1。2。2 水稻秸秆木质纤维素结构组成

水稻秸秆主要以木质纤维素为主，属于粘弹性生物物料，它的自身密度小质地轻[12]。据研究试验测得水稻秸秆各项组成成分含量如下：纤维素39。8%、半纤维素21。6%、木质素17。3%、灰分2。2%、其他19。1%[13]。但不同地区的水稻秸秆其组成成分稍有不同，具体如表1所示。

表1  不同地区的水稻秸秆其组成成分[14]

水稻产地 纤维素（%） 半纤维素（%） 木质素（%）

California，USA 33 28 10

江苏 36。2 18。06 14。05

浙江 36。85 19。55 11。23

安徽 39。12 22。45 11。66

辽宁 36。73 21。08 9。49

上海 35。39 16。51 24。02

木质纤维素的结构与组成较为复杂，其中木质素与半纤维素通过共价键联结在一起，而纤维素则镶嵌在它们之间，在水稻秸秆内部形成紧密的连接，所以木质纤维素一般难以水解。

稻草木质纤维素的组成比较简单，它是由β-1, 4 糖苷键结合形成的高分子多糖，半纤维素和木质素共价结合，而且纤维素和半纤维素被木质素包裹[15]。稻草纤维素微细纤维是由数个纤维素分子通过氢键和范德华力结合在一起，构成纤维素微细纤维，由于其特殊结构又叫结晶性纤维素。与木质相比具有以下特点：

（1）纤维含量低；

（2）纤维形态差；

（3）无机矿物质含量高；

（4）含有较多的乙醚抽提物。在稻草的化学成分组成中有15%为无机成分，其中二氧化硅为主要成分，其结构如图4所示：

图4  水稻秸秆结构示意图[14]

因水稻秸秆木质纤维的固有组成导致直接用秸秆发酵产沼气，会出现发酵启动慢、发酵时间长、产气率低、秸秆利用率低等问题[16]。因此，在厌氧发酵前需对水稻秸秆进行预处理。

1。2。3 木质纤维素原料的预处理

因为纤维素的四周连结着木质素和半纤维素，所以在厌氧发酵过程中，木质素与半纤维素会阻挡纤维素酶同纤维素分子的直接接触，同时纤维素的结晶性也会很大地影响到微生物的活动，所以在对木质纤维素进行水解前，必须进行一定的预处理以破坏木质素的网状结构，降低纤维素的结晶度，来提高纤维素的水解率。

一般来讲，预处理必须达到以下几个要求：

（1）能够在一定范围内提高原料在后期发酵过程中的水解率；

（2）不能产生对发酵过程起副作用的产物及其他难以除去的杂质；

（3）不能造成纤维素的大量损失；

（4）预处理成本不能太高[14]。

秸秆预处理目前常用的方法主要有物理法[17]、化学法[18-20]、生物法[21-23]。

（1）秸秆资源的物理处理法

物理方法指通过机械加工、高压和/或高温蒸煮或辐射处理等改变农作物秸秆的外形或结构。常用的机械方法有切碎、粉碎、磨碎、高温球磨等[24]。其目的不仅可以破坏秸秆表面的蜡质层，而且可以增加厌氧微生物与基质的接触面积，或通过破坏细胞壁结构使之易于消化[25]。