Page 233 - 循环农业高产高效种养模式与技术研究

第八章 秸秆资源化利用

酵和联合生物法。稀酸法是利用纤维素氧原子与酸溶液 H+ 结合后易与水反应的
特性连续解聚纤维素长链，处理时间短，适合工业化推广。但是稀酸法存在单糖
易分解收率低的问题，实际生产中常采用二级稀酸水解工艺来解决。相反，浓酸

水解法的糖收率较高，但是酸液排放易造成环境破坏，必须进行处理回收，目前
较成熟的酸回收技术有离子排斥法（回收率 97%）和双极膜电渗析法（回收率
96%)。而相较于酸解法，无二次污染的酶解法更受业界欢迎。此法利用外切葡
聚糖酶、内切葡聚糖酶和 β- 葡萄糖苷酶协同降解纤维素，作用条件温和，糖转

化率高，但最大的缺点是酶的成本占比较高。研究表明，酶解法中同步酶解发酵
的效果最优，乙醇产量高于其他工艺。
发酵抑制问题。在前述预处理和水解过程中，常产生糠醛、脂肪酸以及其他

芳香族化合物等多种抑制物，影响发酵菌株的生长和发酵，并且对菌株生长过程
的抑制强于对发酵过程的抑制。以糠醛为例，它能通过诱导细胞内活性氧的积累，
损伤线粒体和液泡膜，进而使酵母细胞受到氧化性破坏。解决发酵抑制的途径通
常有 2 种：一种是提高酵母菌自身对抑制物的耐受性；另一种是从根本上减少抑
制物的生成。林贝等利用紫外诱变手段选育出耐受性高的酵母菌株，Wan 等通过

定向改造酵母基因提升了菌体对抑制物的耐受力，Almomani 等则将臭氧法联合
Fenton 高级氧化预处理，从源头遏制酶解抑制物的产生。但这些方法普遍对技术
的要求较高，不适合规模化应用。总体发酵抑制问题还未找到良好的解决方案，

仍需继续探索。
（二）秸秆沼气技术
秸秆沼气技术是利用混合微生物厌氧发酵手段回收生物质能的技术。在发
酵过程中，微生物通过分解代谢获得自身所需物质和能量，同时将大部分物质
转化成沼气。这种技术的反应条件温和，反应温度一般为 35 ～ 55℃，主产物

沼气是 1 种热值为 20 ～ 25MJ/m3 的生物燃气，主要成分是 CH4（体积分数为
55% ～ 70%)、CO2、O2、N2 和 H2S 等，副产品沼液沼渣可回田利用，是 1 种
成本低、能效高、绿色循环的秸秆处理处置方式。沼气技术的关键在于厌氧消化

过程。随着机理研究的深入，有关厌氧降解的理论也在不断发展，目前认可度较
高的是四阶段论。水解阶段，水解酶将非水溶性大分子有机物水解为可溶性小分
子；发酵阶段，发酵菌对水解产物进行胞内代谢，产生丙酸、丁酸为代表的有机
酸和醇类；乙酸化阶段，产氢产乙酸菌将有机酸进一步转化为乙酸等简单有机酸

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