生物乙醇作为汽油燃料的替代品,是目前最有应用潜力的可再生能源之一。工业纤维多糖原料(糠醛渣、木薯渣及毛竹)是生物乙醇规模化生产的潜在原料。将纤维多糖原料中的纤维素转化为可发酵糖是生物乙醇转化过程的关键步骤,但纤维原料结构的顽抗性和木质素对底物酶水解的抑制作用阻碍了纤维素的高效转化。生物质原料有效预处理方式以及原料耦合技术的开发对提高生物乙醇生产效率、增加经济效益、拓宽糖平台发展等具有重要意义。本文研究内容包括:采用绿液-过氧化氢对糠醛渣进行预处理,将预处理后的糠醛渣与木薯渣耦合共发酵生产乙醇,比较了木质素脱除强度对发酵过程的影响:以生产生物柴油过程中的副产物甘油为毛竹预处理溶剂,探讨了分离甘油的不同后处理方式对后续酶解发酵的影响;开发了毛竹苯酚-二氧六环预处理体系,实现了毛竹纤维素、半纤维素和木质素的高效分离和有效利用;以预处理毛竹酶解液或木薯渣糖化液为碳源,采用木醋杆菌原位合成了功能性复合细菌纤维素水凝胶,主要结果如下。糠醛渣经soda绿液-过氧化氢预处理,木质素含量明显降低。预处理后底物固体得率随过氧化氢浓度的提高而下降,木质素含量也相应降低。当H202添加量0.6 g/g-底物、绿液用量2 mL/g-底物、预处理温度80℃时,木质素的脱除率达到42.0%。木质素在绿液-过氧化氢预处理过程中被分解为低分子量的可溶物进而被脱除;而绿液中碳酸钠和氢氧化钠的含量低于一般碱性溶液,因此最大程度提高了预处理过程中纤维素的保留率。利用混合底物同步糖化发酵生产乙醇,当木薯渣与糠醛渣混合底物浓度12%、混合质量比1:1时,发酵液乙醇浓度为39.9 g/L,乙醇得率达到理论值的93.6%。木薯渣为同步糖化发酵过程提供了氮源,同时糠醛渣同步糖化发酵过程中的纤维素酶促进了木薯渣的纤维乙醇转化,二者耦合转化发酵可相互促进,提高原料利用率,降低化学品使用量。添加无患子皂素表面活性剂不仅降低了纤维素酶用量,还可延迟和降低副产物乳酸的形成。使用不同来源的工业粗甘油分别在150、160℃下预处理毛竹3 h。采用生物柴油生产副产物碱性甘油预处理毛竹,木质素脱除率达到39.2%,预处理毛竹酶解葡萄糖得率为理论值的95.0%,同步糖化发乙醇得率达到理论值的73.1%。在预处理过程中,脂肪酸皂与木质素形成乳浊液,可减少木质素的沉积。通过压滤法分离甘油,固体底物残留的脂肪酸皂有效阻止了木质素对纤维素酶的无效吸附,提高了酶解和发酵效率。采用酸性1,4-二氧六环预处理体系高效分离毛竹中纤维素、半纤维素和木质素。预处理及分离过程中,半纤维素发生解聚形成糠醛,糠醛得率可达理论值的93.5%。在80℃下,酸性二氧六环体系中添加25%苯酚(wt%,底物)预处理毛竹2 h,木质素的提取率为51.9%;通过二维核磁分析,毛竹木质素G6和H2,6键消失,Cα电子云发生偏移,苯酚与木质素发生加成反应并生成了酚化木质素,酚化木质素在苯酚-甲醛反应中可作为低成本的苯酚替代品。甘油预处理毛竹酶解液(BBC)以及木薯渣糖化液(CBC)可作为木醋杆菌的碳源,生产细菌纤维素。通过添加1.5%透明质酸(HA)或0.5%海藻酸(AA)得到HA-BBC、HA-CBC及AA-BBC、AA-CBC复合水凝胶。复合水凝胶的热稳定性得到提高,其中HA-CBC的热稳定性最高。AA-CBC具有良好的载药及药物缓释性能,可将牛血清蛋白药物释放时间延长至60 h,所载牛血清蛋白的最终释放率可达95.0%。复合细菌纤维素水凝胶产物与Hela细胞具有良好的细胞相容性,可用于给药系统。