接种娄彻氏链霉菌发酵法改善秸秆流变性能的研究

Crop straw is a kind of non-homogeneous anisotropic polymer that is composed of cellulose, hemicellulose and lignin. The straw has the characteristic of elastic solid and viscous fluid. Straw also is a kind of viscoelastic material, which has the certain rheological properties. Therefore, the improvement of rheological properties plays an important role in the utilization of straw, such as compression molding and extrusion forming.The previous experiments has shown the rheological properties can be improved by inoculating Streptomyces rochei fermentation. In this project, the degradation regularity, thalli protein and rheological properties are analysised after the straw is inoculated with Streptomyces rochei. The relation between straw degradation rule and rheological properties will be revealed in the research. The main purpose of this project is to analyze the chemical composition, molecular structure, fermentation product, and its rheological properties during the fermentation process. The key scientific problems need to be solved is the relevance model between straw degradation regularity, thalli protein and straw rheological properties.

农作物秸秆是一种非均质的、各向异性的天然高分子材料，主要由纤维素、半纤维素和木质素等聚合物组成。秸秆具有弹性固体和粘性流体的双重特性，是一种黏弹性材料，具有一定的流变性质，改善秸秆材料流变性能对秸秆的模塑加工及其材料化利用具有重要的意义。项目前期试验证明，通过接种娄彻氏链霉菌对秸秆发酵处理，可显著改善秸秆的流变性能。本项目将进一步分析娄彻氏链霉菌发酵秸秆过程中，秸秆大分子尤其是纤维素的降解规律、菌体蛋白形成等对秸秆材料流变性能变化的影响，试图从微生物发酵引起的秸秆大分子结构的变化程度、菌体蛋白形成数量等方面研究探讨微生物发酵改善秸秆流变性的生物化学机理。拟解决的科学问题是：娄彻氏链霉菌发酵秸秆引起的秸秆纤维素分子化学结构的演变规律、菌体蛋白增长规律及其与秸秆流变性能改善的相关性。

农作物秸秆是一种非均质的、各向异性的天然高分子材料，主要由纤维素、半纤维素和木质素等聚合物组成。秸秆具有弹性固体和粘性流体的双重特性，是一种黏弹性材料，具有一定的流变性质，改善秸秆材料流变性能对秸秆的模塑加工及其材料化利用具有重要的意义。项目前期试验证明，通过接种娄彻氏链霉菌对秸秆发酵处理，可显著改善秸秆的流变性能。本项目将进一步分析娄彻氏链霉菌发酵秸秆过程中，秸秆大分子尤其是纤维素的降解规律、菌体蛋白形成等对秸秆材料流变性能变化的影响，试图从微生物发酵引起的秸秆大分子结构的变化程度、菌体蛋白形成数量等方面研究探讨微生物发酵改善秸秆流变性的生物化学机理。得出以下结论：（1）碳氮比、接种量和发酵时间对水稻秸秆纤维素（半纤维素和木质素）降解率以及质量损失率的影响顺序依次为发酵时间>碳氮比>接种量，最优的发酵工艺为碳氮比为25，接种量（w/w）为0.8%，发酵所需时间为20 d。（2）水稻秸秆经娄彻氏链霉菌好氧发酵后，秸秆纤维结构中的羰基、醚键、甲基、亚甲基、羟基等红外吸收峰明显减弱；纤维结晶度较未处理秸秆提高了50.9%；秸秆表面变得粗糙，秸秆硅结构暴露明显。（3）发酵后秸秆/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料在波数为2915 cm-1，2844 cm-1， 1475 cm-1，710 cm-1的红外吸收峰显著增强；在温度为100.75 ℃时发生玻璃化温度转变；复合材料的拉伸强度、断裂伸长率以及弯曲强度分别增强了8.06%，8.54%和17.75%；平衡扭矩降低了18.2 %；娄彻氏链霉菌好氧发酵增强了秸秆与LDPE界面相容性、力学性能和浸润性能。（4）对秸秆的降解率对秸塑复合材料的力学性能的影响建立了回归方程，结果表明秸秆的降解率与流变性的变化有确切的关系，并具有可靠性。