农作物秸秆的合理利用是我国实现乡村振兴和践行可持续发展战略的重要途径之一。麦草及其造纸备料废弃物麦糠通过生物炼制技术可以制备纤维素乙醇等各种生物基化学品。木质纤维素原料本身存在天然紧密的结构致使纤维素酶水解的效率受到限制,酶水解得率低。采用温和、绿色的水热法预处理对麦草等木质纤维原料进行预处理,可以有效地提高木质纤维原料的纤维素酶水解得率并联产得到高附加值的低聚木糖,增加生物炼制的经济效益。而麦糠原料中所夹杂大量的吸附型灰分是制约麦糠高效水热预处理效能的关键因素。尽管麦糠中吸附型灰分对水热预处理性能的影响可以通过预水洗的方式除去,但水耗量巨大,工艺复杂。发展一种或多种原料利用率高、工艺简单并实用性强的水热预处理方法来提高预处理麦糠纤维素酶水解得率并联产低聚木糖得率是破解麦糠水热法高效生物炼制瓶颈的有效路径。本论文对吸附型灰分在麦草水热预处理过程中影响机制开展研究,发展了消除富含吸附型灰分的麦糠水热预处理过程中所形成的缓冲体系的方法并阐述其作用机理。论文结果将为高灰分纤维素废弃物开展水热预处理高效制备生物质糖联产低聚木糖的研究提供理论基础和技术指导。主要研究结果如下:（1）麦草水热预处理体系中添加吸附型灰分明显抑制水热预处理弱酸性反应环境的形成,不利于水热预处理对木聚糖的脱除作用,显著降低低聚木糖产量和预处理物料的酶水解性能。在麦草水热法预处理参数为固液比1:10、温度180°C和预处理时间40 min的条件下,当水热预处理体系中吸附型灰分添加量从0 g/L增加到100 g/L时,预处理液p H值从3.8提高到4.8,低聚木糖浓度从初始的8.8 g/L降低到5.0 g/L,纤维素酶的可及性大幅度降低,纤维素酶水解得率从84.9%降低至66.3%。吸附型灰分的主要组分中不溶性矿物含量最高,占82.4 wt%。不溶性矿物所吸附的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子可以与水热预处理所产生的游离H+发生阳离子交换反应而被缓冲,约为吸附型灰分酸缓冲能力的60.4%。不溶性矿物对麦草水热预处理性能的影响最大,将100 g/L吸附型灰分中的不溶性矿物添加至麦草水热预处理中,预处理物料的纤维素酶水解得率仅为58.4%。（2）选取不溶性矿物主要成分二氧化硅、可溶性盐（主要成分磷酸钠）和有机质（主要成分腐殖酸钠）为典型的吸附型灰分模型化合物,更好地理解不同的缓冲体系对于麦草水热预处理的作用机制。三种模型化合物中,在溶液中的缓冲能力依次为磷酸钠>腐殖酸钠,二氧化硅没有缓冲作用。不溶性矿物中的主要组分二氧化硅由于不存在可被交换的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子,几乎对麦草水热预处理没有影响。吸附型灰分模型化合物的缓冲作用使得麦草水热预处理弱酸性环境减弱,木聚糖的脱除率大幅度的下降致使纤维素的可及性降低,预处理麦草的纤维素酶水解得率低。当磷酸钠和腐殖酸钠为30 g/L时,预处理麦草的纤维素酶水解得率仅为47.3%和57.7%。水热预处理体系中腐殖酸钠除了发生缓冲作用外,其复杂的弱酸性大分子化合物的理化性质降低了H+在溶液中的活泼度。当磷酸钠和腐殖酸钠为30 g/L时,预处理麦草的木聚糖脱除率从未添加模型化合物的从81.0%分别降低到61.4%和43.0%,预处理液中低聚木糖浓度从8.8 g/L分别降低到4.9 g/L和2.8 g/L。此外,腐殖酸钠的添加将促进麦草水热预处理木质素的溶出,当腐殖酸钠的浓度为10 g/L,水热预处理麦草的木质素脱除率可达43.7 wt%。（3）吸附型灰分所吸附的阳离子可与水热预处理中生成的H+发生交换反应而被缓冲。不同阳离子的交换能力存在差异,阳离子交换能力由大到小顺序依次为:Fe3+>Al3+>H+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+。采用在麦糠水热预处理过程中添加比H+交换能力更强的Al3+和Fe3+,消除麦糠水热预处理所形成的缓冲体系,使水热预处理弱酸性反应环境增强。交换性金属盐Fe3+和Al3+的引入可以使得麦糠水热预处理液的p H值下降,麦糠的酸缓冲能力和阳离子交换能力显著降低,麦糠水热预处理的弱酸性环境得到增强。通过追踪金属盐在预处理液和预处理物料中的迁移,揭示了麦糠金属盐预处理的阳离子交换反应机理。从联产低聚木糖的角度,FeCl3是适宜的交换性金属盐添加剂。当添加20 mmol/L FeCl3至麦糠水热预处理中,预处理液中低聚木糖浓度可从2.8 g/L提高至6.2 g/L,而添加AlCl3则没有明显提升。与此同时,当FeCl3的浓度从0增加至20 mmol/L时,预处理麦糠的纤维素酶水解得率从49.7%增加至66.6%。1.0 kg麦糠可以制备60.6 g的葡萄糖并联产62.0 g低聚木糖。添加交换性金属盐可有效消除吸附型灰分在预处理过程中形成的缓冲体系,且工艺简单,生物质糖和低聚木糖产量最高。（4）吸附型灰分在麦糠水热预处理过程中所形成良好的胶体缓冲体系使得麦糠水热预处理过程中氢离子的数量和活泼程度显著降低。通过添加0～3 vol%的过氧化氢至麦糠的水热预处理中,可以有效破坏吸附型灰分缓冲体系的胶体环境,增强麦糠水热预处理的酸性环境,消除缓冲体系。当麦糠水热预处理体系中添加过氧化氢的添加量从0增加到3.0%时,葡聚糖回收率从94.3%下降到80.6%,木聚糖脱除率从68.1%提高到88.3%,木质素脱除率从16.5%分别提高到28.6%。当过氧化氢的浓度为2 vol%时,预处理液中低聚木糖浓度为6.6 g/L,预处理麦糠的纤维素酶水解得率可达84.0%。从联产低聚木糖的角度,2 vol%为最适浓度。1.0 kg麦糠可以得到66.0 g低聚木糖和218.2 g葡萄糖。在该预处理条件下,过氧化氢的降解产物仅为水和氧气,不会产生有害物质,更为绿色、环保。该法对麦糠缓冲体系的消除效果更加明显,低聚木糖溶出率和预处理物料的纤维素酶水解得率均大幅度提高。