燃料乙醇是化石燃料的重要替代品之一,是可再生能源开发利用的重要方向。糠醛渣作为资源丰富的工业纤维废渣,是转化纤维乙醇的理想原料。目前已有研究关注于开发新工艺提高糠醛渣等工业纤维渣的乙醇转化效率,但是仍需较大幅度降低过程成本以实现纤维乙醇的商业化生产:如采用有效的预处理方法来改变纤维原料高度复杂的内部结构;降低生物转化过程中所需化学品的用量和能耗;实现低酶用量下纤维原料向目标产物的高效转化等。本文采用酸性亚硫酸盐预处理提高糠醛渣的酶解效率,结合脱木素程度、底物特性和酶解体系特性分析了预处理促进酶解的机理;研究了不同类型表面活性剂辅助酸性亚硫酸盐预处理与酶解效率的关联规律;研究了油茶皂素和鼠李糖脂对糠醛渣高底物浓度同步糖化发酵过程的影响,并深入探讨了鼠李糖脂在促进乙醇转化过程中的作用机制。主要结论如下:在糠醛渣酸性亚硫酸盐预处理的研究中,考察了不同预处理温度对酶解效率的影响。酸性亚硫酸盐预处理可以显著提高糠醛渣的酶解效率。糠醛渣经100℃预处理3 h,酶解时底物浓度5%(w/v)、用酶量10 FPU/g-纤维素,其纤维素转化率从71.02%提高至93.82%。扫描电镜分析表明,酸性亚硫酸盐预处理后的糠醛渣表面变得疏松、光滑度下降,糠醛渣整体结构被破坏,预处理物料表面孔洞的出现增加了糠醛渣表面的活性位点,可增强纤维素酶的可及度。预处理过程中产生的可溶性木质素磺酸盐不仅可以作为表面活性剂降低木质素对纤维素酶的无效吸附,还可以降低酶解体系的界面张力促进酶解反应的进行。表面活性剂辅助酸性亚硫酸盐预处理糠醛渣,其高底物浓度(20%w/w)酶解的研究结果表明,无患子皂素的添加可以显著提高酶解效率。当酶用量为2.5 FPU/g-纤维素时,向预处理后全部浆料的酶解体系中添加4 g/L无患子皂素可使纤维素转化率从32.73%提高至59.39%。当酶用量增加至5 FPU/g-纤维素时,添加4 g/L无患子皂素可使酶解体系的最终糖浓度达到88.85 g/L,纤维素转化率提高到91.38%。添加表面活性剂的酶解体系的表面张力(～51.50mN/m)均低于未经处理原料酶解体系的表面张力(66.54 mN/m)。添加表面活性剂后底物的接触角(33.2°)低于未经处理原料的接触角(43.9°),无患子皂素表面活性剂的添加可以改善酶解底物的润湿性,提高酶解效率。糠醛渣和油茶饼粕混合底物发酵的研究结果表明,向糠醛渣的同步糖化发酵过程中添加低浓度的油茶饼粕可以促进纤维乙醇的生产。油茶饼粕中的茶皂素作为表面活性剂可以促进纤维素的转化;油茶饼粕中的茶蛋白可以作为酵母生长所需的氮源,能够降低培养基成本。当底物浓度为15%(w/w)、加酶量为10 FPU/g-纤维素时,添加10 g/L油茶饼粕的发酵体系乙醇得率可达理论值的86.56%,添加油茶饼粕可以改善底物的润湿性和降低反应体系的界面张力。与其他涉及预处理的生物转化过程相比,直接添加油茶饼粕的发酵过程消耗的能耗更低,高底物浓度发酵可以通过较为简化的底物耦合过程实现。以木薯渣为原料,研究比较了四种不同的发酵工艺路线生产鼠李糖脂。结果表明,木薯渣不经双酶法糖化,直接添加纤维素酶和铜绿假单胞菌进行同步糖化发酵即可将木薯渣中大部分淀粉和纤维素转化为鼠李糖脂。在5%(w/v)底物浓度、纤维素酶用量3.75 FPU/g-木薯渣、纤维二糖酶用量5.63 CBU/g-木薯渣的条件下,最终发酵液中鼠李糖脂浓度为11.49 g/L,提纯后所得鼠李糖脂的临界胶束浓度为150 mg/L。在糠醛渣高底物浓度同步糖化发酵过程中添加低浓度的鼠李糖脂可以有效提高乙醇得率。底物浓度为20%(w/w)、纤维素酶用量为10 FPU/g-纤维素的发酵体系中,添加0.2 g/L的鼠李糖脂可使乙醇得率提高22.39%,同时可使纤维素转化率提高至82.38%。鼠李糖脂对发酵过程的影响主要体现在以下几个方面:鼠李糖脂的结构特性使其易于在两相界面聚集,降低反应体系的界面张力;界面张力的降低能够在一定程度上促进纤维素酶的溶解,从而降低界面上纤维素酶的失活程度;X射线光电子能谱分析表明,鼠李糖脂的添加可以有效降低发酵底物对于纤维素酶的无效吸附,有利于促进纤维素的高效转化。