目前纤维素乙醇成本偏高的根本原因在于没有达到淀粉质乙醇发酵水平的“三高”(高浓度、高转化率和高效率)指标,提高预处理后基质的纤维素纯度、水解糖液浓度和避免发酵抑制物来实现浓醪发酵,是解决问题的关键。本论文对木质纤维素原料转化为生物乙醇过程中的预处理及浓醪发酵等问题进行了研究。甘蔗渣经过甘油蒸煮溶液蒸煮后,其可酶解性显著提高,本文通过对蒸煮过程中关键参数蒸煮温度以及蒸煮时间进行了优化,得出最佳工艺参数:甘蔗渣10 g、70%甘油水溶液200 g、蒸煮温度220℃和蒸煮时间2 h。此时预处理的纤维素保留率为95%,半纤维素和木质素脱除率分别为70%和65%;预处理物料在酶载量16 FPU·g-1干基质时24h酶解率可达90%以上。通过一系列现代新型分析表征手段(热重分析、扫描电镜、原子力显微镜、激光共聚焦显微镜、傅里叶红外、X射线衍射以及固体核磁共振)对甘油处理前后的麦草及甘蔗渣物料进行了分析表征。结果表明常压甘油自催化这种新型预处理可以从三个方面有效地打破木质纤维素基质复杂的抗逆结构:1)组成上可以有选择性地脱除半纤维素、木质素和乙酰基团;2)物理结构上朝着有利于酶解的方向改变物料的物理特性;3)化学结构上打破了物料分子间及分子内的主要化学键和功能性基团导致了向同质异晶纤维素的转化。上述特征充分解释了预处理后物料酶解性提高的原因。以常压甘油自催化预处理麦草作为基质,进行了纤维素乙醇浓醪发酵的探索。在对发酵培养基和发酵条件等优化选择基础上,通过采用同步糖化发酵、半同步糖化发酵和分批补料式半同步糖化发酵等一系列强化策略,逐步实现了该基质的浓醪发酵。在同步糖化发酵条件(15%基质浓度、加酶量30 FPU·g-1干基质、硫酸铵10 g·L-1;接种量10%,温度37℃,初始p H4.8,全程震荡发酵)下发酵72 h时乙醇产量为31.2 g·L-1,发酵强度0.43 g·(L·h)-1;改用半同步糖化发酵方式,预酶解时间24 h时乙醇产量提高到33.7 g·L-1,纤维素乙醇转化率将近80%,发酵强度0.47 g·(L·h)-1,其中(半)同步糖化发酵中90%以上纤维素已被糖化水解用于发酵;进一步采用分批补料式半同步糖化发酵,使基质浓度相当于30%,发酵96 h时乙醇产量达到52.8 g·L-1,纤维素乙醇转化率为62%,发酵强度为0.55 g·(L·h)-1;最后通过一系列强化措施(增加预处理后基质的纤维素纯度、增加发酵基质浓度、添加表面活性剂、延长补料时间、换用新型酶制剂)使得基质浓度相当于35%,发酵72 h后乙醇产量达到了73.1 g·L-1,发酵强度为1.02 g·(L·h)-1,乙醇浓度和发酵强度两个指标都达到了乙醇经济蒸馏的要求(乙醇浓度>40 g·L-1,发酵强度>1 g·(L·h)-1),纤维素乙醇转化率为67%。发酵96 h后乙醇产量达到了75.4 g·L-1,发酵强度为0.79 g·(L·h)-1。该发酵抑制物很少,无糠醛和5-羟甲基糠醛类发酵抑制物,乙酸含量不足4 g·L-1。因此,常压甘油自催化预处理木质纤维素原料适用作基质,进行纤维素乙醇浓醪发酵。