氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）作为一种专性需氧型微生物,依靠其膜结合的脱氢酶能实现多种糖醇类化合物不完全地氧化,对应的合成多种酸、酮类生物化学品,氧化葡萄糖酸杆菌的这种特殊生物学特性使得其已被广泛地应用于多种工业化学品的生产。本文以木质纤维原料预水解液（玉米秸秆稀酸半纤维素水解液）中木糖高效生物转化技术瓶颈为切入点,基于氧化葡萄糖酸杆菌细胞不完全氧化反应机制的解析,对氧化葡萄糖酸杆菌全细胞催化以及典型好氧细胞催化反应过程中的溶氧传递及调控技术进行研究,最终提出并建立了一种封闭式通氧加压全细胞催化工艺模型（COS-SSTR）,破解了木糖酸生产过程中高氧需求与供氧水平限制的瓶颈,显著提高了氧化葡萄糖酸杆菌的生产效率,提高了设备利用率。此外,基于氧化葡萄糖酸杆菌非生长偶联型产物木糖酸生产溶氧控制的策略研究,同时对与氧化葡萄糖酸酸杆菌生长偶联型产物半乳糖酸以及部分偶联型产物二羟基丙酮的生产进行了以工艺改良为目标导向的产品创制化研究,建立了氧化葡萄糖酸杆菌典型好氧生物转化工艺模型,取得结果如下:1.氧化葡萄糖酸杆菌以木糖为底物其最大呼吸强度约为16.2 mmolO₂/（h·g）菌体;即其呼吸临界氧含量约为0.1 mmol/L;每单位（g）氧化葡萄糖酸杆菌菌体（干重）木糖酸的理论最高产率为5.0 g/（L·h）;2.基于底物消耗与氧气消耗动力学研究建立了封闭式通氧恒定压力的全细胞催化反应系统实现了木糖酸高效合成,在8 g/L氧化葡萄糖酸杆菌的全细胞催化作用下实现单位体积产率达30 g/（L·h）;此外,联合细胞回收法限制糖及糖酸总浓度在300 g/L以内,可以控制培养基因产物积累导致黏度增大降低氧传递效率,保证氧化葡萄糖酸杆菌的最低细胞呼吸的氧需求,通过5次细胞回收于108 h实现1.8 kg木糖酸生产（1 L反应体系）。3.封闭式通氧加压技术可以有效改善木质纤维水解液在传统通风搅拌条件下,高粘度与顽固的泡沫之间的尖锐矛盾,木质纤维水解液的大规模生物转化得以实现;1 Kg玉米秸秆稀酸水解获得的木质纤维水解液浓缩液经氧化葡萄糖酸杆菌生物氧化最终可得到约190 g戊糖酸盐产品（木糖酸钙与阿拉伯糖酸钙）。4.玉米秸秆制木糖酸钙的添加能改善混凝土和易性,在保持相同坍落度的情况下能有效减少拌合物的水掺量,在添加量0.2-0.3%能够有效实现减水率10-15%;此外,木糖酸的外加能延缓了水泥的凝结时间并能提高混凝土中后期的抗压强度。5.氧化葡萄糖杆菌生物氧化半乳糖制备半乳糖酸过程中,半乳糖酸钙盐能在溶液中自然结晶沉淀析出,其水相溶解度低于30 g/L;在通氧加压系统结合排放式快速产物分离,乳糖酸钙可以实现连续化生产,有效提高了菌种利用率,在1 L通氧加压催化反应体系中反应60 h可以获得720 g半乳糖酸钙产品（晶体）。6.由氧化葡萄糖酸杆菌生物转化甘油合成1,3-二羟基丙酮的过程中,采取通气与通氧加压两阶段供气模式,通过适应性供气可以有效缩短催化反应时间,提升甘油氧化效率;氧化葡萄糖酸杆菌催化合成1,3-二羟基丙酮,反应32 h产量达302.2 g/L,实现单位体积产率达到9.4 g/（L·h）。