哈茨木霉和黑曲霉粗酶液預處理改善秸稈產甲烷性能

趙肖玲，鄭澤慧，蔡亞凡，趙宇賓，羅 凱，崔宗均，王小芬

0 引 言

近年來，全球天然氣的使用量持續增長，中國作為推動全球天然氣需求增長的主要國家，到2030年左右將比歐盟和中東地區消耗更多的天然氣[1]。沼氣發酵工藝已在世界范圍內被廣泛應用于解決環境、農業和能源問題，產生了巨大的生態、社會和經濟效益。農林廢棄物等生物質通過厭氧消化生產沼氣，作為一種可再生能源經過凈化提純，將CH4濃度提升至96%以上，可升級為生物甲烷，注入天然氣管網或用作車輛燃料，擴大其利用范圍，從而減少與化石燃料相關的溫室氣體的凈排放量[2-3]。據資源統計，中國每年至少應有（3 000～4 000）×108m3的有機廢棄物可供用于生產生物天然氣，其中，可用于生產沼氣的農業廢棄物約1×108t[4]。

玉米秸稈是中國主要的木質纖維素廢棄物，每年產生約2.5億t，是厭氧發酵生產沼氣的潛在原料[5-6]。在玉米秸稈發酵過程中，木質纖維素生物質的預處理和隨后的水解是關鍵過程，水解被認為是有效厭氧發酵的速率限制步驟[7-9]。秸稈富含纖維素、半纖維素和木質素，三者在秸稈中相互纏繞，構成致密的空間結構，不易被微生物及酶直接利用，因此，在厭氧發酵之前需要進行預處理。

應用最廣泛的預處理方法有物理預處理、化學預處理和生物預處理以及這些方法的組合[10-12]。物理方法如研磨、球磨、蒸汽爆破和超聲已經在研究中得到了廣泛的關注[13]。化學方法包括強堿如氫氧化鈉、氧化鈣和過氧化物的堿性預處理，以及酸性（如硫酸、乙酸和硝酸）預處理[14-15]。但由于物理預處理和化學預處理存在能耗高、設備要求嚴格、污染環境等問題，在實際應用中受到限制。生物預處理以其能源需求低、反應條件溫和、不污染環境等優勢，備受研究者青睞，因此，微生物和酶已經成為許多學者研究的課題[16,7]。

分解纖維素的微生物如哈茨木霉（Trichoderma harzianum）、球孢白僵菌（Colletotrichum gloeosporioides）和木霉屬（Trichoderma sp.）等[17]可以通過分泌纖維素酶和半纖維素酶來水解木質纖維素材料。目前研究集中在纖維素酶或半纖維素酶對具有高纖維含量的底物厭氧發酵的影響，得到了有利的結果。Qui?ones等[18]研究了酶在不同原料連續生物甲烷化過程中的應用，水解酶能夠將沼氣產量和甲烷體積分數分別提高10%～15%和5%～10%。同樣，Karray等[19]采用酶法（黑曲霉）預處理枸杞，還原糖質量濃度達到 7.3 g/L，沼氣產量比未經處理的高出33.01%。因此，酶預處理在厭氧發酵中是有利的。然而，酶的高成本限制了現有商業酶在沼氣發酵中的應用，故而低成本酶在廢棄物的厭氧發酵中的應用將是十分重要的。農業廢棄物可以作為產酶培養基通過固態發酵產酶以降低酶的生產成本，這一路徑為酶的低成本生產提供了技術保障。可供利用的底物包括小麥秸稈、玉米秸稈、甘蔗渣等木質纖維素材料[20-21]。

因此，低成本酶在玉米秸稈厭氧發酵中的預處理效果為本研究的重點，對發酵過程中堿度、VFA、sCOD的相互關系進行了研究，以及對酶作為外源添加劑對發酵系統中微生物的菌群結構變化進行了探討，以期為提高木質纖維素原料沼氣轉化效率提供理論和技術支持。

1 材料與方法

1.1 哈茨木霉和黑曲霉的培養

試驗所用的哈茨木霉(Trichoderma harzianum)（KY644130）和黑曲霉(Aspergillus sp.)（KY644131）為中國農業大學生物質工程研究中心篩選所得。擴大培養的培養基為玉米秸稈粉培養基（玉米秸稈粉 10 g，(NH4)4SO44 g，KH2PO42 g，MgSO4·7H2O 0.5 g，蛋白胨1 g，瓊脂 20 g，去離子水 1 000 mL，pH 值 6.5），在 30 ℃培養3 d后制備孢子懸浮液，用于制備粗酶液的接種物。通過 CFU計數評估，菌懸液中活的孢子濃度為 2×109CFU/mL。

1.2 粗酶液的制備

產酶培養基為玉米秸稈粉-麥麩培養基（玉米秸稈粉：麥麩：營養液=2∶1∶6；其中營養液為(NH4)2SO42 g/L，MgSO45 g/L；KH2PO48 g/L；pH值自然），該培養基選用玉米秸稈和麥麩等農業廢棄物作為產酶培養基的主要組成成分，在 25 ℃恒溫培養 3 d，之后以固液比 1∶12的比例添加滅菌去離子水，在180 r/min搖床上浸提1 h，過濾離心后得到粗酶液。粗酶液具有水解纖維素和半纖維素的能力，其中哈茨木霉提取的酶T中CMCase酶活和木聚糖酶活分別為（12.38±0.69）和（230.53±23.03）U/mL，黑曲霉提取的酶A中CMCase酶活和木聚糖酶活分別為（3.32±0.68）和（891.77±27.36）U/mL，其中 1個酶活單位定義為1 h內形成1 mg還原糖所需要的酶量。

1.3 原料和接種物

產酶培養基所用的青綠玉米秸稈及厭氧發酵所用的干黃玉米秸稈均取自中國農業大學上莊實驗站（北京市海淀區），用切碎機切碎至5～8 cm的小段，于105 ℃烘箱中干燥20 min，之后在80 ℃下干燥至含水率低于10%。最后，用研磨機研磨，得到玉米秸稈粉。

接種污泥取自中國農業大學涿州試驗站連續運行的以玉米秸稈和豬糞為原料的沼氣發酵罐。原料的基本性質如表1。

1.4 試驗設計

1.4.1 預處理

試驗設置3個處理組，處理1為添加酶T的預處理組，用酶T（Enzyme T）表示；處理2為添加酶A的預處理組，用酶A (Enzyme A)表示；以未加酶的預處理作為對照組，用CK表示。將50 mL粗酶液（酶T和酶A）分別加入裝有 9 g干黃玉米秸稈粉的1 L藍蓋瓶中，在50 ℃恒溫培養箱中預處理 6 d，對照組將粗酶液換為50 mL去離子水。

表1 原料與接種污泥的基本性質Table 1 Characteristics of raw materials and inoculum

1.4.2 厭氧消化

玉米秸稈經6 d的預處理，從恒溫培養箱中取出，加入 300 mL接種污泥，添加去離子水補至發酵體積400 mL。發酵裝置填充氮氣，制造厭氧環境。發酵溫度為（35±2）℃，每個處理 3個重復，空白組為只添加接種污泥的反應器。每天攪拌一次，發酵周期為20 d。

每天測量沼氣產量和沼氣中甲烷含量，定期取樣測定反應體系的pH值、揮發性脂肪酸（volatile fatty acids，VFA）、可溶性化學需氧量（soluble chemical oxygen demand，sCOD）和堿度等指標，取厭氧發酵24 h的樣品測定微生物群落結構，以檢測酶作為外源添加劑對厭氧發酵系統中微生物群落的影響。

1.4.3 指標測定

使用美國公共衛生協會的標準方法[22]測量玉米秸稈及接種污泥的總固體（total solid，TS）、揮發性固體（volatile solid，VS）、干物質（dry matter，DM）、總碳（total carbon，TC）和總氮（total nitrogen，TN）。纖維素、半纖維素和木質素使用 Ankom 2000纖維分析儀（Ankom Technology Corp.，Fairport，NY，USA）測定[23]。

將樣品在12000 r/min離心，樣品pH值的測定使用日本 Horiba公司的 B-212型微量 pH計。粗酶液中的CMCase、木聚糖酶活（xylanase）使用DNS法測定[24]。VFA使用日本島津LC-20A高效液相色譜儀測定[12]。sCOD使用COD快速檢測儀（Lovibond E799718，德國）[16]測定。堿度的測定使用滴定法[25]。

Illumina Miseq測序和數據分析：

為了檢測酶預處理對厭氧發酵系統中微生物的沖擊，選用厭氧發酵24 h的樣品測定細菌和古菌群落結構。高通量（Illumina Miseq）測序由Majorbio有限公司（中國上海）進行。使用細菌通用引物 338F和 806R（ACTCCTACGGGAGGCAGCAG和GGACTACHVGGGTWTCTAAT）和古菌通用引物524F和958R（TGYCAGCCGCCGCGGTAA和YCCGGCGTTGAVTCCAATT）擴增V3-V4區，使用Illumina Miseq對擴增子文庫進行測序。由 Majorbio有限公司（中國上海）提供的 www.isanger.com對微生物門和屬級進行菌群結構分析。

使用BMP-Test系統（WAL-BMP-Testsystem 3150，WAL，德國）測定每日產沼氣量，精度為0.1%。用該儀器測定反應器中頂部空間的壓力 ΔP，使用公式（1）計算日產沼氣量[26]：

其中Vbiogas為日產沼氣體積，mL；ΔP為反應器中壓力與大氣壓的絕對壓力差，kPa；Vheadspace為反應器頂部空間的體積，mL；C為摩爾體積，273.15 K時為22.41 L/mol，101.325 kPa；R為通用氣體常數，8.314 L kPa/(K?mol)；T為絕對溫度，K。

使用配備有導熱性檢測器的氣相色譜儀（GC-2014，Shimadzu，Japan）測定沼氣中甲烷含量[12]。

日產甲烷量使用公式（2）計算：

式中Vmethane為日產甲烷體積，mL/g；Vbiogas為日產沼氣體積，mL；4CHφ為日產沼氣中甲烷含量，%；TSsubstratesadded為添加原料的總干物質質量，g。

1.5 數據分析

數據處理和統計分析使用 Microsoft Excel 2010（Microsoft Co.，Redmond，WA，USA），SPSS 20（IBM Co.，Armonk，NY，USA），Canoco for Windows 4.5（Biometris Plant Research International，Wageningen，The Netherlands）和 Origin 9.1（OriginLab Corporation，Northampton，MA 01060，USA）。方差分析使用Duncan的多范圍檢驗，其顯著性P<0.05。

2 結果與討論

2.1 發酵過程中的VFA、pH值、堿度/VFA、sCOD/VFA的變化

厭氧發酵系統中各指標的變化可以檢測發酵過程的好壞。甲烷發酵過程是微生物物質轉化的過程，細菌將大分子有機物轉化為乙酸、乙醇、H2等小分子物質，之后經過產甲烷古菌的代謝，最終轉化為甲烷。因此，發酵環境的穩定對于產甲烷量的多少有直接的關系，pH值、VFA[27]、sCOD/VFA[28]、堿度/VFA[28]是體現厭氧發酵環境穩定性的指標。厭氧發酵過程中VFA、sCOD/VFA、堿度/VFA及pH值的變化如圖1所示。在第0天，經酶T、酶A預處理后，原始發酵液中總VFA分別比CK組高272.42%和203.03%，酶T預處理后，乙酸和丙酸大量增加，兩者占總VFA的92.68%，且乙酸占總VFA的72.25%。酶A預處理后丁酸大量增加，丁酸可以通過微生物代謝轉化為甲酸和乙酸，被產甲烷菌直接利用[27]。發酵 1 d后，VFA含量發生較大變化，主要體現在酶T、酶A預處理組中VFA濃度的急劇下降，酶T處理組減少的揮發性脂肪酸主要為乙酸和丙酸，分別減少了 93.31%和96.81%，減少后體系中幾乎不含乙酸和丙酸；酶A處理組減少的揮發性脂肪酸主要為乙酸和丁酸，減少量分別為89.49%和100%。而CK組VFA總量升高，主要體現在丙酸含量的增加。隨著發酵的進行，丙酸為VFA的主要組成酸。

圖1 厭氧發酵過程中VFA、sCOD/VFA、堿度/VFA及pH值的變化Fig.1 VFA, sCOD/VFA, alkalinity/VFA and pH value during anaerobic fermentation

在沼氣發酵中，sCOD是了解發酵液中可被氧化的有機物數量及掌握發酵進程的極為重要的指標。sCOD/VFA比值的變化規律和堿度/VFA的變化趨勢相同。發酵前2d波動較大，發酵1d升到8.69和7.18；后期維持穩定，保持在0.89～5.73之間。

2.2 酶預處理對玉米秸稈產甲烷的影響

圖 2所示為厭氧發酵過程中日產甲烷量和累積產甲烷量變化情況。經過1 d的厭氧發酵，酶T處理組、酶A處理組產甲烷量分別為 59.34和 27.69 mL/g，顯著高于CK組（P<0.05），比 CK組分別提高了 403.67%和134.99%。可見產甲烷量的增加來源于酶對玉米秸稈的預處理。預處理使VFA大量增加，乙酸、丙酸、丁酸含量的增加都為甲烷的生成提供了前體物質。隨著有機酸的消耗，日產甲烷量逐漸下降。酶 T處理組的產氣高峰出現在第1天（59.34 mL/g），顯著高于CK組（P<0.05），之后出現3次產氣高峰，但在發酵第8～14天日產甲烷量低于酶A處理組和CK組。酶A處理組在第5天產氣達到最高（41.05 mL/g），與CK組差異不顯著（P >0.05），且在整個發酵周期內出現6次產氣高峰。CK組初始日產甲烷量低，第3天達到日產甲烷最大值39.56 mL/g。可見酶預處理提高了玉米秸稈的最大日產甲烷量。酶T、酶A預處理組的累積產甲烷量始終高于CK組，發酵20 d累積產甲烷量顯著高于CK組（P<0.05），比CK組分別提高了7.79%和10.06%。酶T處理組在發酵前11天累積產甲烷量高于酶A處理組，之后降低，20天時累積產甲烷量與酶A處理組無顯著性差異（P >0.05）。

圖2 日產甲烷量及累積產甲烷Fig.2 Daily methane yield and cumulative methane yield

2.3 酶預處理對厭氧發酵系統中微生物的影響

沼氣發酵過程需要經歷水解、酸化、產氫產乙酸和產甲烷 4個生化過程，其中發揮關鍵作用的是一系列原核生物，包括水解酸化細菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷古菌[13]。試驗用哈茨木霉和黑曲霉利用農業廢棄物經固態發酵所制得的粗酶液作預處理劑。作為一種外源添加劑，粗酶液中的物質是否會對厭氧發酵系統中的微生物產生不利的影響，一直是本研究關注的重點，故而使用高通量測序測定發酵24 h樣品中的微生物來監測發酵液中細菌和古菌的動態變化。

2.3.1 酶預處理對厭氧發酵系統中細菌多樣性的沖擊

在門水平（圖3a），與接種污泥中細菌相比，酶T處理組、酶A處理組和CK組中菌群多樣性增加，體現在細菌所屬門種類的增多。多樣性增加，系統會越趨穩定。酶T、酶A處理組中擬桿菌門（Bacteroidetes）占比增加，分別比接種污泥增加了21.09%和15.27%，而CK組中擬桿菌門占比與接種污泥之間無顯著性差異。擬桿菌門在厭氧發酵過程中起著非常重要的作用，是厭氧發酵的主要發酵細菌，主要參與大分子復雜有機物的水解，可將碳水化合物降解為單糖，最終水解酸化為小分子的乙酸、乳酸、琥珀酸等；將脂類水解為低級的脂肪酸和醇；也可以利用蛋白質，將其降解為氨基酸和部分有機酸[29]。厚壁菌門（Firmicutes）在接種污泥中占47.02%，在酶T處理組、酶A處理組和CK組中分別有不同程度的下降。厚壁菌門在厭氧環境中大量存在，如厭氧反應器及瘤胃中，是厭氧發酵過程中重要的酸化水解微生物，其通過分泌多種纖維素酶、脂肪酶、蛋白酶及其他的胞外酶，將復雜的大分子物質如蛋白質、脂肪、纖維素、半纖維素、糖類和氨基酸等有機物水解酸化。擬桿菌門和厚壁菌門是厭氧體系中主要存在的兩大門類，其總和在酶T處理組、酶A處理組、CK組和接種污泥中分別占75.68%，68.18%，60.91%，80.76%。CK組中螺旋體門（Spirochaetae）和互養菌門（Synergistetes）占比增加，分別比接種污泥增加135.90%和168.78%，而酶T處理組中螺旋體門和互養菌門占比與接種污泥無顯著性差異。其中螺旋體門曾在白蟻的瘤胃中發現，大部分屬于密螺旋體屬（Treponema），能夠利用H2和CO2產生乙酸，為產甲烷階段的嗜乙酸產甲烷菌提供原料[30]。Dubinina 等[31]研究發現，螺旋體科（Spirochaetaceae）可以利用多種碳水化合物包括纖維素和半纖維素。互養菌門是一類革蘭氏陰性細菌，具有棒狀或弧狀的細胞形態，存在于很多厭氧環境中，如動物的腸胃、土壤、油井或廢水處理廠中。目前已知的互養菌門的微生物均屬于Synergistia綱，Synergisiales科[32]。

在屬水平，Clostridium，VadinHA17，vadinBC27，Draconibacteriaceae及Ruminofilibacter為厭氧發酵系統中的主要細菌屬。Clostridium在接種污泥中占20.35%，加入玉米秸稈后，該菌屬占比下降，酶A處理組和CK組中該屬分別占6.78%和7.21%。vadinBC27在CK組中有明顯的減少，Terrisporobacter在CK組、酶T處理組和酶A處理組中明顯減少。由圖3b可見，在屬水平，酶T處理組、酶A處理組和CK組中占比大于1%的細菌低于接種污泥，主要體現在 Clostridium屬占比的顯著降低（P<0.05）。從細菌菌群多樣性熱圖（圖3c）中可以看出，Fibrobacter和Treponema占比低于其他組。酶A處理組和CK組中菌群組成親緣關系較近，其次是酶T處理組與酶A處理組和CK組菌群組成的親緣關系較近。由日產甲烷量變化規律也可以看出，酶A處理組和CK組有相同的變化規律，整體呈現同時升高同時降低的趨勢，而由于微生物菌群結構的不同，酶T處理組與酶A處理組和CK組的日產甲烷變化規律不同。在第3～5天，酶T處理組日產甲烷較高，在第4天出現明顯的下降，但在第6天后，酶T處理組的日產甲烷下降，且低于酶A處理組和CK組，這也是在第12天，酶T處理組的累積產甲烷量開始低于酶A處理組的原因。由此，盡管酶T處理組在厭氧發酵前期（0～12 d）占有優勢，但在發酵后期產氣不及酶A預處理組。

圖3 細菌菌群多樣性Fig.3 Bacterial diversity

酶T處理組中有9個屬的微生物豐度極顯著高于CK組，其中Clostridium，vadinBC27，Ruminofilibacter都與纖維素的降解有關，可見酶 T處理組增加了促進纖維素降解微生物的菌群豐度，這在反應體系物質轉化中具有重要的促進作用，可為產甲烷菌提供更多的前體物質。

酶A處理組中僅有5個屬的微生物豐度極顯著高于CK 組，分別為 vadinBC27，Ruminofilibacter和Christensenellaceae，以及未知細菌屬；而 Treponema，Terrisporobacter，Turicibacter等5個屬與CK組無顯著性差異，說明酶A處理組與CK組中微生物菌群結構相近，且從日產甲烷量變化可以看出，酶A處理組和CK組的日產甲烷具有相同的變化規律。可見，酶預處理增強了與纖維素分解相關的細菌的豐度，對厭氧發酵是有利的。

2.3.2 酶預處理對厭氧發酵系統中古菌多樣性的沖擊

從古菌菌群結構中可以看出，厭氧發酵系統中的古菌在屬水平上（圖4a）主要為甲烷絲菌屬（Methanosaeta）、深古菌門（Bathyarchaeota）、Methanosarcina、Deep sea Euryarchaeotic Group-DSEG以及Methanobacterium。

圖4 古菌菌群多樣性和熱圖分析Fig.4 Archaea diversity on genus level and heat map in archaea community

酶 T處理組的 Methanosaeta下降，Bathyarchaeota增加，其中甲烷絲菌屬（Methanosaeta）為乙酸營養型古菌，專營性嗜乙酸，一般在中溫環境中存在。深古菌（Bathyarchaeota）的一些類群具有豐富多樣的代謝方式，既可以降解環境中的難降解大分子如芳香化合物、幾丁質、纖維素和蛋白質等，通過發酵產生乙酸等小分子化合物，也可以利用CO2和H2通過自養產乙酸途徑獲取能量。深古菌產生的乙酸是重要的電子載體，可以被產甲烷菌和異養細菌所利用，是深部碳循環和生態系統的核心驅動者[33]。Deep sea Euryarchaeotic Group-DSEG在酶T處理組、酶A處理組和CK組中大量增加，推測該菌在纖維素分解中具有積極作用。接種污泥中甲烷桿菌屬（Methanobacterium）和第七產甲烷古菌目馬氏甲烷球菌科（Methanomassiliicoccus）在酶T處理組、酶A處理組和CK組中均有所降低。馬氏甲烷球菌科為甲基型產甲烷古菌，擁有較為獨特的代謝特性，與傳統的專性甲基型產甲烷古菌不同，其缺少將CO2還原為甲基輔酶M 的完整途徑[34]，因此這類菌需要額外添加H2才能生長。基因組分析表明，它們含有一些基因，可利用H2還原甲醇、甲胺、二甲胺等底物，因此，Methanomassiliicoccus即非典型的甲基營養型產甲烷菌，又非典型的氫營養型產甲烷菌，屬于兩者的混合型[35]。

從古菌熱圖4b上看，接種污泥中Methanoregula（屬于甲烷微菌目 Methanomicrobiales：氫營養型）和Methanolacinia 2種產甲烷古菌豐度低于其他組，但Methanobacterium高于其他組。菌群組成親緣關系酶 A處理組與CK組最近，其次是酶T處理組與酶A處理組和酶T處理組與CK組。

在豐度前15的屬中，酶T處理組中有8個屬的微生物豐度極顯著高于 CK組，2個屬顯著高于 CK組（P<0.05），1個屬與CK組無顯著性差異（P >0.05）。說明酶 T處理組的處理效果顯著影響了厭氧發酵系統中產甲烷古菌的分布。酶A處理組中有4個屬的微生物豐度極顯著高于CK組，2個屬顯著高于CK組，6個屬與CK組無顯著性差異。說明酶A處理組中產甲烷古菌的分布與CK組中的產甲烷古菌差異不大，具有近的親緣關系。

2.4 微生物與環境因子之間的關系及對產甲烷的影響

圖5為微生物與環境因子之間的冗余分析。圖5a為細菌在門水平與發酵初始指標及發酵結束后累積產甲烷量的相關關系。可以看出，酶T處理組、酶A處理組和CK組3組分別處于不同象限，說明三者的物種組成不相似。甲烷產量與VFA、乙酸、sCOD、丙酸、乳酸和甲酸均呈正相關，說明這些條件共同決定了甲烷的生成。pH值分別與VFA和堿度具有大小一致的夾角且在pH值兩側均呈正相關，說明VFA和堿度的動態平衡共同決定了發酵系統中pH值的穩定。厚壁菌門、WS6、變形菌門和擬桿菌門在酶T處理組中豐度高于酶A處理組和CK組，且與VFA和sCOD呈正相關，說明這些細菌對于VFA的利用和 sCOD的轉化起到重要的作用。在屬水平上（圖5b），嗜乙酸的菌屬Ruminofilibacter，Ruminococcaceae，vadinHA17和Draconibacteriaceae與乙酸呈正相關，體現了細菌的代謝特性與環境之間的相關關系。

古菌屬水平上的相關關系如圖 5c所示，除 ARC26和Methanosaeta外，其他古菌屬均處在VFA，sCOD的正相關位置，在復雜的厭氧環境中，這些微生物能夠利用VFA中的乙酸、丙酸等及sCOD直接或間接地產生甲烷，從而合力完成玉米秸稈的甲烷發酵。酶 T處理組與酶A處理組和CK組相比，產甲烷古菌的豐度更高，這也解釋了發酵前12 d酶T處理組的累積產甲烷量高于酶A處理組和CK組。可見，發酵過程中微生物的菌群結構對于發酵效果及產甲烷量起著重要的作用。初始發酵條件能夠影響發酵系統中的菌群結構，有效的預處理對于改善發酵起始條件具有重要的調節作用。

圖5 微生物與環境間的RDA分析Fig.5 RDA analysis between microorganism and environment

3 結 論

本研究利用哈茨木霉和黑曲霉通過固態發酵從農業廢棄物中生產木質纖維素分解酶，用于玉米秸稈厭氧發酵的前處理。研究發現：

1）在玉米秸稈的厭氧發酵過程中，酶T處理組、酶A處理組發酵起始VFA濃度增加，主要體現為乙酸的增加；后期丙酸為VFA的重要組成酸；sCOD/VFA具有和堿度/VFA相同的變化趨勢。

2）經過6 d的預處理，酶T處理組和酶A處理組玉米秸稈厭氧發酵20 d的累積產甲烷量較對照組分別提高了7.79%和10.06%。纖維素酶的預處理在秸稈的甲烷轉化中起到了積極的促進作用。

3）厭氧發酵24 h，酶T處理組中9個屬的細菌豐度顯著高于 CK組，其中 Clostridium，vadinBC27，Ruminofilibacter與纖維素的降解有關。酶預處理增強了厭氧發酵體系中分解纖維素細菌的豐度，從而促進纖維素分解，使之分解成產甲烷菌易于利用的營養物質。發酵系統中古菌主要為 Methanosaeta，Bathyarchaeota，Methanosarcina及Methanobacterium等。預處理影響了發酵系統中微生物的菌群結構，對改善發酵條件具有重要的調節作用。

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