造纸污泥是制浆和造纸工业废水处理过程的固体残渣，其纤维素和半纤维素颗粒细小，具有较大的比表面积，被认为是一种很有吸引力的生产酒精及其他生物化工产品的原料。在对三种不同来源的造纸污泥的成分进行测定，化学制浆污泥PS3灰分含量最低且葡聚糖含量最高,脱墨污泥PS1则相反,灰分含量较大,碳水化合物含量少。采用化学制浆工艺的污泥,除去水分和灰分含量,其碳水化合物含量约占50-80%,葡聚糖含量约占40-70%。研究不同工艺来源的造纸污泥的酶解条件和酶解特性，当PS3初始底物浓度为2%(w/v)时,水解72h，污泥糖化率可达到99.65%，当提高初始底物浓度至6.0%(w/v)并延长水解时间至144 h时，糖化率达到89.92%。在对五碳糖发酵菌种的酒精和造纸污泥耐受性驯化的基础上，以SSCF工艺对造纸污泥的发酵特性进行研究，在底物浓度（以纤维素计）35g/L、纤维素酶添加量55FPU/g有效纤维素浓度、接种量6%、反应温度37℃和摇床转速200r/min条件下发酵72h，乙醇发酵效率达最大值95.97%。 以国际公认的Clostridium thermocellum作为试验菌株，直接对造纸污泥的发酵特性进行研究，C.thermocellum能直接发酵未经任何预处理的造纸污泥，在化学制浆污泥中其乙醇产量最高达到7.41 g/L，纤维素酶活和木聚糖酶活最高分别达到1.92 FPU/mL和1.30 U/mL；在脱墨污泥里其发酵受到明显的抑制，乙醇产量只有1.31 g/L，纤维素酶活和木聚糖酶活分别为1.64 FPU/mL和0.90 U/mL。C.thermocellum粗酶液纤维素酶最适温度为60°C，最适pH为5.5；木聚糖酶最适温度为70°C，最适pH为7.0，两种酶都表现出较广的金属离子适应性。采用外源酒精胁迫的方法通过61代的连续传代成功将C.thermocellum野生菌的酒精耐受性提高到5.0%。驯化菌在5 g/L纤维素底物的摇瓶培养后，乙醇产量为1.23 g/L，较野生菌提高了20.58%；以20 g/L纤维素为底物进行反应器培养，驯化菌的乙醇产量在96 h达到最高值为5.17 g/L，相较野生菌提高了28.93%，说明驯化过程对于C.thermocellum的乙醇产量有明显的提高。 C.thermocellum驯化菌和产淀粉酶与木聚糖酶的Thermoanaeroba

以纤维素酶产生菌Clostridium thermocellum和五碳糖发酵菌种Thermoanaerobacterium saccharolyticum TS-6和Saccharomyces cerevisiae SHY07-1为材料，在造纸污泥同步糖化共发酵工艺建立的基础上，进一步对五碳糖发酵菌种的酒精和造纸污泥的耐受性进行驯化，利用C. thermocellum纤维素酶研究造纸污泥的酶解发酵特性，揭示C. thermocellum纤维小体作用机制和造纸污泥酶解发酵的基本规律。在5L反应器培养系统中进一步对酶解发酵特性进行研究，建立发酵系统的计算流体动力学模型，对混合和热量传递进行模拟，探索造纸污泥的酶解发酵资源化途径。本项目不仅有可能阐述造纸污泥的酶解发酵规律，揭示C.thermocellum纤维小体催化机制，探索造纸污泥酶解发酵资源化途径，而且在纤维素酒精示范方面具有重要意义。

水解过程中木质素对纤维素酶的非生产性吸附导致酶用量和水解成本增加，是制约木质纤维原料糖平台技术产业化的瓶颈之一，但其作用机制尚不清楚。充分认识酶在木质素表面的吸附及其对酶水解的影响机制，对减少酶用量、促进水解效率、提高酶回收率，具有重要理论意义和应用价值。本项目拟从不同原料和预处理原料中分离得到不同结构的木质素样品，在测定其分子结构特性的基础上，制备纯木质素及含木质素纤维原料的QCM生物传感器，利用石英晶体微天平系统表征木质素对纤维素酶的吸附解吸行为，及其对酶水解的影响，建立动力学方程，同时比较含有不同结构木质素的纤维原料的酶水解糖转化效率。研究结果将提出木质素对纤维素酶吸附的作用机制，解译木质素分子结构与纤维素酶吸附及酶水解作用效果的构效关系，并为选择合适的预处理方式以减少木质素对纤维素酶的无效吸附提供依据。

木质纤维素生物质通过适当的生物、化学等途径可转化为用途广泛的生物质基产品。酶水解是木质纤维素加工利用的重要途径，但底物木质素对纤维素酶的非生产性吸附导致酶水解效率下降、成本增加，是制约木质纤维原料糖平台技术产业化的瓶颈之一。本项目从经预处理的木材、禾草等木质纤维原料中分离制备木质素并进行结构表征，探讨预处理条件下木质素结构的变化规律，以及木质素结构对纤维素酶吸附与解吸的影响，解译预处理对酶水解的促进作用，提出适宜的预处理对木质素结构进行调控，减少底物木质素对纤维素酶的非生产性吸附，提高酶水解效率。研究发现：（1）在绿液预处理过程中杨木木质素S/G比值随预处理用碱量增加而上升，β−O−4连接键部分断裂，缩合程度增加。（2）与茎秆比较，麦草叶子在弱碱预处理中具有更好的脱木质素选择性，在酶水解过程中具有更高的酶水解转化率；叶子木质素的缩合程度相对较高，更多的β-O-4在预处理中发生断裂。（3）溶于LiCl/DMSO体系的球磨的木质纤维素原料，无需组分分离或衍生化即可旋涂制备厚度均匀的木质纤维素全组分薄膜；QCM研究显示底物木质素对酶吸附和水解均有重要影响，酶水解过程可分为酶吸附、快速水解和慢速水解三个阶段。（4）经预处理纤维原料中木质素与纤维素酶的相互作用有一定程度的增强，采用适当的预处理方法调控底物木质素的结构，可减少底物木质素对纤维素酶的非生产性吸附，提高酶水解效率。（5）在水解体系中加入水溶性木质素可有效提高木质纤维素原料的酶水解转化率，“竞争性吸附”理论可能是重要的作用机制。项目成果较好地解译了底物木质素结构对酶吸附及酶水解影响的内在联系，并在此基础上提出了合适的木质纤维素生物质预处理途径，为减少木质素对纤维素酶的无效吸附，提高酶水解转化率，构建经济可靠的木质纤维素生物质酶水解转化体系提供了理论依据。 2100433B