利用预处理及生物转化技术将木质纤维生物质原料转化为能源和化学品是缓和环境污染问题和实现可持续发展的有效途径。低聚木糖（XOS）是一种高附加值化学品,具有极高的研究利用价值。甘蔗渣作为一种自然丰度大且含有大量半纤维素的农业残余生物质,是生产XOS的潜在原料。甘蔗渣内部具有复杂的碳水化合物连接结构和顽抗性从而抵御外界侵扰,因此寻求有效的破坏其内部致密结构和绿色可行的预处理方法显得尤为重要。本研究系统探索了生产XOS创新性的预处理工艺并对预处理过程涉及的组分进行了全面表征研究。主要结论如下。通过海水水热预处理工艺制备了高得率的XOS,优化了预处理工艺,研究了预处理对固体组成和残渣酶解得率的影响。在预处理温度为175°C下反应30 min,XOS得率最高,为67.12%（相对于起始原料中木聚糖）,其中,木二糖（X2）11.49%、木三糖（X3）16.23%、木四糖（X4）23.82%、木五糖（X5）15.58%,是同等条件下纯水水热预处理XOS（X2-X5）得率的2倍左右。不同预处理温度和时间对XOS聚合度分布有一定的规律,并且在大多数预处理条件下X4含量最高。此外,预处理脱除了大部分半纤维素,最高脱除率可达93.45%,改善了纤维素酶解效率,在30 FPU/g-纤维素酶用量下固体残渣酶解葡萄糖得率最高为94.69%。在海水水热预处理的基础上,通过与低成本的亚临界二氧化碳（CO2）预处理工艺耦合从而降低反应条件和预处理成本。对亚临界CO2辅助海水进行了XOS制备的工艺优化,并进一步研究了CO2的加入对固体组成和残渣酶解得率的影响。CO2的通入可降低反应温度,缩短反应时间。在预处理温度为165°C、CO2压力2 MPa下反应5 min即得到了比海水水热预处理最优条件下还高的XOS得率（68.23%）。亚临界CO2辅助海水水热预处理在大多数条件下X3含量最多,可能是CO2和海水中混合离子发挥协同作用,促使较高聚合度的XOS进一步解聚为更低聚合度的XOS。另外,通过对预处理后固体进行成分分析发现,CO2的加入可以实现在较低预处理温度下大量半纤维素的脱除,即在预处理温度为155°C下反应20 min,相比于没有CO2的情况,通入1 MPa的CO2可以使半纤维素的脱除率从15.90%提高到77.41%。对固体残渣进行酶解,葡萄糖得率最高为94.45%。对两种预处理后的固体残渣进行了表征研究,探究了预处理对蔗渣内部结构的影响。预处理后蔗渣内部结构明显改变,表面变得粗糙,结构塌陷,木质素碳水化合物间的连接被严重破坏,大量半纤维素被脱除,致使结晶度增加。特别是亚临界CO2辅助海水水热预处理后,蔗渣结构改变更为明显,CO2极大的扩展了蔗渣内部孔洞的孔容、孔径和比表面积。对各种固体残渣进行纤维素可及性测定表明,两种预处理工艺都增加了纤维素酶和纤维素接触的可及性,改善了酶解效率。由于半纤维素的脱除,预处理和酶解后固体残渣的热稳定性提高,固体残渣也可开发耐热性生物质材料。