玉米秸秆作为一种典型的木质纤维素原料,具有来源广泛,价格低廉等优点,饲料化是其主要利用途径之一。然而单一的玉米秸秆营养价值低,通过微生物发酵能够提高其蛋白质和脂肪含量,进而提高秸秆饲料的利用率和转化率,具有良好的经济效益和生态效益。但是由于细胞壁结构的高度顽抗性使得秸秆必须通过预处理才能被进一步转化利用。本文以提高玉米秸秆的酶水解效率和生物转化效率为目标,构建了利用甘油有机溶剂强化蒸汽爆破的高效预处理技术体系,打破玉米秸秆细胞壁的抗降解屏障,阐明了玉米秸秆顽抗性解除机制,并对预处理后的物料固态发酵转化为高蛋白、高脂肪和高能量饲料进行了初步研究。玉米秸秆经过甘油协同蒸汽爆破预处理后,其酶解效率显著提高。本文通过对预处理过程的优化,得出最佳工艺参数:玉米秸秆与甘油(100%)的质量比为1:1,蒸汽爆破条件为爆破压力2.0 MPa,保压时间150 s,该处理条件能够提高对半纤维素和木质素的解离作用,其去除率由单独蒸汽爆破的80.06%和14.03%分别提高到87.33%和22.11%,而纤维素的保留率由单独蒸汽爆破的83.35%提高到了95.93%,预处理后物料在酶载量20 FPU/g干物料时酶解48 h酶解率可达90%以上。通过一系列现代分析表征手段(扫描电镜、原子力显微镜、傅里叶红外、X射线衍射以及固体核磁共振)对甘油协同蒸汽爆破预处理前后的玉米秸秆进行了结构表征,结果表明该预处理方法可以从以下三个方面有效地打破玉米秸秆的顽抗性:(1)物料组成上在选择性地脱除半纤维素和乙酰基团的同时保留了大部分的纤维素;(2)物理结构上具有更大的比表面积(尤其是内表面)和粗糙度,有利于纤维素酶的吸附;(3)化学结构上打破了物料分子间及分子内的主要化学键和部分关键的功能性基团,破坏了玉米秸秆中木质素与碳水化合物之间的重要酯键,同时该处理对结晶纤维素也有一定的影响。上述特征充分阐明了预处理后物料酶解效率提高的原因。本研究以甘油协同蒸汽爆破预处理后的玉米秸秆为基质,进行了固态发酵高蛋白、高脂肪、高能量饲料的初步探索。在同步糖化发酵条件下(80%含水率,加酶量20 FPU/g干物料,接种量10%,温度28℃),对菌种、氮源的种类和添加量进行了优化,添加3%的尿素作为氮源发酵72 h,在接种白地霉的基质中真蛋白含量为5.02%,较发酵前(2.16%)提高了1.32倍;接种发酵性丝孢酵母的基质中粗脂肪和真蛋白含量分别为7.21%和5.68%,较发酵前分别提高了146%和19.97%。最后采用麸皮与预处理后的玉米秸秆混合发酵的策略,在麸皮与秸秆的质量比为4:6的条件下,接种发酵性丝孢酵母的基质中粗脂肪和真蛋白含量分别为9.34%和6.75%,比发酵前分别提高了41.30%和74.42%;接种白地霉的基质中真蛋白含量为5.46%,比发酵前提高了53.37%。