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温和湿热条件下碱性非碱溶液预处理对玉米秸秆厌氧发酵的影响

2021-03-09王禹霄飞祝国强孙云博

河南农业科学 2021年1期

王禹霄飞,王 宇,祝国强,孙云博,杨 毅,曲 威

(中国农业大学 烟台研究院,山东 烟台 264670)

玉米属于种植区域广、产量大的农作物,经济系数在0.35左右,在生产过程中伴随着大量农业废弃物的产生。每年全国约有2.15亿t秸秆未合理利用[1]。秸秆的处理方式有很多种,其中厌氧发酵产沼气的能量输出投入比达到28/1,效率高、成本少,经济效益达到煤球生产沼气的2倍以上[2]。此外,厌氧发酵以微生物为基础,既不需要底物杀菌,也不需要特殊的培养接种措施,技术和设备要求低[3]。

以玉米秸秆为原料进行厌氧发酵过程中,通过水解将玉米秸秆中复杂的有机物分解是厌氧发酵的限速步骤[4-5]。为提高秸秆水解效率,采用适当的预处理措施非常必要。常用的预处理方式主要有生物预处理、化学预处理、物理预处理和联合预处理等[6-7]。从玉米秸秆的组成特点来看,纤维素不溶于水且对解聚合作用抗性较强,半纤维素对于热水解非常敏感,木质素则对生物和化学降解的抵抗能力较强[8-10]。因此,联合处理方式对秸秆中各组分的溶解效果更好。碱处理是一种成熟且便捷的化学预处理方法[11]。碱性物质能够使木质素和碳水化合物之间的连接键皂化并且断裂,促进酶的水解,提高厌氧发酵产沼气量和甲烷含量[12-13]。然而,单纯使用碱性溶液预处理存在物料空间位阻的阻碍问题,且环境和材料成本较高,所以联合其他预处理技术就更为重要[14-15]。湿热处理也是常见的处理方式,不仅能够破坏木质纤维素的结构,同时也能够改善半纤维素的水解效果[16]。……

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