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木质纤维素乙醇的生产已成为全球性的研究热点,而利用木质纤维素生产乙醇,必须突破的技术瓶颈是如何将木质纤维素生物质转化为可利用的糖,因此预处理工艺被广泛采用。目前的预处理方法很多,大多存在成本高,效率低和污染严重等问题。为了降低预处理成本,提高酶解效率和乙醇产量,本研究采用结合H202的碱预处理法和离子液体法对蔗渣和水葫芦进行预处理,并进行了理化、酶解和发酵特性分析研究,主要研究结果如下：1.蔗渣和水葫芦木质纤维素的预处理研究采用单因素和正交实验方法对NaOH/H2O2预处理条件进行优化,通过测定样品中纤维素、半纤维素和木质素的含量变化和脱除率,以及各样品的纤维素酶解率和结晶度值评价预处理效果,实验结果表明：在固液比为1：25的比例条件下,蔗渣的最适NaOH/H2O2预处理条件是3%NaOH、1%H2O2、12h和42℃,在此处理条件下,样品的半纤维素和木质素的脱除率分别为78.2%和93.6%,纤维素水解率为61.8%,比原始未处理材料纤维素水解率提高了56.9%；水葫芦最适NaOH/H2O2预处理条件是1.5%H2O2、3%NaOH、24h、25℃,在此处理条件下,样品的半纤维素和木质素脱除率分别为74.45%和42.1%,纤维素水解率为58.1%,相比原始材料的水解率约提高了45%,显著促进了样品的酶水解。本研究还采用不同时间(30、60、90、120min)和不同温度(80、100、120、140℃)条件对蔗渣和水葫芦进行离子液体(BMIMCl)预处理,结果显示：在材料和BMIMCl加入比例为1：20的条件下,蔗渣的最适BMIMCl预处理条件为140℃,60mmin,纤维素水解率为20.3%,相比未处理材料酶解率提高了的16.4%,而水葫芦的最适BMIMCl预处理条件为100℃,60min,纤维素酶解率为33.8%,相比未处理材料提高了22.16%。2.预处理蔗渣和水葫芦的高温乙醇发酵研究本研究同时采用本研究室筛选的耐高温酵母Kluyveromyces marxianus K213、 Ogataea sp. WXT3和Kluyveromyces marxianus S16作为发酵菌株,以安琪酵母(Saccharomyces cerevisiae)作为对照,分别对最适条件处理后的材料进行分步水解发酵和同步糖化发酵转化乙醇,通过测定乙醇产量,比较不同条件的发酵特性。结果显示：最适NaOH/H2O2预处理后的蔗渣,经上述四个菌株发酵,在SHF发酵中,四个菌株分别利用含有20.58g/l、20.70g/l、20.31g/l和20.24g/1葡萄糖的水解液为底物时的乙醇产量为7.25g/l、6.74g/l、6.71g/l和8.08g/l,转化率分别为0.35g/g、0.32g/g、0.33g/g和0.40g/g,分别达到理论转化率的69.1%、63.8%、64.8%和78.3%；在SSF发酵中,四个菌株的最大乙醇产量分别为8.68g/l、8.80g/l、9.75g/l和4.40g/l,明显高于SHF发酵中的乙醇产量。最适NaOH/H2O2预处理后的水葫芦,经上述四个菌株SHF发酵,四个菌株分别利用含有20.33g/l、20.81g/l、20.39g/l和20.33g/l葡萄糖的水解液作为底物发酵得到了6.41g/l、5.99g/1、6.31g/l和7.10g/1的乙醇,转化率分别为0.32g/g、0.29g/g、0.31g/g和0.35g/g,分别达到理论转化率的61.8%、56.4%、60.7%和68.48%；在SSF发酵中,他们的最大乙醇产量分别为7.34g/1、6.89g/l、7.89g/l和4.94g/l,相比分步水解发酵,乙醇产量分别提高了14.5%、15.0%、25.0%,而安琪的乙醇产量显著降低。比较得出,在本研究中以K. marxianus S16为发酵菌株,利用预处理之后的蔗渣和水葫芦转化乙醇更具优势。两种预处理方法均提高了蔗渣和水葫芦酶的水解率,特别是结合H2O2的碱预处理对木质纤维素水解率有显著提高,且实验条件温和,相比已有的其他方法具有很大优势。同时,在SSF发酵中,三个高温菌株的乙醇产量明显高于S.cerevisiae,突出的是K. marxianus S16菌株,在以蔗渣和水葫芦为底物的SSF发酵中,最高乙醇产量分别为S. cerevisiae的2.22倍和1.60倍,体现了高温菌株在SSF乙醇发酵中的优势。本研究结果可以为改善木质纤维素乙醇生产的预处理和发酵过程提供帮助和支持。