摘要
甜高粱是世界公认的最具开发价值的燃料作物之一，但因其具有复杂的纤维结构，致使纤维素酶系不能有效的与纤维素接触，从而使酶解变得困难，进而限制了转化进程。要想满足甜高粱的高效率转化，前提条件是通过有效的预处理方法降解甜高粱秸秆中的高纤维，破坏天然纤维结构，降低结晶度，增大比表面积，从而提高酶解效率。 本文以全株甜高粱为原料，通过研究异常毕赤酵母与纤维素酶协同调控对青贮甜高粱有机组分含量、发酵品质等方面的影响，结合青贮发酵过程中的微生物菌群多样性分析，揭示青贮调控的机理作用，并获得最佳调控方式，进而实现甜高粱有效贮存和生物强化处理的双重目标。在此基础上，通过比表面积、孔径分布和主要组分官能团等角度综合评价青贮+球磨联合预处理对甜高粱酶解后还原糖得率的影响，探索球磨二次处理对青贮甜高粱的酶解糖化性能的影响效果，为甜高粱进行乙醇转化的能源化利用提供理论支撑。 主要结论如下： 1. 有机组分研究表明，全株甜高粱在 21 d 连续青贮发酵过程中，与对照 CK 组相比，添加异常毕赤酵母的 PA组和菌酶协同调控的 PA+CE组（异常毕赤酵母和纤维素酶）的干物质含量（DM）、可溶性碳水化合物（WSC）均显著升高（P＜0.05），而粗蛋白（CP）与淀粉（ST）则有所下降。同时，CE、PA、PA+CE 组的中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、纤维素（CL）以及综纤维（HoC）含量均显著低于CK组（P＜0.05），其中PA+CE组的各个成分含量处于最低水平。此外，PA+CE组显著降低了pH和氨氮（AN）含量，增加了乳酸（LA）和乙酸（AA）含量。隶属函数综合分析发现，菌酶协同调控的 PA+CE 组的发酵效果最优，异常毕赤酵母处理的 PA组次之。 2. 微生物菌群分析表明，在整个青贮发酵期间，4个试验组的微生物群落数和物种多样性均优于原料，且随着发酵时间的延长而有所增加，说明青贮处理可以增加样品的微生物群落的丰富度和多样性。青贮发酵 21 d时，CE、PA和 PA+CE组的厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度显著高于CK组，其中PA+CE组的厚壁菌门的相对丰度高达62.68%。同时，青贮发酵21 d时，PA+CE组的乳杆菌（Lactobacillus）等有益菌的相对丰度明显高于其他试验组，而泛菌属（Pantoea）、肠杆菌属（Enterobacteriaceae）、拉恩氏菌（Rahnella）等有害菌的相对丰度明显低于其他试验组。相关性结果表明，可以分解糖类物质的沙雷氏菌属（Serratia）和片球菌属（Pediococcus）与DM和WSC呈显著负相关，可以产生乳酸的乳酸杆菌（Lactobacillus）和片球菌属（Pediococcus）与pH呈显著负相关，而与LA呈显著正相关。 3. 结构分析表明，未球磨预处理组（CK、CE、PA 和 PA+CE）和球磨预处理组（BMCK、BMCE、BMPA和BMPA+CE）的比表面积均高于原料，且随着青贮时间的延长均呈显著增加趋势。进一步，球磨预处理后的比表面积明显高于未球磨预处理的，而孔径则呈相反变化趋势。球磨预处理试验组在 2920 cm-1附近的峰变得尖锐，峰强于未球磨预处理试验组。PA、PA+CE、BMPA和 BMPA+CE 的甜高粱秸秆在波数 1000-1630 cm-1 范围内的特征峰均低于对照组和原料。同时，球磨预处理试验组的纤维素结晶度指数TCI较未球磨预处理略有下降，低的TCI指数有助于后续的酶解糖化。 4. 酶解糖化分析表明，菌酶协同调控预处理和球磨预处理均能显著提高甜高粱秸秆的酶解糖化得率，且球磨预处理的酶解糖化得率更优。青贮发酵 14 d和 21 d时，球磨预处理的 BMPA+CE组的 RSY达到最大，分别为 711.99 mg/g和 710.28 mg/g，较未球磨预处理PA+CE组的 595.62 mg/g和 607.32 mg/g分别增加了 20.40%和 16.95%。 综上所述，菌酶协同调控有利于甜高粱青贮过程中营养组分的保存和纤维的降解，可以有效抑制不良微生物的生长。球磨预处理能够降低甜高粱的比表面积，提高还原糖得率。在青贮发酵14 d和21 d时，球磨预处理BMPA+CE组的还原糖得率达到最大，分别为711.99 mg/g和 710.28 mg/g。
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