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传统化石燃料的使用会造成严重的环境污染和能源紧缺问题,给清洁可再生能源带来了发展契机。其中,秸秆类纤维素乙醇因其生产原料广泛且价格低廉,备受国内外学者的广泛关注。稻草秸秆是纤维素乙醇生产中应用最为广泛的原料之一。通过碱预处理破坏稻草秸秆的木质纤维素结构,是纤维素乙醇生产不可或缺的最前端步骤。然而,碱预处理过程会产生以阿魏酸为主的多种抑制物,严重阻碍了后续产乙醇过程的顺利进行。本研究创新性地提出,利用纤维素乙醇水解过程中的废弃稻草秸秆酶解糖化残渣为原料,制备高效阿魏酸脱毒剂,并将其原位添加至纤维素乙醇生产过程中,构建纤维素乙醇清洁生产体系,强化纤维素乙醇的生产过程并揭示其宏观响应变化及微观应激机制。研究结果可为高效地去除预处理水解液中的发酵抑制物,开发改性吸附剂和工程菌株,以及挖掘重要代谢通路提供理论和方法指导,最终实现纤维素乙醇规模化生产的目标。主要结论如下:（1）利用TG/XRD/BET法、平衡吸附实验和吸附模型对稻草秸秆酶解糖化残渣基吸附剂的基本性质、吸附效果和吸附行为进行了研究。研究结果表明特定条件下（气体环境:空气;温度:250℃）制备得到的稻草秸秆酶解糖化残渣基吸附剂(AEPA250)具有较强的稳定性和燃烧特性。AEPA250具有较大的比表面积和微孔容积,且对阿魏酸的吸附效率高达70.330%。吸附饱和后的AEPA250可以通过100℃热处理实现再生,一次再生和二次再生后吸附效率仍可达到56.965%和52.035%。韦伯-莫里斯内扩散模型和班厄姆孔隙扩散模型拟合结果显示:阿魏酸在微孔中的扩散为AEPA250吸附阿魏酸的限速步骤。吸附动力学、吸附等温线和吸热力学研究结果表明,AEPA250对阿魏酸的吸附符合拟二级吸附动力学模型（0.997≤R~2≤0.999）和Liu模型（0.931≤R~2≤0.997）,且吸附过程的焓变大于零、熵变大于零和吉布斯自由能变化小于零,表明AEPA250对阿魏酸的吸附过程以化学可饱和地吸附为主且吸附过程是自发且吸热的。（2）利用SEM-EDX、XRD、FTIR和XPS等实验表征方法和DFT理论模拟等微观计算方法,研究了AEPA250对阿魏酸的脱毒机制。SEM-EDX、XPS、FTIR和XRD表征结果表明,AEPA250吸附脱毒阿魏酸后,吸附剂表面Mg、Al、Ca、K、P和C元素含量发生变化,SEM图像相对平坦;部分官能团O-H、N-H、C=C、-C=O、C-O等发生变化,特别是O-H成键;Na2Ca（CO3）2、Mg Si O3和Ca3Si2O7等矿物组分也出现改变。DFT理论模拟结果表明,在酸性条件下,-OH、-COOH和-NH2官能团修饰后的AEPA250模型,具有较高的结合能(分别为-45.667、-27.046和-11.008 kcal mol-1)、电子云重叠度和较短的键距（分别为1.015、1.010和2.094（?））。此外,在酸性条件下,-OH、-COOH和-NH2官能团修饰的AEPA250模型的Eg1能隙值高于Eg2。与s轨道相比,p轨道的态密度更接近于费米能级。综上,AEPA250对阿魏酸的吸附过程与官能团的种类有关,且两者之间存在离子交换、矿物共沉淀作用、π-π*EDA相互作用和分子间作用力（氢键等）等相互作用机制。在酸性条件下,AEPA250模型上具有质子化的官能团时吸附能力更强,且p轨道电子主导着阿魏酸的吸附脱毒过程。（3）利用含有阿魏酸的模拟发酵液,研究了AEPA250脱毒阿魏酸对纤维素乙醇生产的影响,并通过酿酒酵母生长动力学模拟,以及代谢组学、转录组学和两组学联合分析的方法揭示AEPA250脱毒阿魏酸后酿酒酵母的宏观响应变化和微观应激机制。通过模拟含有阿魏酸的发酵液,建立三组发酵体系,包括ODF(优化脱毒的发酵体系,脱毒后过滤去除吸附剂AEPA250)、ODFA(优化脱毒的发酵体系,脱毒后未过滤去除吸附剂AEPA250)和NDF（未脱毒的发酵体系）。三组发酵体系的电导率、氧化还原电位和p H值等发酵过程参数监测结果表明,ODF体系的发酵能力优于ODFA体系和NDF体系。三组发酵体系的纤维素乙醇产量（12 h前）评估结果显示:ODF体系具有最大的乙醇产量(7.206 g L-1),且该体系的酵母生长更为旺盛,最大比生长速率(μmax)比NDF体系高0.221 h-1。代谢组学和转录组学分析结果表明,AEPA250脱毒阿魏酸后,主要参与酿酒酵母氨基酸和嘌呤代谢过程的部分差异表达代谢物和功能性基因发生调节。此外,两组学联合分析结果表明,阿魏酸代谢途径与酿酒酵母中编码gag-pol融合蛋白的基因YDR316W-B和YPR137C-B的表达密切相关。（4）利用实际的碱预处理水解液建立稻草秸秆基纤维素乙醇的清洁生产体系,研究该体系的质量平衡和乙醇生产潜能,并利用蛋白质组学技术深入挖掘其高效运转的机制且揭示其宏观响应变化及微观应激机制。该体系从预处理至酶解糖化阶段的质量守恒研究结果表明,AEPA250的阿魏酸脱毒效率为94.393%,脱毒效率较高,且脱毒后葡萄糖和木糖损失率较低,分别为2.532%和8.219%。纤维素乙醇产量评估结果显示:AEPA250脱毒阿魏酸后清洁生产体系具有较大的乙醇产量,是未脱毒发酵体系的近1.7倍。蛋白质组学分析结果表明,AEPA250脱毒阿魏酸后,清洁生产体系中参与酿酒酵母核糖体、TCA循环与氨基酸代谢和生物合成等代谢途径的部分差异表达蛋白质发生调节。蛋白质-蛋白质互作（PPI）网络图分析表明:ACO1、MRP2、RPL24B、MRPL33、RPL32、RPL39、RPS17B和RPS19A等蛋白质编码基因的调节影响清洁生产体系中酿酒酵母的高产。