生物质燃料乙醇是由糖质原料、淀粉质原料和纤维质原料经微生物发酵生成的一种具有部分替代化石能源潜力的理想生物能源和重要的基本化工原料。目前生产生物质燃料乙醇的原料主要是甘蔗（巴西）和玉米（美国），迫切需要拓展其原料来源，拓展的重点集中在于高淀粉谷物原料、农林废弃物、食品生产副产物和其它能源农作物。中国生产燃料乙醇的主要原料是谷物（玉米和小麦），目前已经供应紧张。同时，由于中国是世界上人口最多的国家，迫于粮食问题，谷物原料燃料乙醇也不是产业发展的长久之计。中国是世界甘薯出产的第一大国，2005年甘薯产量达一亿吨以上，占世界产量的85％。近年来，甘薯燃料乙醇产业在中国发展非常迅速。为了与谷物原料燃料乙醇竞争，亟需降低甘薯燃料乙醇生产成本，解决甘薯燃料乙醇发酵水平低、发酵时间长、菌种耐高温能力差、乙醇浓度低和能耗水耗大等制约甘薯燃料乙醇产业发展的技术难点。针对上述问题，本文从耐高温高效燃料乙醇生产酵母筛选、甘薯原料快速高效降粘预处理工艺技术及降粘机制、高效快速燃料乙醇发酵及规模化放大、甘薯发酵废渣能源化利用等方面展开了研究。　　 为研究筛选出的耐高温酵母最佳发酵条件，我们通过采用两水平部分因子设计，选取发酵温度、接种量、初始糖浓度为自变量考察因素，以最终发酵乙醇浓度和9h生物量浓度为响应值，考察耐高温高浓度酵母的燃料乙醇发酵能力，并对实验数据进行二次模型变异分析，建立了三元二次方程数学模型。对方程求解得到，发酵温度为36.9℃，初始发酵糖浓度为280 g/L，接种量为9.4%时，最终的燃料乙醇浓度为131.0g/L。验证实验结果显示，该酵母在37℃，初始发酵糖浓度为280 g/L，接种量为9.4%时，在48 h发酵得到129.9 g/L的乙醇，指标存在一定的先进性，证明了模型可靠有效。　　 甘薯燃料乙醇发酵醪液是一种典型的非牛顿流体，具有粘度大的特点，在发酵过程中其发酵醪的传质传热及有效发酵体积均受到很大影响，造成C02逃逸困难，局部C02高浓度积累造成产物抑制，影响发酵效率、延长发酵时间、影响最终酒精浓度。本研究采用酶系筛选和响应面优化以及降粘工艺的开发，发现鲜甘薯浆经液化、110℃高温处理20min后，添加木聚糖酶最佳条件为酶解87.6min，加酶量为1.56AUG/g甘薯醪液和酶解温度44.1℃，醪液粘度能在90min内从5000cp以上下降至800ep左右，下降幅度达80%以上。利用高效液相蒸发光散射系统、高分辨率质谱和多糖单克隆抗体芯片技术对木聚糖酶对甘薯醪液的降粘机制进行研究。发现甘薯粘度下降主要是由于甘薯醪液中的多糖聚合度下降，可溶性物质增加。这些糖类物质大多是分子量小于840的聚合度小于6的多糖。经糖芯片分析，这些聚合度小于6的糖，大多由木糖、半乳糖、葡萄糖和半乳糖醛酸等，戊糖和己糖构成。但其具体组合和链接方式还需要进一步研究。　　 在前期快速降粘工艺技术条件下，研究了甘薯原料的高浓度快速发酵技术，分析了甘薯原料的主要营养成分，考察了不同发酵方式(SSF、SI-IF和PSSF)、不同初始糖浓度和不同气体(C02、N2和空气)、压力(0--0.4Mpa)对发酵的影响。研究结果表明，甘薯原料营养丰富，无需额外添加其它营养元素就能够实现酵母燃料乙醇发酵，甘薯中的绝大部分糖类物质经液化、糖化后均可被酵母利用。与SHF和PSSF相比，SSF无论在发酵强度、发酵效率、发酵时间和最终乙醇产物浓度等指标方面均有一定优势，经42小时发酵，酵母可利用30%(v/v)糖含量的甘薯发酵培养基生产燃料乙醇13.73%(v/v)，发酵效率89.65%，发酵强度3.27g/L/h，糖利用率达95.25%。配合开发的高粘度甘薯原料快速降粘工艺，甘薯发酵醪粘度在接种后2h内，从9823.4ep下降至514cp，下降幅度达94.77%，发酵结束后最终发酵醪粘度仅308cp。　　 为考察工业化放大过程对甘薯燃料乙醇发酵的影响，研究了甘薯燃料乙醇在中试100L规模的发酵情况。中试规模实验表明，在7%接种量条件下，发酵24h可生产112.4g/L浓度的燃料乙醇，发酵效率91.39%，糖利用率99.18%，发酵强度达4.68g/L/h，残总糖浓度13.67g/L。同时通过6批次中试实验考察了是否添加降粘酶对发酵的影响，添加降粘酶的发酵指标均比不添加具有一定优势，发酵醪粘度从约5000cp下降至约800cp，下降幅度达84%。相比其它非粮燃料乙醇工厂化实验具有极强的竞争优势。　　 为实现资源最大化利用的原则，本文还研究了甘薯燃料乙醇的废渣的能源化利用问题。以甘薯燃料乙醇发酵废渣为原料，丙酮丁醇梭菌（Clostridiumacetobutylicum）为发酵菌株，考察了不同硫酸浓度和酸水解时间对原料酸水解后糖分的变化以及发酵生产丙酮、丁醇、乙醇(ABE)总溶剂的影响。同时进一步研究废渣酸水解液不同脱毒方式，添加碳源和营养物质对ABE总溶剂产量的影响。　　 结果表明，2.5%(v/v)盐酸121℃酸水解30rain，利用Ca(OH)2过中和酸水解液脱毒，发酵72h最终ABE总溶剂量8.92g/L，较未处理提高37.67%，残糖浓度4.46g/L，较未处理下降33.53%。甘薯废渣酸水解液中的营养成分已能满足丙丁梭菌发酵生产ABE溶剂所需，添加葡萄糖碳源和其它营养成分并不能显著提高ABE总溶剂产量和缩短发酵时间。　　 通过对高粘度甘薯原料的快速降粘技术开发，辅以耐高温高效乙醇菌株的筛选以及发酵废渣的能源化利用探索，以期形成一套乙醇转化效率高、目标产物浓度高、生产效率高、能耗水耗低、环境污染小的综合燃料乙醇高效节能生产技术，为我国燃料乙醇产业的发展提供技术保障。