【正文】 提取物中的物質(zhì)非常的復(fù)雜；研究結(jié)果之一是經(jīng)過(guò)NaOH處理的水稻秸稈中的可溶性糖含量是未經(jīng)處理的兩倍。正如冷水和熱水提取物的增加所顯示的一樣，它們中的相當(dāng)大部分被轉(zhuǎn)換成相對(duì)易于生物降解的物質(zhì)，而一些無(wú)法分解的物質(zhì)被除去了，正如苯乙醇提取物的減少所顯示的一樣。主要成分和提取物的變化對(duì)于沼氣產(chǎn)量的增加有很大貢獻(xiàn)。如果有更多的木質(zhì)纖維素原料在AD前通過(guò)預(yù)處理被分解成可溶性糖，接下來(lái)的水解作用速度就會(huì)加快，而AD效率也會(huì)提高?？扇苄蕴潜饶举|(zhì)纖維素更易生物降解。很明顯，在未經(jīng)處理和經(jīng)過(guò)NaOH處理的水稻秸稈中可溶性糖的成分和含量是不同的。因此，糖是這項(xiàng)研究的首要分析對(duì)象。從chen等人的研究來(lái)看，谷物干草提取物的主要成分是糖。對(duì)于經(jīng)過(guò)NaOH處理的水稻秸稈熱水提取物適用的信息極少。 ，多糖是指五糖和分子量低于10000的糖。表3 未處理和經(jīng)過(guò)6％NaOH處理的水稻秸稈熱水提取物可溶性糖含量 含量（干物質(zhì)％）糖 未經(jīng)處理的水稻秸稈 經(jīng)過(guò)NaOH處理的水稻秸稈 總 糖 葡萄糖 a 果 糖 a 四 糖 三 糖 二 糖 多 糖 b a. chen等人的研究結(jié)果表明，葡萄糖和果糖是水提取物中主要的單糖成分，木糖、阿拉伯和其它一些單糖的含量相對(duì)較低。它們的出現(xiàn)是由于水稻秸稈中的一些芳香族化合物在NaOH處理過(guò)程中降解及在苯乙醇溶液中溶解的緣故。（3）頻帶外觀。在1055cm1處的突出峰可歸因于共提取多糖中酯鍵（COC）的對(duì)稱伸展。一個(gè)廣泛的碳氧單鍵（CO）伸縮振動(dòng)發(fā)生在1267cm1處。 在3415cm1處的突出峰是由于羥基在固醇、單甘酯和甘油二酯或者共提取多糖中的伸縮振動(dòng)，或者是試樣中的水分引起的。此類譜帶的消失表明，由于NaOH的作用，一些酯類和游離脂肪酸被從水稻秸稈中除去。不飽和脂肪酸和其酯類或在固醇類和steryl酯中的順式結(jié)構(gòu)的C=C伸展，在1653cm1處產(chǎn)生了一個(gè)吸收帶。這些變化也可以分為三類：圖 3 未經(jīng)處理的水稻秸稈的苯乙醇提取物紅外光譜譜圖（頻譜a）和經(jīng)過(guò)6％NaOH處理的水稻秸稈的苯乙醇提取物的紅外光譜譜圖（頻譜b）（1）頻帶的消失。從圖中可以看出，光譜剖面的兩個(gè)頻帶相當(dāng)類似，但相對(duì)強(qiáng)度不同。這可以解釋以前所討論的經(jīng)過(guò)NaOH預(yù)處理后為什么熱水提取物的量會(huì)增加了。這一頻帶代表丁香族類木質(zhì)素的CO伸展。 （3）頻帶外觀。在1326cm1處的頻帶可歸因于纖維素和半纖維素種的亞甲基搖擺振動(dòng)。 在2933cm1處的頻帶對(duì)應(yīng)于亞甲基和甲基拉伸頻率。頻帶的這種含量減少是因?yàn)镹aOH與水稻秸稈的反應(yīng)。這些變化可分為三種類型：（1）官能團(tuán)數(shù)量的減少。結(jié)果表明，這兩種頻帶有類似的剖面，但不同強(qiáng)度的吸收頻帶。由于經(jīng)過(guò)6％NaOH處理的水稻秸稈與其它劑量的NaOH相比，獲得了最佳的沼氣產(chǎn)量，接下來(lái)對(duì)于提取物結(jié)構(gòu)變化的研究就以此為樣本。 化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化除了提取物的成分，其化學(xué)結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化。苯乙醇成分的減少對(duì)于增加生物降解能力也有一定作用。與未經(jīng)處理的相比，經(jīng)過(guò)4％、6％、8％和10％NaOH處理過(guò)的水稻秸稈，％、％、％％。冷水和熱水提取物含量的增加一般都有利于沼氣產(chǎn)量的提高。它們主要由糖、淀粉、果膠、鞣革、環(huán)多醇和一些無(wú)機(jī)物組成。與未經(jīng)處理的相比，經(jīng)過(guò)4％、6％、8％ 、10％NaOH處理過(guò)的水稻秸稈，％、％、％％更多的冷水提取物，％、％、％％更多的熱水提取物。表2列舉了經(jīng)NaOH處理過(guò)的及未處理的水稻秸稈的冷水、熱水和苯乙醇提取物。提取物通常由類脂、酚類化合物、萜類化合物、脂肪酸、樹(shù)脂酸、steryl酯、固醇、蠟等組成。顯然，更多的基板被用于經(jīng)過(guò)NaOH處理的水稻秸稈，這意味著改善了生物降解性和可用性。針對(duì)未處理和經(jīng)過(guò)6％NaOH處理的水稻秸稈計(jì)算出質(zhì)量差，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)6％NaOH處理的水稻秸稈，％、％％的纖維素、半纖維素和木質(zhì)纖維素總額分別減少和轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣的產(chǎn)量越大，主要成分質(zhì)量的減少越大。根據(jù)曼斯菲爾德等的研究，木質(zhì)纖維材料的原始形態(tài)能抵抗厭氧微生物攻擊，但去除半纖維素和木質(zhì)素會(huì)引起纖維素結(jié)構(gòu)和可接近性的大量改變，從而使微生物更容易接近纖維素。與木質(zhì)素和纖維素相比，更多的半纖維素被分解，這可能是由于更多的半纖維素與NaOH發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。有人還發(fā)現(xiàn)，水稻秸稈的主要成分不同，分解速率也不同。結(jié)果意味著NaOH的劑量越大，木質(zhì)纖維素與NaOH的反應(yīng)越強(qiáng)烈。經(jīng)過(guò)不同劑量的NaOH預(yù)處理后，隨著NaOH劑量的增加，總LCH（纖維素、半纖維素和木質(zhì)素）量均下降。其中的一些變化在另一篇論文中進(jìn)行了研究和討論。 主要成分的變化木質(zhì)素、纖維素和半纖維素（LCH）是水稻秸稈的主要成分，為厭氧微生物提供主要碳源。未經(jīng)處理的水稻秸稈的最高沼氣產(chǎn)量以及經(jīng)過(guò)4％、6％、8％和10％ ％、 ％、 ％、 ％％。最大可能的收益率（MPY）也進(jìn)行了分析。最高的沼氣產(chǎn)量，、 、（揮發(fā)性固體克數(shù)），分別由未經(jīng)處理的水稻秸稈和經(jīng)過(guò)4％、6％、8％和10％NaOH處理的水稻秸稈在載入量為50克/升的情況下得到。沼氣生產(chǎn)量定義為載入的每克揮發(fā)性固體沼氣產(chǎn)量（B/VS），其被計(jì)算并用來(lái)檢驗(yàn)NaOH預(yù)處理的效果。通過(guò)配備了折射率檢測(cè)器、自動(dòng)取樣器以及SugarPak1 column ( .300mm)的沃特斯高性能液相色譜（HPLC）系統(tǒng)對(duì)水稻秸稈在熱水提取物中的可溶性糖進(jìn)行分析，以水為流動(dòng)相，70℃條件下進(jìn)行洗脫處理。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法確定冷水、熱水和苯乙醇提取物。根據(jù)APHA標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)經(jīng)NaOH處理過(guò)的及未處理的稻草樣品進(jìn)行TS和VS分析，利用熱電偶分析儀（Skalar Primacsslc，荷蘭）和凱氏氮分析儀（KDN 2C型，上海，中華人民共和國(guó)）對(duì)總碳（TC）和總氮（TN）進(jìn)行分析。備好的蒸煉器放置在振蕩器上，在中溫（35℃），震蕩速度為120轉(zhuǎn)/分鐘的條件下用于AD試驗(yàn)。根據(jù)Zhang的研究結(jié)果，每個(gè)沼氣池中均加入保持活性的污泥濃度為15g/L的混合液懸浮固體。該載入量定義為每公升沼氣池有效容積中所裝入的稻草的干重（g TS/L）。 AD實(shí)驗(yàn)經(jīng)NaOH處理過(guò)的及未處理的稻草分批在厭氧沼氣池中消化，每個(gè)沼氣池容積為2L。2℃）下3周。首先，每個(gè)燒杯中放100g的干稻草，所需的NaOH總量取決于使用劑量，然后將其添加到每一個(gè)燒杯中，再加入80g蒸餾水，使水分含量達(dá)到80％（干燥基），NaOH總量和水分含量已經(jīng)在以往實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試中確定了。在干物質(zhì)稻草狀態(tài)下使用了4種氫氧化鈉劑量（4％、6％、8％和10％），因此，預(yù)處理實(shí)驗(yàn)分為相應(yīng)的4組?；钚晕勰嗳∽员本└弑晡鬯幚韽S的中溫厭氧沼氣池，（TS），（VS）（MLSS）。這里提出的研究問(wèn)題是繼續(xù)我們以往的研究，其目的是探討在NaOH固態(tài)預(yù)處理中主要成分和提取物的結(jié)構(gòu)變化，以及該變化對(duì)水稻秸稈生物降解和沼氣生產(chǎn)的影響。我們以前的研究探討了纖維素、半纖維素和木質(zhì)素在NaOH固態(tài)預(yù)處理中化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理特性的變化，以及該變化對(duì)水稻秸稈生物降解和沼氣生產(chǎn)的影響。這種方法避免了傳統(tǒng)方法中遇到的問(wèn)題，也被證明在提高生物降解能力和增加沼氣產(chǎn)量方面行之有效。然而，目前大多數(shù)NaOH預(yù)處理大量使用化學(xué)溶液或水浸泡基板，這就需要回收化學(xué)品和處理廢液，不然可能導(dǎo)致潛在的環(huán)境污染。各種物理、化學(xué)和生物預(yù)處理方法，如蒸汽爆炸、氨化作用和真菌生物降解已被廣泛研究。因此，水稻秸稈的預(yù)處理通常是必需的。在植物中，纖維素目前主要存在于木質(zhì)纖維素和木質(zhì)素的復(fù)雜結(jié)合中。然而，木質(zhì)纖維酶化作用的頑固性限制了秸稈完全有效地轉(zhuǎn)換為沼氣。 （2）AD生產(chǎn)條件和過(guò)程更加溫和、簡(jiǎn)單，使沼氣生產(chǎn)更加便利實(shí)際。在這個(gè)過(guò)程中，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為沼氣，即一種甲烷和二氧化碳的混合物。而通過(guò)厭氧消化（AD）技術(shù)將秸稈變?yōu)檎託獗愠蔀橐粋€(gè)大有希望的選擇之一。依托目前可行技術(shù)，從木質(zhì)纖維材料生產(chǎn)乙醇的成本也相對(duì)較高，主要的挑戰(zhàn)是水解環(huán)節(jié)產(chǎn)量低，成本高。最近，通過(guò)生物轉(zhuǎn)化將木質(zhì)纖維廢料轉(zhuǎn)化為乙醇已引起人們相當(dāng)大的興趣。在中國(guó)，秸稈是一種最豐富的木質(zhì)纖維作物。木質(zhì)纖維素廢料，來(lái)源于農(nóng)業(yè)、農(nóng)用工業(yè)加工、林業(yè)。結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，以6％ NaOH處理的水稻秸稈中可溶性糖的含量是未經(jīng)處理的秸稈中糖含量的兩倍。一些最難以降解的物質(zhì)也有減少，％~％。分別以4％、6％、8％和10％的NaOH進(jìn)行預(yù)處理的水稻秸稈，半纖維素、％~％，％~％和 ％~％。水稻秸稈先在固態(tài)條件下用NaOH進(jìn)行預(yù)處理，再將其進(jìn)行厭氧消化，然后對(duì)其主要成分及提取物進(jìn)行分析。在這里向鞏老師表示最真誠(chéng)的感謝和敬意！在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還特別要感謝張明玉師兄、劉丹鈺師姐、刑麗欣師姐以及本課題組所有同學(xué)給我提供的幫助，是他們給我營(yíng)造了一個(gè)積極向上、團(tuán)結(jié)協(xié)作的良好科研環(huán)境！哈爾濱工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室為本次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行了測(cè)試，在此謹(jǐn)向哈爾濱工業(yè)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室老師表示感激和謝意!在我的畢業(yè)論文完成之際，謹(jǐn)向所有關(guān)心、幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和親友表示衷心的感謝，感謝他們對(duì)我實(shí)驗(yàn)的大力支持！參考文獻(xiàn)1. 高壽清. 燃料酒精發(fā)展的國(guó)際情況與分析[J]. 食品發(fā)酵工業(yè), 2000, 27(12): 59~622. 孫曉梅. 纖維素乙醇燃料的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 研究進(jìn)展, 2007, (10): 233. 藍(lán)艷華. 甘蔗渣生產(chǎn)燃料乙醇研究現(xiàn)狀與對(duì)策[J]. 甘蔗糖業(yè), 2007, (12): 634~6384. Detroy,.,Lindenfelser, of wheat straw to ethanol: chemical modification,enzymatic hydrolysis and fermentation[J]. Biotechnology and bioengineering, 1981,(23): 15,27~355. Hamilton,Dale,Ladisch,etc. Effect of ferric tarrate/sodium hydroxide solvent pretreatment on enzyme hydrolysis of cellulose in corn residues[J]. Biotechnology and bioengineering, 1984, (26): 781~7876. Dar,.. Biogas production from pretreated wheat straw,lantana residue,apple and peach leaf litter with cattle dung[J]. Biological wastes, 1987, (21): 75~837. Mandels M. Pretreatment of Corn Stover Using Wet Oxidation to Enhance Enzymatic. Biotechno Bioeng Symp, 1976, (6): 21~338. Rgwardt Robert H. Mehanol Production from Biomass and Natural Gas as Transportation Fule. Ind Eng Chem Res, 1988, 37(9): 3760~37679. Kitchaiya P, Intanakul P, Krairiksh M.[J]. Journal of Wood Chemistry and Technology, 2003, 23(2): 217~22510. 黃祖新, 陳由強(qiáng), 陳如凱, 等. 甘蔗渣的酶降解研究進(jìn)展[J]. 甘蔗, 2004, 11(4): 52~5611. Awadel,Karim. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology，2003, (30): 279~29112. 熊犍, 葉君, 梁文芷, 等. 微波對(duì)纖維素超分子結(jié)構(gòu)的影響[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2000, 28(3): 84~8913. 張建安, 張小勇, 韓潤(rùn)林等. 木素對(duì)纖維素酶解的影響及纖維素酶解[J]. 化學(xué)工程, 2000, 28(1): 37~3814. 曾昭鈞, 李香文. 微波有機(jī)化學(xué)進(jìn)展[J]. 沈陽(yáng)藥科大學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 16(7): 304~30915. Li Xianjun, Zhang Biguang, LiWenjun, etc. Research on the effect of microwave pretreatment on moisture diffusion coefficient of wood[J]. Wood Science and Technology, 2005, 39(7): 521~52816. 朱圣東, 吳元欣, 喻子牛, 等. 微波預(yù)處理稻草糖化工藝研究[J]. 林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè), 2005, 3, 25(1): 112~11417. 楊曉輝, 余曉斌. 堿與微波聯(lián)合處理蔗渣對(duì)里氏木霉發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶的影響[J]. 生物加工過(guò)程, 2008, 3, 6(2): 61~6518. 朱躍釗, 盧定強(qiáng), 萬(wàn)紅貴, 等. 木質(zhì)纖維素預(yù)處理技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 生物加工過(guò)程, 2004, 2(4): 11~1619. Saha Badal C. Hemicellulose bioconversion[J]. Ind Microbiol Biotechnol, 2003, 30(5): 279~29120. Sun Ye,Cheng of lignocellulosic materials for ethanol production: A review[J]. Bioresourc