ２００Ｗ５０逡逑９５０邐１０５０邋１１５０邐１２５０邐１３５０邐１４５０邋１５５０邋１６５０邐Ｐ１．０Ｔ１１５Ｗ１０逡逑Ｎａｎｏｍｅｔｅｒｓ邋（ｎｍ）邐ｐｉ．６Ｔ２0ｏｗｉｏ逡逑圖２－３未處理和不同蒸汽爆破參數(shù)下玉米秸稈近紅外譜圖逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｎ１Ｒ邋ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ邋ｏｆ邋ｒａｗ邋ａｎｄ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋

２．３蒸汽爆破對玉米秸稈的微觀形態(tài)及結(jié)構(gòu)特性的影響逡逑２．３．１掃描電鏡分析逡逑圖３－２邋（Ａ－Ｆ）為掃描電鏡（ＳＥＭ）下未處理和蒸汽爆破玉米秸稈的表面微觀形態(tài)�？慑义弦钥闯�，蒸汽爆破后玉米秸桿表面形態(tài)發(fā)生了明顯變化。２０0ｘ放大倍數(shù)下掃描電鏡結(jié)果顯逡逑示，經(jīng)過蒸汽爆破處理后的玉米秸桿，纖維在胞間層分離，纖維束相互松散分開；５０0ｘ放逡逑大倍數(shù)下掃描電鏡結(jié)果顯示，蒸汽爆破玉米秸稈呈現(xiàn)蓬松多孔的結(jié)構(gòu)，纖維束間的內(nèi)部空逡逑隙暴露出來；ｌ000ｘ放大倍數(shù)下掃描電鏡結(jié)果顯示，蒸汽爆破處理后玉米秸稈表面裂紋增逡逑多，表面變得粗糙。逡逑寒＿＿姫，逡逑圖３－２玉米秸稈蒸汽爆破處理前后掃描電鏡圖片；（Ａ－Ｃ）未處理玉米秸稈分別在２００ｘ、５０0ｘ和ｌ0０0ｘ逡逑放大倍數(shù)下的掃描電鏡圖，（Ｄ－Ｆ）蒸汽爆破玉米秸稈分別在２０0ｘ、３00ｘ和ｌ000ｘ放大倍數(shù)下的掃描電逡逑鏡圖。逡逑Ｆｉｇ．３－２邋ＳＥＭ邋ａｎａｌｙｓｉｓ邋ｏｆ邋ｃｏｍ邋ｓｔｏｖｅｒ邋ｂｅｆｏｒｅ邋ａｎｄ邋ａｆｔｅｒ邋ｓｔｅａｍ邋ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ：邋（Ａ－Ｃ）邋Ｕｎｔｒｅａｔｅｄ邋ｃｏｍ邋ｓｔｏｖｅｒ邋ａｎｌｙｓｉｓｅｄ逡逑ａｔ邋２０0ｘ邋５０0ｘ邋ａｎｄ邋１００0ｘ邋ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
【學(xué)位授予單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S816

【參考文獻】

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本文編號：2527929