芦苇秸秆氧化钙和碳酸钠预处理工艺优化及结构分析

来源：中国畜牧兽医杂志2023年第9期北京时间：

作者：孙竹文, 刘正群, 朱龙博, 李宁, 刘燕蓉, 梁世岳, 郑梓, 穆淑琴, 闫峻, 孙超

单位：1. 西北农林科技大学动物科技学院, 杨凌 712100;2. 天津市农业科学院畜牧兽医研究所, 天津 300381;3. 天津市畜禽分子育种与生物技术重点实验室, 天津 300381;4. 天津市畜禽健康养殖工程技术中心, 天津 300381

摘要：【目的】探究氧化钙(CaO)和碳酸钠(Na2CO3)联合预处理枯叶期芦苇秸秆的木质素降解最佳工艺条件及其结构变化。【方法】试验在添加2% Na2CO3的基础上,选取处理时间、处理温度、料液比和CaO添加量4个因素进行单因素梯度试验,探究其对木质素及半纤维素去除率的影响;根据单因素试验结果进行Box-Behnken响应面优化试验,探究木质素降解的最佳预处理条件;随后通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X-射线衍射(XRD)分析芦苇秸秆在最佳预处理条件下的结构变化。【结果】不同处理时间、处理温度和CaO添加量对芦苇秸秆木质素和半纤维素去除率均有显著影响(P＜0.05),不同料液比无显著影响(P＞0.05);响应面优化结果显示回归模型极显著(P＜0.01),3种因素对木质素去除率均有极显著影响(P＜0.01);3种因素对木质素去除率影响由大到小依次为处理温度、CaO添加量、处理时间。Na2CO3添加量为2%、料液比1∶3时,预处理最佳工艺条件为:CaO添加量8.44%,处理时间5.52 h,处理温度49.58 ℃,在此工艺条件下芦苇秸秆木质素去除率的模型预测值为24.97%,试验验证结果为23.75%,与预测值接近。优化条件处理后,SEM结果显示芦苇秸秆表面发生破损,孔隙增大、增多;FTIR结果显示,芦苇秸秆的半纤维素、木质素对应化学键的吸收峰强度均降低;XRD结果显示,芦苇秸秆的纤维素相对结晶指数(CrI)由37.21%变为46.66%。【结论】采用响应面法优化CaO及Na2CO3联合预处理芦苇秸秆的工艺条件合理可行,预处理后的芦苇秸秆其表面形态结构、木质纤维素的化学结构和纤维素结晶结构均发生了明显变化。本试验结果可为非常规饲料资源高值化利用提供技术支撑。

关键词：芦苇秸秆;预处理;响应面优化;木质素去除率;结构分析

基金资助：天津市中央引导地方科技发展专项(22ZYCGSN00130);天津市科技重大专项与工程项目(19ZXZYSN00120);天津市生猪产业技术体系创新团队母仔猪营养岗(ITTPRS2021005);甘肃省民生科技专项—乡村振兴专题项目(2021-0306-NCC-0180)