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玉米芯作为一种术质纤维素类农业废弃物,产量大且价格低廉,是生产纤维素乙醇的理想原料。目前,纤维素乙醇生产工艺整体上处于研发阶段,工艺过程优化是重要的研究方向之一。本文基于Box-Behnken设计原理,对玉米芯稀酸预处理条件进行响应面分析,建立了以温度、时间、固液比、酸浓度为影响因素,发酵终点乙醇浓度为响应值的数学模型。模型预测的最佳预处理条件为：温度88.6℃、时间19.81h、液固比6.5、硫酸浓度1.86%(v/v)。经此条件处理后,玉米芯中纤维素含量为53.36%(w/w),比原物料提高了66.49%；半纤维素为含量7.29%(w/w),比原物料降低了77.58%。处理后水解液中总糖浓度为59.84g/L,其中木糖36.88g/L,葡萄糖4.50g/L。副产物中,乙酸、糠醛及5-HMF的浓度分别为4.88g/L、0.0028g/L和0.28g/L。处理后的玉米芯经同步糖化发酵,终点乙醇浓度为12.40g/L,接近预测值12.64g/L。在此基础上,以酸解处理后的玉米芯为底物,采用单因素法对同步糖化发酵过程进行了优化。得到的最优条件为：以具有絮凝性状的S.cerevisiae6525-flol作为发酵菌种,底物浓度为20%(w/v),纤维素酶添加量为35FPU/g,接种量为5%(v/v),发酵温度为30℃。经此优化后,终点乙醇浓度提高至21.75g/L,为理论产量的40.23%。采用耦合预糖化工艺,在不影响发酵终点乙醇浓度及乙醇得率的前提下,使发酵周期缩短了36h。采用分批补料工艺进行高底物浓度同步糖化发酵,使终点乙醇浓度提高至30.44g/L,但乙醇对底物得率下降至37.5%。此外,进一步考察了4种不同的溶剂(NaOH、Ca(OH)2、乙醇、过氧乙酸)对物料中残留木质素的去除效果。发现NaOH溶液处理效果最佳,物料按固液比1：10与2%(v/v)NaOH溶液混合,在80℃下处理6h后,纤维素含量上升至64.77%(w/w),比原物料提高了102%。电镜扫描图片显示经H2SO4/NaOH处理后的玉米芯结构完全断裂,表面粗糙多孔；红外图谱表明处理后玉米芯无定形纤维素含量增多,木质素及半纤维素成分减少。同步糖化发酵的结果也表明,H2SO4/NaOH处理后,发酵终点乙醇浓度提高至35.46g/L。在此基础上,对底物浓度和纤维素酶添加量进行优化,得到的终点乙醇浓度为36.91g/L,乙醇得率达到理论值的74.58%；耦合预糖化工艺后,生产强度提高近33%,而终点乙醇浓度和乙醇得率等指标未受影响,乙醇得率可达理论值的76.34%。进一步尝试采用分批补料的方式使底物浓度提高至30%(w/v),终点乙醇浓度达到65.56g/L,但乙醇对底物得率有所降低,为理论产量的66.15%。