通過van Krevelen（VK）圖可視化熱水解（THP）過程中溶解有機(jī)物（DOM）的分子組成變化，揭示了不同溫度下化合物的生成、去除與保留規(guī)律。

結(jié)果表明，在預(yù)處理階段：160℃條件下CHON化合物（含氮有機(jī)物）生成量占60%，主要分布于O/C=0.3-0.8、H/C=0.8-2.0區(qū)域（對應(yīng)木質(zhì)素/羧酸脂環(huán)類分子（CRAM）及蛋白質(zhì)/氨基糖類），歸因于蛋白質(zhì)和多糖溶解后，還原糖羧基與氨基酸氨基反應(yīng)生成N-葡萄糖胺或N-果糖胺。CHO化合物（不含氮有機(jī)物）生成量僅24%，集中于脂族化合物和維管植物多酚區(qū)域，表明THP促進(jìn)了含苯環(huán)的富蛋白/多糖類物質(zhì)分解。FT-IR光譜顯示羥基、羧酸基團(tuán)增強(qiáng)，并形成類CRAM物質(zhì)，可能源自不穩(wěn)定的Amadori重排產(chǎn)物。

200℃高溫條件下蛋白質(zhì)/氨基糖和碳水化合物分子顯著減少，約25%的CHON化合物從原區(qū)域消失，同時(shí)40%新生成的CHON化合物富集于木質(zhì)素/CRAM區(qū)域。還原糖羰基與氨基的加成反應(yīng)、氨基酸Strecker降解、活性中間體與氨基酸反應(yīng)生成類黑素（美拉德反應(yīng)產(chǎn)物），可能導(dǎo)致后續(xù)厭氧消化（AD）性能下降。無論是否進(jìn)行THP處理，木質(zhì)素/CRAM（富含羧酸脂環(huán)族分子）區(qū)域始終是DOM的主要分布區(qū)。其中，CRAM由含孤立脂肪酮和羧酸基團(tuán)的羰基化合物構(gòu)成，而木質(zhì)素衍生物則是通過醚鍵連接的含可還原基團(tuán)復(fù)雜生物聚合物。

值得注意的是，盡管DOM主要來源于食物垃圾，THP并未增加液相中木質(zhì)素含量，表明新生成的木質(zhì)素-CRAM區(qū)域物質(zhì)更可能為CRAM類物質(zhì)。通過MySQL數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)，200℃處理后的DOM中檢測到2987種新產(chǎn)物（60.1%為CHON化合物），平均分子量達(dá)510.63 Da，顯著高于其他DOM，證實(shí)高溫促進(jìn)聚合反應(yīng)。這些產(chǎn)物可能主要包括呋喃、吡嗪、吡啶等脂肪族含氮雜環(huán)化合物，可能通過糖焦糖化、氨基酸脫水縮合、胺環(huán)化等多途徑形成。THP溫度通過美拉德反應(yīng)（羰基與氨基縮合）主導(dǎo)DOM轉(zhuǎn)化，促使大分子分解為更小、更具芳香性和極性的含氮化合物。然而，美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的N-雜環(huán)物質(zhì)可能具有生物降解性差、對厭氧微生物存在潛在毒性的問題。因此建議通過溫度優(yōu)化、pH調(diào)控及金屬離子添加等手段控制THP過程中難降解有機(jī)氮（rDON）的生成，以提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖3原始DOMs、160℃及200℃DOMs的CHO分子的van Krevelen（VK）圖（圖中藍(lán)色三角形表示經(jīng)THP和AD后消失的原始峰（被去除），紅色方塊表示THP處理后未改變的原始峰（殘留），綠色圓圈代表THP和AD后新出現(xiàn)的峰（新生成）；柱狀圖展示了被去除、殘留及新生成分子式的百分比貢獻(xiàn)分布）

圖4原始DOMs、160℃及200℃DOMs的CHON分子的van Krevelen（VK）圖

通過Mysql中差、補(bǔ)集代碼，來厘清AD過程中DOM的演化規(guī)律。結(jié)果表明：160℃和200℃預(yù)處理后（I2、I3）的進(jìn)水DOM相對強(qiáng)度增強(qiáng)并出現(xiàn)新峰，而出水（E2）中化合物豐度大幅降低，THP具有雙重效應(yīng)——增強(qiáng)進(jìn)水DOM的化學(xué)多樣性，同時(shí)提升其可生物降解性。值得注意的是，m/z>550的大分子化合物在AD過程中幾乎被完全去除，印證了THP對DOM釋放及后續(xù)降解的關(guān)鍵作用。原料DOM以蛋白質(zhì)和脂質(zhì)為主，而消化后DOM中木質(zhì)素/CRAM結(jié)構(gòu)占比顯著增加（表1）。這一轉(zhuǎn)變源于AD過程中DOM的分解及微生物代謝產(chǎn)物的釋放，同時(shí)保持了DOM的化學(xué)多樣性。高溫預(yù)處理（160℃和200℃）使DOM平均分子量分別從378.60 Da和386.21 Da降至344.90 Da和367.81 Da，而原始DOM的分子量（359.61-362.30 Da）保持穩(wěn)定，表明高溫促進(jìn)了有機(jī)物的裂解與重組。