提高糖化过程中木质纤维素原料的固含量形成高浓度单糖水解液和高浓度产品发酵液,对后续分离成本的降低是非常重要的。为了提高木质纤维素原料在高固含量下的糖化效率,需要使用能提高混合效率的搅拌桨。但是,在燃料乙醇和生物化学品的工业生产过程中,生物反应器的规模可能在数百乃至数千立方米以上,使用全混式搅拌桨不切实际。本文采用了一种新型的分段糖化(two-stage enzymatic hydrolysis)的方式,有效解决了高效混合与放大生产之间的矛盾。研究表明,随着固含量提高,分段糖化与全程搅拌糖化差别在变小,当固含量达到30%时,分段糖化的糖化得率与全程搅拌糖化相比已经相差无几。分段同步糖化与发酵(ts-SSF)生产乙醇的实验中,72 h后,酶用量为5,10,15 FPU/g DM的实验中,乙醇得率分别为43.32%,58.26%,61.85%,而全程搅拌的同步糖化与发酵(SSF)实验中,相同条件下的乙醇得率分别为44.10%,57.67%,61.04%。分段SSF与全程搅拌SSF相比,不但乙醇得率没有降低,而且搅拌功耗大幅度下降。而且,分段SSF产生的气泡容易破碎,不会像全程搅拌SSF一样形成过高的泡沫层,避免了纤维素乙醇发酵过程中气泡冲罐的现象,相比于SSF更容易进行放大生产。本文还研究了粒径对玉米秸秆酶解得率的影响,发现随着粒径的减小,纤维素酶与玉米秸秆的有效接触面积并没有发生改变,导致酶解得率并未发生变化。本研究对木质纤维素生物炼制工艺中,木质纤维素原料的粉碎操作及后续酶解具有指导意义,在不影响酶解得率的同时应降低粉碎强度,减小过程功耗。