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秸秆作为厌氧发酵的重要原料之一,由于结构组成复杂,主要组分纤维素、半纤维素和木质素相互交联不易被降解,成为厌氧发酵的限速因素。针对这一问题,本研究开展了采用复合粗纤维素降解菌对秸秆进行生物预处理研究,并对预处理工艺进行优化:为进一步了解预处理过程中秸秆主要组分的变化规律,分析了预处理样品在各个阶段的红外光谱特性和X衍射特性,并结合PCR-DGGE技术对预处理过程中的微生物动态变化的分析,进一步阐述木质纤维素的变化规律。主要内容和结果如下:(1)以玉米秸秆为原料,选取预处理时间、纤维素降解菌浓度、沼渣与秸秆TS 比三个因素,进行三因素五水平生物预处理正交试验,预处理结束后进行干式厌氧发酵,根据累积产气量分析三种因素的影响大小,优化预处理参数。结果表明:影响累积产气量的因素作用大小为:预处理时间>纤维素降解菌浓度>TS 比。预处理时间为7d,降解菌浓度为10%,沼渣与秸秆TS 比为6:8时产气效果最好。(2)测定了 0%、2.5%、5%、7.5%和10%的复合粗纤维降解菌预处理过程中纤维素、半纤维素和木质素含量的变化。结果表明:纤维素、半纤维素与木质素在预处理过程中均不断被降解。半纤维素和纤维素的降解率可分别高达33.09%和32.3%。(3)研究了 0%、2.5%、5%、7.5%和10%的复合粗纤维降解菌预处理秸秆过程中秸秆红外光谱特性。结果表明:在预处理过程中红外光谱吸收峰形状变化不大,但吸收峰强度发生较大变化。纤维素中3351 cm-1处分子内-OH的降解在预处理0～3 d与898 cm-1β-D-葡萄糖苷、873 cm-1 C-H键和1164cm-1 C-O键有较显著差异,总体各官能团呈周期性变化规律;半纤维素中1048 cm-1处糖单元中的-OH在预处理0～7 d显著降解;木质素中1512 cm-1处苯环骨架相对于其它官能团较难降解。(4)研究了 0%、2.5%、5%、7.5%和10%的复合粗纤维降解菌预处理过程中秸秆X射线衍射特性。结果表明:秸秆结晶区、无定形区及维持细胞壁结构的钙盐物质与硅酸盐物质均遭到破坏,菌浓度越高,结晶区的降解效果越显著。10%处理组在预处理的3～15 d相对结晶度持续下降,且第15 d无定形区的波谷几乎消失。(5)对上述五组不同菌浓度处理组的第0、3、7和15d样品进行PCR-DGGE分析。结果表明:预处理过程中降解木质纤维素的微生物主要是芽孢杆菌属、黄杆菌属、黄单胞菌属、假单胞菌属和梭菌属细菌及链霉菌属放线菌等。在预处理过程中各处理组的优势菌群表现出时间差异性,各优势菌群的演替规律与纤维素、半纤维素和木质素的变化规律相符。