本论文围绕秸秆原料中木聚糖和纤维素两大聚糖组分的高效转化与利用,以功能性低聚木糖和酶水解葡萄糖联产为目标导向,以可自供给的绿色、温和葡萄糖酸为催化剂,基于实验模型研究法,开展了高粱秆、玉米秸秆和小麦秸秆三种典型原料酸法预处理化工过程与纤维素酶水解生物过程的反应机制及最优化工艺条件研究,为包括秸秆在内的木质纤维原料的资源化和工业化高效利用的相关研究提供理论依据和技术支持。论文基于原料主要化学结构特征参数的表征与分析,重点研究了葡萄糖酸预处理工艺条件（强度）对于三种秸秆原料的半纤维素脱除率、纤维素结晶度指数、纤维素酶吸附率（可及度）与纤维素酶水解得率等之间的数学计算关系,同时结合经典的稀硫酸预处理技术对比研究,进而解析酸法预处理及纤维素酶水解的过程机制,并提出了新的适用模型。主要研究结果如下:（1）木聚糖酸法预处理过程反应动力学基础。以秸秆提取木聚糖为底物,采用Box-Behnken实验设计方法,研究并建立了葡萄糖酸催化木聚糖定向水解制备低聚木糖的动力学模型,分析了主要工艺参数对木聚糖水解、低聚木糖及降解产物生成的影响规律,并确定了以低聚木糖为目标产物的葡萄糖酸催化反应过程最适工艺条件:以1:10的固液比,在167°C下以4.6wt%的葡萄糖酸预处理木聚糖28min可获取57.73%的最高得率的低聚木糖。其中,影响秸秆木聚糖定向水解制取低聚木糖的工艺条件强度顺序为:酸浓度＜保温时间＜反应温度。在最适工艺条件下,以1:7.5的固液比可获得44.9 g/L的低聚木糖,较1:10与1:5更高。（2）葡萄糖酸预处理高粱秆及其纤维素酶水解。基于葡萄糖酸催化水解秸秆木聚糖的研究结果,以高粱秆为实验原料采用Box-Behnken实验设计方法,解析获得高粱秆制备低聚木糖各主要工艺条件影响强度。在最适预处理工艺条件下,采用7.5 wt%葡萄糖酸和固液比1:10,于168°C预处理高粱秆35 min可获得50.3%低聚木糖得率。以葡萄糖酸预处理高粱秆固体渣为底物,采用20 FPU/g纤维素的酶添加量,于50°C水解108 h的纤维素酶水解得率达90.8%。实验中发现高粱秆中木聚糖类半纤维素预处理脱除率与直接影响残余纤维素的酶水解得率呈正相关的趋势,但二者之间不是简单的线性关系。（3）葡萄糖酸预处理对秸秆原料酶水解的技术适用性。基于高粱秆原料的研究结果指导,进一步研究了葡萄糖酸催化预处理及酶水解模型理论对于玉米秸秆和小麦秸秆原料的技术适用性。随着秸秆原料半纤维素组分在葡萄糖酸催化预处理过程中的脱除度提高,纤维素的结晶度指数与酶的可及性也呈现出相应上升的趋势。基于多种新模型对秸秆原料预处理工艺条件参数、原料化学结构参数与纤维素酶水解得率效果之间的数学模型回归分析发现,5PL模型适用拟合于纤维素酶水解得率与木聚糖预处理脱除率及纤维素结晶度指数之间的数学计算,Deming模型适于拟合纤维素酶水解效率与酶可及性,而4PL模型适于拟合木聚糖脱除率与纤维素结晶度指数、纤维素酶可及性之间的关系。（4）酸法预处理秸秆聚糖组分水解的关键影响因素。基于以上葡萄糖酸催化高粱秆的研究结果,以经典的稀硫酸法为对照,进一步研究和验证了酸法对于玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秆和蔗渣不同类型原料预处理的共性机制及其技术适用性。结果表明,基于质子酸催化的预处理方法对于秸秆类原料的木聚糖酸催化水解和纤维素的酶水解性能具有一致性的影响规律。针对影响酸法预处理秸秆的纤维素酶水解效率主要因素的数学模型回归分析发现,5PL模型适于拟合酶水解效率与木聚糖脱除率及纤维素结晶度指数,而Allosteric sigmoidal模型适于拟合纤维素酶可及性与酶水解效率。