利用木质纤维素制备燃料乙醇对缓解全球能源危机具有重要意义。但木质纤维素的天然抗性结构限制了其高值转化利用。因此,需采取有效方法在提高其利用率的同时降低转化成本。本研究以小麦秸秆为原料,分别利用超声协同木聚糖酶预处理和离子液体协同球磨预处理工艺,在促进小麦秸秆酶解糖化的同时,克服了传统预处理过程存在的高能耗、重污染问题。通过底物表征、组分测定和酶蛋白跟踪等手段,从底物、酶解和酶等多个角度深入系统的探究了两种预处理过程中小麦秸秆结构和性质的变化规律,揭示了预处理提高小麦秸秆酶解糖化率的作用机理。同时,针对小麦秸秆酶解糖化关键酶纤维素酶存在稳定性差、价格昂贵、回收利用困难等缺点,本文以含有丰富酶共价固定位点的聚脲微球和三维聚脲纳米纤维为载体,对纤维素酶进行了固定化,强化促进了纤维素酶催化性能,探究了金属离子及葡聚糖酶对纤维素酶活性的影响机制及规律,构建了基于酶催化的纤维素水解体系,为多元化促进纤维素酶解糖化提供了理论依据。论文主要研究内容如下:（1）探究了超声协同木聚糖酶预处理对小麦秸秆酶解糖化的影响及机理。超声预处理通过超声空化作用增大了小麦秸秆表面粗糙度,破坏了小麦秸秆木质素分子的苯丙烷骨架结构,使其内部半纤维素更加暴露,增加了木聚糖酶对半纤维素的可及性。木聚糖酶通过打开小麦秸秆半纤维素中的β-1,4-糖苷键实现半纤维素的高效水解去除,半纤维素分子结构的崩塌破坏了半纤维素与木质素间的糖醛酸酯键和β-酯键,将木质素从小麦秸秆中剥离。半纤维素和木质素的去除增大了小麦秸秆纤维素的组分含量和结晶度,提高了纤维素酶对纤维素的可及性,增强了小麦秸秆的亲水性,减少了木质素对纤维素酶的非生产性吸附,从而促进了小麦秸秆纤维素的酶解糖化。在优化条件下,超声协同木聚糖酶预处理去除了小麦秸秆中69.1%的半纤维素和49.7%的木质素。超声协同木聚糖酶预处理后,小麦秸秆葡萄糖产率达到64.2%,分别为未处理、单独超声预处理和单独木聚糖酶预处理小麦秸秆葡萄糖产率的5.2,2.5和2.0倍。超声协同木聚糖酶预处理后,100 g小麦秸秆酶解糖化可制得27.8 g葡萄糖,同时,木聚糖酶预处理实现了半纤维素中木糖的再生,木聚糖酶预处理后可获得18.7 g木糖。（2）探究了离子液体[Emim][OAc]协同球磨预处理对小麦秸秆酶解糖化的影响及机理。[Emim][OAc]对木质纤维素具有极强的溶解能力,其通过打开木质素分子苯丙烷单元间的C-O键和C-C键溶解木质素,通过破坏半纤维素氢键网络溶解半纤维素,通过断裂纤维素分子内和分子间氢键打破纤维素致密结构。[Emim][OAc]预处理后小麦秸秆中86.7%的木质素和90.6%的半纤维素被去除,纤维素分子尺寸减小,得到纤维素纳米纤维,实现了纤维素的分离提纯。纤维素的分离和碎片化提高了球磨预处理效率。球磨预处理通过剪切力、摩擦力和冲击力等机械作用力进一步破坏了纤维素纳米纤维结晶结构、降低了纤维素结晶度、增加了无定形纤维素含量,增大了纤维素比表面积。离子液体和球磨协同作用下的物理和化学双重碎片化处理极大提高了纤维素酶对纤维素的可及性,从而促进了小麦秸秆纤维素的酶解糖化。在优化条件下,离子液体协同球磨预处理后,小麦秸秆葡萄糖产率达到81.1%,分别为未处理、单独球磨预处理和单独离子液体预处理小麦秸秆葡萄糖产率的6.7,3.2和1.4倍。离子液体协同球磨预处理后,100 g小麦秸秆酶解糖化可制得29.8 g葡萄糖,离子液体预处理在有效去除木质素和半纤维素的同时实现了半纤维素和木质素的分馏,离子液体预处理后可获得25.9 g半纤维素和15.5 g木质素。（3）制备了聚脲微球固定化纤维素酶并探究固定化对纤维素酶催化性能的影响。以异佛尔酮二异氰酸酯为原料,利用沉淀聚合反应制备了含有丰富酶蛋白共价固定位点的聚脲微球。利用戊二醛为分子支架,聚脲微球表面的大量高反应活性伯氨基即可通过席夫碱反应与纤维素酶蛋白分子侧链氨基共价结合,实现纤维素酶的多点共价固定化。聚脲微球独特的化学结构特性降低了固定化载体制备成本;共价结合的固定化方式增强了固定化纤维素酶催化稳定性;温和的固定化条件保留了纤维素酶催化活性。优化条件下,固定化纤维素酶活回收率和酶固定量分别达到77.9%和39.2 mg/g。SEM,TEM和AFM表征表明聚脲微球为形貌均一、表面光滑洁净的单分散微球,直径约为10μm。纤维素酶被固定在聚脲微球表面后,微球表面颗粒或山峰状突起、固定化酶FT-IR中C=N键吸收峰和EDS能谱中S元素的出现、固定化纤维素酶热失重的减少都证明纤维素酶被成功通过共价结合方式固定于聚脲微球表面。聚脲微球固定化纤维素酶具有较强的酸碱耐受性、热稳定性、贮藏稳定性、流程实验稳定性。重复使用8次后,聚脲微球固定化纤维素酶仍能保留较高（75%）的催化活性,说明其具有良好的循环使用性能。（4）制备了三维聚脲纳米纤维固定化纤维素酶并探究固定化对纤维素酶催化性能的影响。针对聚脲微球比表面积小和纳米纤维制备成本高的问题,以甲苯二异氰酸酯和4,4-二氨基二苯醚为原料,利用均相连续加料辅助沉淀聚合反应制备了超细三维聚脲纳米纤维（PUNF）。均相连续加料过程中,反应体系单体浓度的渐进式增长减小了聚合物短链间的无规则碰撞,使其在聚合反应定向诱导作用力下发生有序碰撞并结合,形成三维聚脲纳米纤维。三维的立体结构增大了聚脲纳米纤维的比表面积,减小了酶固定化过程的空间位阻,聚脲的化学结构特性使PUNF表面含有丰富的高反应活性伯氨基。这些优点增加了PUNF作为酶固定化载体的可行性。比表面积和表面氨基测试显示PUNF的比表面积和表面氨基分别为119.46 m~2/g和57μmol/g。酶固定化后,PUNF表面颗粒状突起的出现、固定化酶FT-IR中C=N键吸收峰形成、PUNF比表面积和孔体积的减小以及固定化纤维素酶热失重的减少都证明纤维素酶被成功通过共价结合方式固定于PUNF表面。优化条件下,酶固定量和酶活回收率分别达到87.9 mg/g和79.1%。通过PUNF比表面积、PUNF表面氨基数量和酶固定量推算出每个纤维素酶蛋白分子通过43个氨基被固定于PUNF表面。PUNF固定化纤维素酶具有较强的酸碱耐受性、热稳定性、贮藏稳定性、流程实验稳定性。重复使用10次后,PUNF固定化纤维素酶仍能保留较高（79%）的催化活性,说明其具有优异的循环使用性能。（5）探究了金属离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Co2+、Mn2+、Fe3+)及葡聚糖酶对Aspergillus niger纤维素酶（An C）催化性能的影响及机理。K+通过减小酶蛋白与底物分子结合前后过渡态/基态转化能垒促进An C活性发挥;Na+较小的离子半径、较短的M+-O对距离和较低的周围电子密度导致它与酶蛋白作用力较小,因此Na+对An C活性的影响较弱;Ca2+和Mg2+与酶蛋白肽链氨基酸羧基的配位作用增强了蛋白质分子结构刚性,提高了An C的热稳定性;Cu2+、Ni2+、Co2+、Mn2+、Zn2+和Fe3+通过与纤维素酶蛋白肽链中色氨酸吲哚基、半胱氨酸巯基和组氨酸咪唑基配位结合,破坏酶蛋白的二级和三级结构,抑制酶活性发挥。由于锌-配体的配位数动力学不构成过渡金属典型的立体化学约束,六种过渡金属离子中Zn2+对An C的抑制作用最弱。葡聚糖酶随机切断纤维素分子链,将其转化为不同长度的纤维寡糖,从而减小纤维素尺寸,促进纤维素的微纤化,为纤维素酶系中的纤维素二糖酶水解酶提供了充足底物。葡聚糖酶和纤维素酶共同作用于纤维素时,对纤维素水解糖化表现出显著的协同作用,酶水解初期二者的协同作用强于后期,葡聚糖酶与纤维素酶复配可提高纤维素酶解速率和葡萄糖产率。