玉米秸秆碱性预处理技术研究进展

王超，刘金明，王春圻

（黑龙江八一农垦大学，大庆 163319）

中国作为世界农业大国，粮食总产量已连续7年超6 亿t，每年农作物产生的可回收秸秆产量已高达9 亿t[1]，单就秸秆而言，已成为世界上产量最大的国家[2]。玉米秸秆，在秸秆类废弃物中产量最高、分布最广。其 2010 年的产量为 2.16 亿 t。2.16 亿 t 的玉米秸秆，能源量折合成标准煤将超过1 亿t。但由于技术不完善，每年有近三分之一产量的秸秆被直接燃烧或废弃，造成环境污染的同时也是资源的巨大浪费。厌氧发酵产沼气、酶法糖化制乙醇等生物质转化技术是植物秸秆高效利用的途径。然而，由于玉米秸秆本身由紧凑的木质纤维素结构制成，它们对酶水解具有很强的抵抗力，这降低了生物质转化的效率。如何预处理玉米秸秆以提高其生物可利用性已成为国内外研究的热点问题，碱性预处理技术因其具有强大的预处理效果和相对简单的工艺，已成为一种最可行的方案[3]。因此，对提高生物转化利用效率的玉米秸秆碱性预处理技术加以综述。

1 玉米秸秆的物质组成

玉米秸秆是玉米作物的残余物，主要由纤维素、半纤维素、木质素3 种聚合物组成。正常而言，微生物可以对秸秆内部纤维素进行转化利用，但由于三种聚合物的紧密结合，阻碍了这一转化的进行。木质素在玉米秸秆中的含量明显低于纤维素和半纤维素，但木质素却是这三种聚合物中最难被降解的。它是一种由苯丙烷结构单元组成的无定形复合化合物，能与半纤维素紧密结合，保护纤维素，使其不易与微生物接触。 同时，木质素也是维持细胞壁抗氧化能力和抗渗性的主要材料。木聚糖主要位于木质素和纤维素之间，是β-D-吡喃型木糖单元通过1-4糖苷相连的直链高聚物，结构的组成赋予了其具有增强木质纤维素致密性的特性。纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。葡萄糖分子间的羟基与含氧基团结合形成稳定的氢键结构，这些稳定结构形成的聚合物具备高度的耐水溶性和耐酶解性质。表1 是不同报道中得到的玉米秸秆纤维素、半纤维素和木质素含量。

表1 玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素含量Table 1 Cellulose，hemicellulose and lignin contents in corn straw

2 玉米秸秆预处理技术简述

玉米秸秆作为一种典型的木质纤维素材料，因本身具备的组成元素和结构性质使其难以进行酶水解和发酵。任何预处理技术的目标都是改变或消除这些阻碍因素，提高纤维素或半纤维素的酶水解和发酵效率，进而提高收益率。玉米秸秆预处理技术大体可分为三类，分别是：物理预处理、化学预处理和生物预处理。

物理预处理方法主要包括蒸汽爆破预处理、机械粉碎预处理、微波预处理和射线辐照预处理等。其中机械粉碎预处理技术通过对玉米秸秆进行机械切碎和研磨，可有效减小玉米秸秆的粒径，从而加大反应过程中秸秆与微生物反应接触面积，有利于加快纤维素的分解和发酵效率。因此，机械粉碎预处理往往作为其他预处理方法的前处理方法。蒸汽爆破、微波和射线辐照等预处理方法虽然能提高玉米秸秆的生物转化效率和利用率，但其能量消耗较大，且处理设备需要投入大量资金[8-10]。

化学预处理是研究最多、效果相对较好的预处理方法。化学预处理方法主要包括稀酸预处理，碱性预处理和氧化预处理等。其中，碱性处理能够使木质素与碳水化合物间的结构链断裂分离，增大内表面积，提高降解效率，是通过破坏木质素结构做到的，这一方法目前备受关注[11-13]。

生物预处理方法主要是利用特定微生物在温和的反应条件下降解木质素和半纤维素，但这种方法反应时间长，对反应环境要求严格，导致降解效率会较低。生物预处理方法主要包括白腐真菌预处理[14]和复合菌剂预处理[15]等。

玉米秸秆预处理的目的示意图如图1 所示。

图1 玉米秸秆预处理示意图Fig.1 Schematic diagram of pretreatment of corn straw

3 玉米秸秆碱性预处理技术

玉米秸秆碱性处理对于温度和压力的条件控制要求都不高，因此这是一种比较适宜的化学预处理方法。碱性预处理与稀酸预处理相比，在作用于半纤维素的同时，也可降低木质素和纤维素含量，其机理是连接木聚糖半纤维素和其他组分内部分子之间的酯键发生皂化作用，脱除部分连接键，进而增加木质纤维素材料的多孔性，提高酶解和发酵的效率。典型的碱性预处理试剂包括烧碱（NaOH）、纯碱（Na2CO3）、氨（NH3）、熟石灰（Ca（OH）2）等。几种碱性试剂预处理工艺对比如表2 所示。从表中能够看出不同的预处理试剂对玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的影响是不同的。学者们对此进行了许多对比研究，各种方法对玉米秸秆的预处理都达到了不同的效果。

表2 不同碱性试剂预处理工艺对比Table 2 Comparison of different alkaline reagent pretreatment processes

3.1 烧碱预处理

NaOH 溶液有较强的脱除木质素和降低结晶度的作用，使得霉可以更好地接触半纤维素和纤维素，有效提高酶解效率，它是相对较好、使用最多的碱预处理试剂。

罗庆明等[16]通过NaOH 处理玉米秸秆厌氧生物气化试验研究发现，被NaOH 进行化学处理的玉米秸秆的细胞壁结构和化学组成成分发生了明显的变化，分别有53.2%、46.9%和66.6%的木质素、纤维素和半纤维素被分解，其中1/2~2/3 被转化成了可被厌氧菌利用的可溶性物质。

崔风杰等[17]通过研究了NaOH 预处理对玉米秸秆厌氧消化产气效率的影响发现，经质量分数为5%NaOH 浸泡24 h 后的玉米秸秆，其木质素降解率最大，与未经碱处理相比提高了38.5%。

宋籽霖等[18]通过分析研究了NaOH 预处理对玉米秸木质纤维素结构以及厌氧发酵产气效率的影响得出结论，经NaOH 处理后的秸秆纤维素含量降低了24.4%~33.2%，半纤维素含量降低了14.2%~52.4%，木质素含量降低了9.3%~39.3%，经8% NaOH 处理的秸秆在55 ℃下的甲烷产量最高，达到188.7 mL·g-1VS，较未处理秸秆增加了84.2%。

Zhu 等[19]研究了不同质量分数 NaOH（1%，2.5%，5.5%，7.5%）预处理玉米秸秆进行固态厌氧发酵的产气情况，发现NaOH 预处理试剂随着浓度的增加，木质素的降解率提高了37.1%，且5% 浓度NaOH 预处理玉米秸秆时产气量达到最高值372.4 L·kg-1VS。

Li 等[20]研究了固态NaOH 预处理玉米秸秆进行嗜温（37 ℃）和嗜热（50 ℃）两种环境下固态厌氧发酵情况，发现固态NaOH 预处理能够部分降解木质素和半纤维素，并显著增加玉米秸秆内部表面积，进而更有利于生物降解。

Hong 等[21]通过NaOH 预处理玉米秸秆增强了玉米秸秆酶解生产丙二醇和丁二醇的能力，并对预处理的温度、时间和NaOH 浓度等工艺条件进行了优化，得到最佳工艺条件为：NaOH 浓度 0.25 mol·dm-3，60 ℃，预处理1 h。此工艺下的葡聚糖和木聚糖转化率分别为92.55%和78.82%。

3.2 纯碱预处理

Na2CO3作为秸秆碱性预处理试剂主要用于碱性湿氧化预处理。湿式氧化对玉米秸秆的加工有积极作用。当纤维素遇碱时，会溶胀形成碱化纤维素，但原始骨架可以保留。Na2CO3的添加具有松弛作用并且可以阻止纤维素的结构被破坏。秸秆中的木质素和半纤维素会溶解在碱液中，并与纤维素分离，采用此方法获得的纤维素具有高度的纯度和很少的副产物。

张强等[22]在 195 ℃、15 min、Na2CO32 g·L-1、O21 200 kPa 的环境下采用碱性湿氧法与同步糖化发酵对玉米秸秆制备酒精进行了研究，90%纤维素保留在固体中，回收率为95.87%。固体部分利用纤维素酶处理，在50 ℃下24 h 酶解率达到67.6%，

Kim 等[23]采用响应曲面法优化了Na2CO3作为碱性催化剂预处理玉米秸秆制备葡萄糖的工艺条件，得到的最佳工艺参数为：Na2CO3浓度为4.1%，温度为142.6 ℃，反应时间为18.0 min，在此条件下葡萄糖的产量达到267.5 g·kg-1，使用扫描电镜观法后发现，预处理后的玉米秸秆表面被显著破坏，其结构也发生了改变。

3.3 氨预处理

氨预处理就是用氨水、无水氨或尿素处理秸秆。氨预处理具有三种作用：第一种是碱化作用，氨为碱性，可起到与碱化预处理方法同样的作用；第二种是氨化作用，氨与秸秆中有机物发生变化，生成铵盐，成为厌氧微生物的氮素来源，被微生物利用，并同碳、氧、硫等元素一起合成氨基酸，进一步合成菌体蛋白；第三种是中和作用，氨呈碱性，可与秸秆中的有机酸结合，消除秸秆潜在的酸度并提高微生物活性，以提高秸秆的消化率。使用氨水、尿素等氨化玉米秸秆制备反刍动物的饲料是玉米秸秆氨化在实践中的应用最多的一种[24]。

氨水循环渗滤法（ammonia recycle percolation，ARP）是一种使用氨水预处理秸秆，以提高秸秆生物转化利用效率的方法。该方法主要采用浓度在5~15 wt%的氨水，在140~210 ℃的温度下，以一定的流速通过装有生物质的反应器。该方法可以去除大量的半纤维素，其中木质素网络结构被破坏，从而降低纤维素的聚合度，使固体残留物富含纤维素成分，提高水解效率。在整个预处理过程中，没有对后续酶解产生有害副产物，因此固体残留物无需再次用水冲洗。

李静等[25]通过试验研究了氨水浓度、时间、温度、基质浓度和粒径对玉米秸秆糖化预处理的影响。研究发现粒径是影响氨预处理玉米秸秆的还原糖得率的主要因素，而影响木质素去除率的主要因素包括氨水浓度、浸泡时间和浸泡温度，其最优工艺条件为氨水浓度15%，时间39 h，温度40 ℃，基质浓度162.5 g·L-1，粒径0.5 mm。在此条件下的预处理还原糖得率为3.23%，木质素去除率为61.20%。

Qin 等[26]研究了高温氨水预处理玉米秸秆并进行洗涤后进行高固体含量酶水解的效果，发现其最佳条件为 180 ℃、氨水 20%（w·w-1）、时间 30 min、20%固体含量，此条件下绝大多数木质素降解为可溶性碎片，预处理后的秸秆经洗涤后进酶水解所需的纤维素酶和木聚糖酶剂量更小，且糖产量更高。

Yang 等[27]对无水氨预处理玉米秸秆进行生物质乙醇大规模生产的技术和经济条件进行了分析，发现最低生产成本为$3.86·gal-1，但仍高于当前的石油价格。

3.4 石灰预处理

Ca（OH）2虽然是一种弱碱，但是对玉米秸秆等草本原料仍然可以取得良好的预处理效果，再加上Ca（OH）2具有价廉、安全、可回收的优点，是一种有前途的预处理方法。

Kim 等[28]提出采用 Ca（OH）2预处理玉米秸秆进行酶水解，发现在通风条件下温度为55 ℃预处理4周后进行酶水解的效果最好，葡聚糖和木聚糖转化为葡萄糖和木糖的转化率分别为91.3%和51.8%，处理每克玉米秸秆原料仅需要 0.073 g 的 Ca（OH）2，木质素的最大移除率为87.5%，几乎所有的乙酰基都别移除。在55 ℃下经4 周发酵，葡萄糖和木糖的总产出率分别为93.2%和79.5%。

在使用生石灰（主要成分为CaO）对秸秆进行预处理的过程中，先把生石灰浆化，生成 Ca（OH）2，然后把石灰浆喷洒到生物质上，最后将原料放置几小时甚至几星期。使用较高的温度同时可以缩短预处理的时间。

罗娟等[29]通过CaO 预处理对玉米秸秆厌氧消化影响的实验研究表明，5%CaO 预处理3 d 处理效果最好，纤维素分解率为60.67%，与累计产气量相比增加了136.85%，消解时间缩短了5 d。

4 碱性预处理技术的发展方向

碱性预处理条件相对温和，预处理效果优良，但低温碱处理需要时间。几种预处理方法的结合将促进农作物秸秆酶解、糖化等预处理技术的发展。相关学者提出碱性试剂与其他物理、生物和化学方法等相结合进行玉米秸秆预处理，起到加快反应速度，增强预处理效果的作用，从而进一步提高秸秆生物转化和利用效率。

4.1 碱与物理方法综合预处理

4.1.1 汽爆-碱耦合预处理

氨爆预处理（Ammonia Fiber Explosion，AFEX）一种典型的汽爆-碱耦合预处理方法，该方法将木质纤维素原料在高温高压下用液氨处理，然后突然减压，造成纤维素晶体的爆裂，对半纤维素实现去乙酰化，从而打破生物质颗粒的紧密结构。这种方法能在较低的酶用量条件下得到木质纤维素的最大理论产量。氨爆预处理的设备与蒸汽爆破预处理的设备基本相同，但需要氨的压缩回收装置，因此投资成本较高。

杨雪霞等[30]发现氨水喷发能够分解秸秆半纤维素，使玉米秸秆酶解率提高到42.97%，有机氮含量提高1.27 倍。使用氨化汽爆秸秆进行固体发酵，使玉米秸秆蛋白质含量翻倍成为可能。

Sundaram 等[31]研究了氨爆预处理对玉米秸秆、柳枝稷等生物质压缩特性的影响。研究发现，含水量为20%，粒径长度为2 mm 的玉米秸秆经氨爆预处理后进行压缩成型，其压缩密度比未经氨爆预处理的玉米秸秆高21%。说明氨爆预处理能够使生物质更容易成型，能够在较低的压力下生产出质量更好的成型颗粒。

还有一种汽爆-碱耦合预处理方法是将蒸汽爆破与NaOH、KOH 等碱性试剂相结合进行预处理。

孙永刚等[32]采用蒸汽爆破5% NaOH 的耦合方式对玉米秸秆进行解聚处理，发现秸秆中大部分半纤维素被脱除，半纤维素由39.1%最低可降至4.61%，木质素由38.12%最低可降至10.74%，纤维素含量由31.54%提高到80.41%。

Li 等[33]采用KOH 和蒸汽爆破联合预处理玉米秸秆提高厌氧发酵甲烷产量，发现联合预处理的甲烷产量高于KOH 和蒸汽爆破单独预处理的甲烷产量，在1.5% KOH 和1.2 Mpa 下进行10 min 汽爆联合预处理的产气量为258.08 mL·g-1VS，相对于未处理的玉米秸秆提高了80%。

4.1.2 微波/超声波/辐照-碱预处理

微波、超声波和射线辐照等物理方法能够有效提高碱预处理木质纤维素的酶水解效果，同时降低了后续碱浸泡所需的用量和时间。

杨晋晖等[34]将微波环境下的碱处理技术应用在玉米秸秆木质纤维素预处理及糖化过程中，研究发现微波辐射作用能够有效提高纤维素碱水解效果，发现玉米秸秆在使用1% NaOH 溶液，固液比为1∶15、微波辅助条件下粉碎程度为160 目、低火加热6 min 所得的还原糖含量最高。

辛联庆等[35]将超声波萃取工艺结合传统的稀碱法对玉米秸秆进行发酵预处理研究。研究发现2%NaOH 溶液预处理 1 d，在采用双频（28 kHz，60 W；20 kHz，900 W）超声 60 min 预处理的样品，比未做任何处理的样品产气量提高18.13%，比仅用2%NaOH 溶液预处理3 d、但未做超声处理的样品产气量提高8.58%，最佳预处理方案为：固液比1∶12，单频（20 kHz，900 W），超声 30 min。

唐洪涛等[36]研究γ 射线辐照与NaOH 溶液协同预处理对玉米秸秆中酶解还原糖得率的影响。研究发现较低剂量辐射对玉米秸秆酶解还原糖得率作用不明显，但可大幅度降低后续碱浸泡所需的用量和时间。经200 kGy 辐照和2% NaOH 溶液协同预处理的玉米秸秆，表面积增加最多，此时玉米秸秆的酶解还原糖含量达到了48.34%。

4.2 碱与化学方法综合预处理

4.2.1 不同碱混合预处理

不同碱混合预处理技术利用秸秆中不同成分和结构对不同碱性试剂的敏感性不同的特性，达到缩短预处理时间，提高生物转化利用效率的目的。不同碱混合预处理按照碱性试剂加入的顺序不同分为组合碱预处理和两步碱法预处理。

王健等[37]研究了组合碱（质量比为2∶1 的NaOH和Ca（OH）2）对玉米秸秆厌氧消化的产气量及产气效率的影响，发现组合碱预处理能有效缩短消化启动时间，并不同程度提高秸秆的产沼气能力。其中质量分数为3%的组合碱处理产气状况最好，67 g 干物质消化60 d 后的总产气量可达24 035 mL，日均产气率为 400.58 mL·d-1。

姚晓琰等[6]等研究了不同添加剂与NaOH 溶液协同作用下秸秆中木质素的去除效果，发现尿素与NaOH 的混合溶液对木质素去除效果最显著。秸秆在45.6 ℃下经0.77%浓度的NaOH 和0.2%浓度的尿素混合溶液浸泡16 h 后，纤维素回收率为86.33%，半纤维素回收率为69.89%，木质素去除率为64.93%。

朱圆圆等[38]分析并研究了两步碱法预处理对玉米秸秆的组分和结构的影响情况，发现经第1 步NaOH 预处理实现了秸秆中乙酰基的去除，对脱乙酰基后的玉米秸秆进一步采用Ca（OH）2预处理，纤维素酶水解得率被提高了，经两步碱法预处理后的玉米秸秆纤维表面出现大量的裂纹和碎片，纤维素间发生分离，提高了纤维素酶对纤维素的可及度。

4.2.2 酸碱综合预处理

木质纤维素材料中的半纤维素可以被酸被水解成单糖，增加了原料的孔隙率，但无法有效去除纤维素周围的木质素。碱具有很强的去木质素能力，能有效去除木质素，纤维素原料中的木质素能使原料膨胀，增大内部面积，降低聚合度。酸碱结合可以有效地去除了限制纤维素酶水解的木质素和半纤维素屏障，从而提高纤维素产量。同时也可以将两级废水混合，达到中和和减少废水的目的。

武崇辉等[39]采用硝酸和NaOH 对玉米秸秆进行预处理，发现处理后秸秆纤维素含量由原来的39.15%增加到91.34%，半纤维素和木质素大部分被除去，而纤维素质量损失仅为2.01%。酸碱处理后秸秆酶解还原糖产率可达65.17%，对比未处理秸秆酶解还原糖得率（13.66%）提高了377.09%，且酶解的时间缩短到了24 h 左右。

Zu 等[40]提出采用HCL 和石灰两步法酸碱综合预处理玉米秸秆进行产糖试验，发现先经稀HCL 预处理可使木糖产量最大化，再经石灰对剩余物进行处理可改变木质素的结构，并使纤维素表面得到膨胀。最佳的工艺条件为120 ℃稀酸处理40 min，再经每克原料0.1 g 的石灰在60 ℃下处理12 h。此时，葡萄糖和木糖产出率分别为78%和97%。

Lee 等[41]分析了先后经 H2SO4和 NaOH 预处理的玉米秸秆的结构特性和产糖效率。先经H2SO4处理后的玉米秸秆的木聚糖水解率为74.6%~77.3%，再经NaOH 处理后木质素的去除率为85.9%~89.4%，与单独的稀酸预处理相比，酸碱联合预处理的副产品更少，且提高了固体残渣的酶水解能力。最后，葡萄糖的产出率为89.1%~97.9%，木糖的产生率为71.0%~75.9%。葡萄糖和木糖最后的产出率分别为89.1%~97.9%和71.0%~75.9%。

4.2.3 碱与氧化物综合预处理

针对碱性处理在低温下预处理时间较长的不足，可以在碱性预处理过程中加入双氧水（H2O2）、Fenton 液等氧化剂，使木质素被氧化脱除，显著提高木质素的脱除效率，缩短预处理时间。

刘研萍等[42]采用NaOH 和H2O2对玉米秸秆进行预处理，探究不同浓度组合进行预处理对秸秆成分、厌氧消化性能的影响情况，实验结果表明，浓度为2% NaOH 和3% H2O2的组合预处理效果最佳，与未经预处理相比，总产气量提高了9.89%，消化时间缩短了 14 d，总固体（Total Solid，TS）和挥发性固体（Volatile Solid，VS）的降解率分别提高了15.23%和17.83%。

张思文等[43]采用NaOH 和H2O2对玉米秸秆进行改性来制备石油吸附剂，研究发现改性12 h 的吸油量最大，达 14.08 g·g-1，而改性前仅为 4.33 g·g-1，提高了325%，且吸油速率更快。改性后的玉米秸秆表面更加粗糙，出现了大量的吸附孔隙，比表面积为7.14 m2·g-1，表面亲水性官能团减少，纤维素含量增加，木质素含量减少。

李聪等[44]研究了NaOH 和H2O2组成的碱氧化溶剂对玉米秸秆的溶解规律，发现处理后的固体物质为纤维素和不溶物，滤液经酸沉后的固体为木质素，酸沉后的滤液调pH 后醇析所得的固体为半纤维素。试验确定的最佳工艺条件为：H2O2浓度5%，pH 值为12，反应时间 3 h，溶解温度 60 ℃，液固比 30 mL·g-1。此条件下纤维素、木质素和半纤维素的回收率分别为84.2%、66.6%和96.7%。

He 等[45]采用 Fenton 液和 NaOH 溶液先后预处理玉米秸秆加强其酶解糖化作用，先用Fenton 液（0.95 g·L-1FeSO4和 29.8 g·L-1H2O2） 对固液比为1/20（w·w-1）的玉米秸秆原料液在35 ℃下预处理30 min，再用0.75 wt% NaOH 溶液在90 ℃下预处理1 h，能够明显加强其糖化酶解能力，且对乙醇酶没有抑制作用。

4.3 碱与生物方法综合预处理

4.3.1 生物-碱预处理

生物预处理具有环境友好、能耗低的优势，将其与碱性预处理技术结合，可以有效增强预处理效果，缩短预处理时间。

Yang 等[46]分析了NaOH 和复合菌剂联合预处理对玉米秸秆空间结构特性的影响，并通过X 射线衍射对变化的动态过程进行了研究，发现纤维素的结晶区和非结晶区的面积在预处理过程中周期性的改变，结晶区的破坏发生时间为3~5 d 和7~17 d，而非结晶区的破坏主要发生在0~2 d 和5~7 d。

4.3.2 沼液预处理

牛粪[47]、猪粪[48]、鸡粪[49]等动物粪便厌氧发酵后形成的沼液呈弱碱性，同时沼液中富含酶和微生物，对秸秆中的大分子物质具有一定的腐解作用。因此，沼液可以作为玉米秸秆的碱性生物预处理制剂。

白晓凤等[50]研究了加水和加鸡粪沼液两种堆沤预处理对玉米秸秆厌氧发酵产气性能的影响，发现堆沤后产气高峰有所提前，但峰值产气量并未发生明显变化，甚至稍微降低，可能是玉米秸秆中部分有机物质在堆沤时被消耗所致。当累计产气量达到总产量的80%时，为最佳水堆沤时间，为8 d，而最佳沼液堆沤时间为4 d，说明沼液堆沤可有效提高玉米秸秆厌氧发酵产沼气的效率。

楚莉莉等[51]探究了微生物催腐剂、腐秆剂、复合菌剂、糖酵酶和沼液5 种生物菌剂预处理对玉米秸秆厌氧发酵产气特性的影响，发现沼液预处理后，VS产气量最大（227.67 mL·g-1），比其他预处理方法高5.01%~81.2%。

Sun 等[52]提出了以猪粪沼液预处理寒地玉米秸秆制备成型燃料的新方法，该方法是通过沼液喷淋、堆沤预处理玉米秸秆降低玉米秸秆原料中纤维素和半纤维素的含量，使玉米秸秆中坚硬的细胞壁结构得到破坏，进而实现减少成型设备磨损、提高机械耐久性的目的。

4.4 多种方法耦合预处理

随着预处理技术研究的进一步深入，许多学者提出将碱性预处理方法与其他多种物理、生物、化学方法相结合，充分发挥各自方法的优势构建多种方法耦合预处理技术，对玉米秸秆进行预处理，来提高玉米秸秆的生物转化利用效率。

余洪波等[53]提出一种生物-碱氧化预处理技术，该技术将白腐真菌、NaOH、H2O2相结合，在常温常压下对玉米秸秆进行预处理。预处理过程中，首先使用白腐真菌对玉米秸秆预处理15 d，再使用0.001 6%NaOH 和3% H2O2在室温条件下进行预处理24 h，可提高还原糖产量50.7%，初始酶水解速度比使用NaOH 和H2O2碱氧化预处理提高68.5%，木质素降解能力也显著优于碱氧化预处理。并利用影响面分析方法获得了最佳酶解糖化条件，此条件下的还原糖产量达到 0.417 g·g-1。

Yang 等[5]提出一种采用汽爆-碱氧化技术预处理玉米秸秆生产高浓度糖的批量生产工艺，预处理过程中使用汽爆、NaOH、H2O2相结合的方法，去除秸秆中大部分的半纤维素和木质素，纤维素的浓度提高到73.2%，经144 h 酶解后的还原糖、葡萄糖、纤维二糖和木糖的最后浓度分别为 220、175、22、20 g·L-1。

Wang 等[54]提出采用石灰、NaOH、H2O2相结合的热化学碱氧化预处理玉米秸秆，并分析了秸秆木质纤维素的降解和酶解糖化过程。液固比为13∶1（mL·g-1）的秸秆使用 15%（w·w-1）的石灰+2%（w·w-1）NaOH 在83.92 ℃下预处理 6 h，再使用 3%（v/v）H2O2在 50 ℃处理2 h，再经过纤维素酶和木聚糖酶在50 ℃下发酵48 h，最大还原糖产量为348.77 mg·g-1，比未处理时提高了126.42%，纤维素、半纤维素和木质素的降解率都有显著提高，分别提高了40.8%、45.71%和52.01%。

Zhao 等[55]分析了H2O2浸泡后的玉米秸秆经AFEX处理后的理化结构变化情况，发现预处理后的秸秆的葡聚糖和木聚糖酶水解转化率分别为88.9%和86.3%，糖产量为未处理玉米秸秆的3.31 倍，酶水解的结果表明该预处理方法可以有效提高木质素的去除率，破坏了部分纤维管束和细胞壁的结构，增加了秸秆表面积，能够显著提高酶水解的条件。

5 结论

综上所述，各种预处理方法的原理各不相同，各有优缺点。对玉米秸秆进行有效、适当的预处理，可以影响纤维素、半纤维素、木质素的含量或纤维素的结晶带，促进微生物的作用，这有助于改善酶促糖化和生物转化以及在发酵气体生产中的使用效率。在某些情况下，预处理过的玉米秸秆的木质纤维素含量显着降低，但还原糖或沼气的产量并未显著增加。原因可能是预处理过程中纤维素和半纤维素大量流失所导致的。因此，工艺设计应尽量避免可用材料的损失。另外，在寻找最佳预处理条件时，要慎重考虑经济成本，找到最经济高效的预处理方法，对比于乙醇、沼气等化石能源，生物质能源无疑是实现可持续发展重要途径。