水稻秸秆结构属于木质纤维素结构，其组成包括木质素、纤维素、半纤维素等。一般认为提高木质纤维素水解须对其预处理，以消除其中包含的木质素及半纤维素等，并且减小纤维素的结晶程度，以提高可供相应的酶作用的面积，即改善纤维素酶的酶效，最终实现分解效率的大幅提升。本研究工作的目的是通过研究氢氧化钠预处理、盐酸预处理以及纤维素酶预处理等3种预处理方式对木质纤维素原料水稻秸秆厌氧发酵产生沼气的影响，从实验中获得预处理效果相对较好的处理条件，为水稻秸秆利用的工业化提供理论依据和技术支撑。

当预处理等问题解决之后，我国光以水稻秸秆等为原料就可以生产十分可观的沼气，变废为宝，产生巨大经济效益，可以缓解我国人口众多，人均能源资源相对较少的问题，既有利于减少污染，保护环境，同时又提高了农民收入水平[6]。

1。2 水稻秸秆厌氧发酵预处理概况

早在20世纪60年代我国就有了以秸秆作为沼气发酵原料的技术。但是到目前为止，利用秸秆发酵制取沼气尚有一些技术难题没有解决，还不能全面推广，故我开展不同预处理方法对水稻秸秆厌氧发酵产沼气的研究具有重要的现实意义。且先前的研究者多注重于研究单一的与处理方法对水稻秸秆厌氧发酵的影响，而缺乏对多种预处理方法对水稻秸秆厌氧发酵预处理效果的对比分析的研究，因此，笔者不仅研究每个单一方法的最优，还对比了各方法的最优。

1。2。1 秸秆的化学组成

秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素等高分子化合物组成，也包含少量树脂、碳水化合物以及单宁等物质[7]。所以，秸秆中主要元素种类包括碳，氢，氧等。然而，秸秆的类别、产地及生长时期的不同可能造成其化学成分的相差较大，例如一般的秸秆的组成为木质素5～24%，半纤维素19～27%，纤维素32～47%[8]。

（1）纤维素

纤维素（cellulose）是由类似于多个葡萄糖分子组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。分子式为(C6H10O5)n，其分子结构一般呈链状，如图1所示：

图1  纤维素分子链结构式[9]

（2）木质素

是由聚合的芳香醇构成的一类物质，广泛存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，可以增强细胞壁强度及黏合纤维。在木本植物中，木质素可高达25%以上。

图2展示了一些典型的木质素的结构式。一般而言，木质素结构包含羟基、羰基、羧基、甲基等多类官能团。羟基主要以醇羟基和酚羟基两种形式广泛存在于木质素中，木质素的缩聚度，水解性等物化性质等主要由酚羟基的含量决定。木质素侧链的α位或γ位可以键合，例如香草酸、对羟基肉桂酸、阿魏酸等酯类官能团，从而影响木质素的化学特性。

图2  木质素结构示意图[10]

（3）半纤维素

半纤维素是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，其主要包含有木聚糖、木葡聚糖等。半纤维素在植物细胞壁中与纤维素共生，可溶于碱溶液，遇酸后远较纤维素易于水解的那部分植物多糖。

同一类植物一般含有多种由两或三种糖基构成的具有不同化学结构的半纤维素，图3是两种典型的糖基分子的结构式：

图3  半纤维素分子结构示意图[11]

半纤维素与纤维素的主要化学区别是：纤维素是由葡萄糖分子通过1, 4贝塔糖苷键链接聚合而成的高分子化合物。半纤维素里面除了葡萄糖分子，还有很多其他糖类，比如核糖，木糖，半乳糖，甘露糖等，从化学结构上理解，是多羟基的醛或者酮。一般而言，半纤维素的分子量低，因而更容易降解产生单糖和寡糖，有利于以较低生产成本实现乙醇的发酵生产。