玉米秸秆（Corn stover）是农业中常见的废弃物,含有40%左右的纤维素,15%左右的半纤维素以及20%的木质素成分,是第二代生物燃料以及生物高值化学品的潜在生产来源。在此研究中,通过无机碱CaO的水溶液以及Na OH水溶液高温条件下预处理以及无机酸碱预处理打破木质纤维素的微观结构,并基于同时糖化和发酵的工艺生产L-乳酸（L-lactic acid,L-LA）。在此过程中,单步碱预处理和酸碱两步法预处理显示出了不同的促进酶解糖化的效果。实验结果表明,经过单步碱预处理后黑液成分可以部分替代培养基的液体成分回用于同步糖化发酵过程,降低工艺废水的排放。在优化条件0.1 mol/L CaO以及180 oC条件下1 kg CS的预处理残渣可以获得442 g总糖（葡萄糖和木糖）,最终通过批次补料同步糖化发酵获得67 g/L的L-LA,92%糖酸转化率以及最高0.81 g/L·h的时空转化率。其次为了实现木质纤维素生物质生产L-LA多级利用的目标,我们另采取无机酸碱顺序预处理的方式,中和酸碱黑液并析出木质素成分对其表征,最终回收了木质纤维素生物质中90%的木质素成分,调整中和黑液p H值回用于同步糖化发酵。此方法减少了预处理工艺中黑液37%-40%的排放量。为了提升最终发酵L-LA的产量、纯度以及降低下游分离纯化工艺的难度,本研究尝试通过代谢工程手段敲除菌体存在的一系列副产物代谢途径,比如乙酸乙醇等化学性质与乳酸接近的小分子产物,提高底物碳代谢流向目标产物的高效转化,该方法最终将乙酸发酵结束的积累浓度由空白对照组的6 g/L降低至2 g/L,乙醇最终积累浓度接近0 g/L。由于同步糖化发酵过程中存在菌种生长最适p H与酶解最适p H不匹配的问题,我们尝试通过适当的代谢工程改造手段,结合添加一定量外源氨基酸改善菌体在酸性环境下的生长状况以及代谢能力。该方式提升了菌体在p H=5的条件下的最终细胞密度OD600至6.17并且保持细胞生产L-LA的转化率在90%,减少60.6 g中和剂的添加。为了提升酶解清液发酵过程的酶解效率,使得细胞能够获得充足的底物碳源维持细胞的正常生长以及提高细胞在恶劣环境下的抵抗力。本研究尝试通过添加三种不同类型的纤维素酶活性试剂提升酶解产量。经过单因素和三因素的拟合模型验证其在不同混料添加下对酶解效率以及总糖产量的提升,在Li Cl:Tween 80:BSA=2:2:0时最终酶解糖浓度由30 g/L提升至47 g/L。并且采用Na OH预处理残渣对比酶解清液发酵以及同步糖化发酵,两种方式分别达到103 g/L和105 g/L的L-LA浓度以及92%的糖酸转化率,验证了菌体能够在批次补料同步糖化发酵下以0.97 g/L·h的生产率生产L-LA。