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本论文以强化木质纤维素酶解发酵过程、降低工艺经济成本为目的,考察高底物浓度下木质纤维素制备燃料乙醇的生物转化过程,针对高固体系下该过程中存在的酶解效率低和酶成本高的问题,考察了表面活性剂强化纤维素的酶解过程,建立了高底物浓度下纤维素酶的高效回收再用。1.表面活性剂强化纤维素酶解过程:以Avicel和玉米芯为底物,考察不同表面活性剂对酶解过程的影响规律,发现非离子表面活性剂可显著提高酶解效率;以稀硫酸-氨水耦合处理后的玉米芯为底物,在最适Tween80浓度0.1%下,加酶量为10 FPU/g纤维素时,72h后葡萄糖得率为78.5%,高于无Tween 80、加酶量为30 FPU/g纤维素的葡萄糖得率65.0%,有效提高酶解效率,且大幅降低酶用量;蛋白吸附动力学研究表明Tween 80可减弱酶与底物中非纤维素类物质之间的非特异性吸附,但对酶与纤维素之间的特异性吸附影响不大。2.步降式搅拌设计:以玉米芯为底物,考察了不同底物浓度下振荡速率与酶解效率之间的关系,发现过高的振荡速率会引起明显的纤维素酶失活;酶解反应对振荡速率的要求随体系中固含量下降而下降;基于此,设计了在酶解过程中逐渐减低搅拌速率的步降式搅拌的混合模式,该模式与持续搅拌所得的酶解效率接近,却可大幅降低反应过程中机械混合的能耗。3.重组酵母菌降低纤维素酶回收再用时β-葡萄糖苷酶补加量:引入可分泌β-葡萄糖苷酶的重组酵母菌作为发酵菌株,利用其分泌的β-葡萄糖苷酶,可减少纤维素酶重吸附回收过程中需补加的β-葡萄糖苷酶量;以稀硫酸-氨水耦合处理的玉米芯为底物,固含量为10%,起始纤维素酶为30 FPU/g纤维素,用重组酵母菌发酵生产乙醇,纤维素酶回收过程中每轮补加β-葡萄糖苷酶20CBU/g纤维素(约为通常补加量的1/3),首轮纤维素酶回收效率为92.2%,大大降低了β-葡萄糖苷酶的补加量。4.重组酵母菌耦合表面活性剂优化纤维素酶回收策略:为进一步降低回收过程中β-葡萄糖苷酶的补加量,以重组酵母菌为发酵菌株进行木质纤维素的同步糖化发酵,再通过重吸附法和再用发酵残渣回收固液两相中的纤维素酶,有效提高了纤维素酶回收效率且避免了酶回收再用过程中β-葡萄糖苷酶的补加,发现引入Tween80可进一步提高酶回收效率;以玉米芯为底物,固含量为10%,纤维素酶加载量为30 FPU/g纤维素,Tween 80浓度为0.5%,完全无β-葡萄糖苷酶补加时,第二轮酶回收效率为88.8%。