非粮生物质炼制技术——木质纤维素生物炼制原理与技术 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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编辑推荐

适读人群 ：本书可供生物工程、生物化工、能源工程等专业领域从事生物能源研发和技术工作的人员阅读参考。
本书基于国家973项目成果编撰，作者均来自一线研究人员，书中内容原创度高，前沿性强，反映了国内外木质纤维素生物炼制技术的研究进展。

内容简介

木质纤维素类生物质资源是地球上丰富的可再生性有机资源。利用可再生性木质纤维素资源，降解转化生产液体燃料和化学品，是解决资源、环境和农村发展等紧迫问题，实现人类社会可持续发展的重要途径。
本书基于国家973项目研究成果编撰，系统介绍了木质纤维素生物炼制的原理，并重点介绍新颖的预处理技术和多种生物基化学品生物制造技术的前沿进展。内容包括：木质纤维素生物炼制原理、方法及路线图，生物质抗降解屏障解析，多种前沿的预处理技术（汽爆预处理技术、亚硫酸盐预处理技术、有机溶剂预处理技术、干法稀酸预处理技术），几种典型生物能源产品（甲烷与氢气、纤维素乙醇、丁醇、微生物油脂等）和生物基化学品（乳酸、丁二酸、2,3-丁二醇、生物聚羟基脂肪酸酯PHA）生物制造技术的国内外研究进展。后一章介绍纤维素乙醇产业化过程的模拟，并作出技术经济评价。
本书作者都是国内长期从事所著章节相关领域的专家和一线研究者，对各章内容具有较深的理解与体会。本书可供生物工程、生物化工、能源工程等专业领域从事生物能源研发和技术工作的人员阅读参考。

目录

第一章　绪论——木质纤维素的生物炼制原理、方法及路线图
第一节　木质纤维素原料的生物炼制原理及意义 1
第二节　木质纤维素原料的分类及其结构与组成 2
　一、木质纤维素原料的分类 2
　二、木质纤维素生物质的结构与组成 3
第三节　木质纤维素的生物炼制技术与发展趋势 6
　一、木质纤维素原料的预处理技术 6
　二、木质纤维素原料的生物炼制技术的发展趋势 9
第四节　木质纤维素的生物炼制技术路线及产业化前景 12
参考文献 14
第二章　生物质抗降解屏障解析
第一节　概述 16
第二节　生物质转化利用中抗降解屏障问题的提出 17
第三节　生物质原料结构特点与抗降解屏障解析 18
　一、生物质原料体内运输与结构 18
　二、植物生物质传质过程特性与结构 19
第四节　自然破解生物质抗降解屏障的过程分析 21
　一、植物生物质自然死亡和转化过程 21
　二、植物生物质自然生化转化过程的启示 22
第五节　预处理破解生物质抗降解屏障的作用机制及其破解途径 23
第六节　基于生物质抗降解屏障的炼制技术发展趋势 24
参考文献 25
第三章　汽爆预处理技术
第一节　概述 28
　一、木质纤维素预处理的必要性 28
　二、木质纤维素常用预处理方式及优缺点 30
第二节　汽爆预处理技术研究进展 30
　一、汽爆技术作用原理 31
　二、汽爆过程主要影响因素 32
　三、汽爆技术优势 33
第三节　汽爆预处理技术前景与展望 34
　一、汽爆技术应用研究进展 34
　二、新型汽爆技术 35
　三、汽爆技术发展趋势 36
参考文献 36
第四章　亚硫酸盐法预处理技术
第一节　概述 39
　一、预处理液中的主要成分 39
　二、预处理过程分析 40
第二节　亚硫酸盐预处理技术研究进展 45
　一、碱性亚硫酸盐预处理技术 45
　二、中性亚硫酸盐预处理技术 48
　三、酸性亚硫酸盐预处理技术 49
　四、与其他预处理技术的联合 53
第三节　酸性亚硫酸盐预处理改善酶解性能的可能机制 53
　一、预处理前后原料结构和性质变化分析 53
　二、预处理前后半纤维素和木质素结构和性质变化分析 54
第四节　前景与展望 56
参考文献 57
第五章　有机溶剂预处理技术及基本原理
第一节　概述 59
第二节　有机溶剂预处理技术研究进展 61
　一、有机醇预处理 61
　二、有机酸预处理 68
　三、有机过氧酸预处理 76
　四、酮类预处理 77
　五、其他有机溶剂预处理 78
第三节　有机溶剂木质素的表征与应用 78
　一、有机溶剂木质素的表征 78
　二、有机溶剂木质素的应用 79
第四节　基于有机溶剂预处理的生物炼制 80
第五节　有机溶剂预处理的技术屏障和发展趋势 83
参考文献 83
第六章　木质纤维素干法稀酸预处理技术
第一节　概述 87
　一、木质纤维素生物炼制的机遇与挑战 87
　二、木质纤维素的干法生物炼制与干法稀酸预处理 88
第二节　干法稀酸预处理 90
　一、干法稀酸预处理技术的开发 90
　二、干法稀酸预处理的优化 92
　三、干法稀酸预处理的广适性 96
第三节　预处理物料中抑制物的生物脱毒 97
　一、生物脱毒菌种与固态生物脱毒 98
　二、生物脱毒与水洗脱毒的对比 100
第四节　干法稀酸预处理原料在纤维素乙醇和有机酸发酵上的应用 101
　一、纤维素乙醇 102
　二、纤维素乳酸 105
　三、纤维素葡萄糖酸 106
第五节　前景与展望 107
参考文献 110
第七章　甲烷与氢气
第一节　概述 114
　一、甲烷和氢气混合燃料的概念和意义 114
　二、厌氧发酵生产甲烷和氢气的特点 115
　三、 厌氧发酵联产甲烷和氢气的研究进展 116
第二节　生物质厌氧发酵的过程监控研究 117
　一、生物质产沼气技术概况 117
　二、厌氧发酵过程监控关键参数研究 117
　三、厌氧发酵在线生物传感器研究 120
第三节　生物质厌氧发酵潜力分析技术与设备研究 131
　一、生物质生化潜力分析的价值与应用 131
　二、生化潜力分析方法研究现状 131
　三、生化潜力分析设备研究现状 134
第四节　前景与展望 136
参考文献 137
第八章　纤维素乙醇
第一节　概述 139
第二节　C5、C6共代谢酿酒酵母菌株的研究 140
　一、C5、C6共代谢酿酒酵母菌株的构建策略与研究进展 140
　二、戊糖代谢关键节点与代谢网络的研究与分析 144
　三、酿酒酵母木糖代谢调控 146
　四、木糖代谢工程的辅因子调控 147
　五、戊糖转运蛋白 149
第三节　木质纤维素乙醇生产工艺过程抑制物的形成、对酿酒酵母生理代谢的
　　　　影响以及高耐受菌株的选育策略 153
　一、木质纤维素乙醇生物加工过程中抑制物的形成、对酿酒酵母生理代谢的
　　　影响及其作用机制 153
　二、适于木质纤维素乙醇生物加工过程鲁棒性酿酒酵母的选育策略 157
第四节　酿酒酵母纤维素乙醇统合加工的策略及研究进展 157
　一、分泌表达纤维素酶 157
　二、酿酒酵母表面展示纤维素酶 159
　三、酿酒酵母人造纤维小体 161
第五节　酿酒酵母细胞工厂产生其他化学品 164
　一、酿酒酵母合成丁醇 165
　二、酿酒酵母合成青蒿酸等异戊二烯类化合物 166
第六节　适于木质纤维素原料底物转化酿酒酵母的产业化推进 168
参考文献 172
第九章　丁醇
第一节　概述 180
　一、产丁醇微生物简介 180
　二、微生物合成丁醇的机理与主要代谢途径 181
　三、利用廉价生物质生产丁醇的研究现状 183
第二节　木质纤维素原料发酵制备丁醇的关键技术与策略 184
　一、木质纤维素原料发酵制备丁醇的瓶颈与挑战 184
　二、基于木质纤维素原料利用的丁醇生产菌株选育与改造 186
　三、生物丁醇的发酵调控与过程强化 191
第三节　木质纤维素原料制备丁醇的前景与展望 196
参考文献 196
第十章　乳酸
第一节　概述 200
　一、乳酸的性质和应用 200
　二、乳酸的生产方法 201
第二节　微生物发酵生产乳酸概述 201
　一、微生物发酵产乳酸的机理 201
　二、天然的L-乳酸与D-乳酸生产菌 202
　三、大肠杆菌中L-乳酸代谢途径的构建与改造 204
　四、利用廉价原料生产乳酸的研究现状 208
第三节　以木质纤维素为原料发酵制备乳酸 209
　一、木质纤维素发酵制备乳酸的基本路线及主要挑战 209
　二、预处理技术、抑制物对乳酸菌生长及乳酸发酵性能的影响 210
　三、木质纤维素生产乳酸的研究现状 212
　四、微生物利用木糖生产乳酸的代谢途径及其解决策略 214
　五、木质纤维素原料生产乳酸的发酵过程优化与调控技术 217
第四节　木质纤维素原料制备乳酸的前景与展望 219
参考文献 219
第十一章　丁二酸
第一节　概述 224
第二节　丁二酸的生物合成代谢途径 224
　一、还原三羧酸途径 225
　二、有氧三羧酸途径 226
　三、乙醛酸循环 226
第三节　木质纤维素原料代谢合成丁二酸的关键技术 226
　一、 基于木质纤维素原料利用菌株的改造和选育 226
　二、木质纤维素原料制备丁二酸过程强化技术 236
　三、木质纤维素原料制备丁二酸产品的分离与提取 239
第四节　木质纤维素原料制备丁二酸的应用与前景 244
参考文献 245
第十二章　2,3-丁二醇
第一节　概述 251
　一、2,3-丁二醇概要 251
　二、2,3-丁二醇的生产菌株概述 253
　三、生物发酵法制备2,3-丁二醇的工艺影响因素 255
　四、生物发酵法制备2,3-丁二醇的下游工艺进展 257
第二节　利用木质纤维素原料生产2,3-丁二醇 259
　一、玉米芯的预处理和酶解 259
　二、玉米芯稀硫酸水解液的脱毒和发酵 260
　三、玉米芯酶解液发酵 261
第三节　水解液中主要抑制物对2,3-丁二醇发酵的影响 263
　一、产酸克雷伯菌对乙酸、糠醛和HMF的耐受 264
　二、乙酸、糠醛和HMF共同作用对产酸克雷伯菌发酵的影响 265
第四节　2,3-丁二醇的应用与前景分析 268
参考文献 269
第十三章　微生物油脂
第一节　概述 273
　一、产油微生物简介 273
　二、油脂合成代谢 274
　三、油脂过量积累机制 276
　四、酵母油脂的脂肪酸组成及用途 277
　五、油脂发酵原料 278
　六、油脂发酵调控策略 281
　七、油脂发酵模式 282
　八、微生物油脂的提取 282
第二节　木质纤维素制油脂面临的主要挑战及其解决策略 286
　一、抑制因子与解决策略 287
　二、木质纤维素全糖利用 290
　三、副产物利用 293
第三节　前景与展望 295
　一、木质纤维素原料 295
　二、产油酵母遗传改造 295
　三、木质素回收利用 297
参考文献 297
第十四章　生物聚羟基脂肪酸酯
第一节　生物聚羟基脂肪酸酯概述 303
　一、聚羟基脂肪酸酯（PHA）的组成、分类及性质 303
　二、 PHA的材料学性质及改性研究 304
　三、PHA的应用及展望 305
第二节　PHA的生物合成途径 306
　一、PHA合成的主要途径 306
　二、其他天然的PHA生物合成途径 308
第三节　PHA的代谢工程研究进展 308
　一、短链PHA的代谢工程研究 310
　二、 共底物生产PHBV的研究 313
　三、利用非相关碳源合成PHBV的研究 314
　四、中长链PHA的代谢工程研究 319
　五、短链和中长链共聚PHA的代谢工程研究 320
第四节　PHA生产概览 322
　一、野生菌中PHA的生产 322
　二、重组菌中PHA的生产 322
　三、PHA发酵生产技术 323
　四、 微生物发酵生产PHA的经济学思考 323
参考文献 324
第十五章　纤维素乙醇生产成本的技术经济评价
第一节　概述 331
第二节　纤维素乙醇生产技术的过程设计和评价模型 332
　一、方法与模型 332
　二、设计基础 332
　三、NREL技术的过程设计 333
　四、干法生物炼制技术的过程设计 334
　五、经济分析 344
第三节　纤维素乙醇的技术与经济性分析 349
　一、干法生物炼制过程的经济概要 349
　二、纤维素乙醇成本与过程技术指标的相关分析 350
　三、纤维素酶价格因素对纤维素乙醇成本影响的分析 353
　四、秸秆原料价格对纤维素乙醇成本的经济分析 356
第四节　前景与展望 357
参考文献 358
索引

前言/序言

木质纤维素类生物质资源是地球上丰富的可再生性有机资源。利用可再生性木质纤维素资源，降解转化生产液体燃料和化学品，是解决资源、环境和农村发展等紧迫问题，实现人类社会可持续发展的根本途径。木质纤维素资源的生物降解转化研究和生物炼制技术的产业化代表了生物化工产业的发展方向，有着广阔的发展前景，已经引起了越来越广泛的关注。其中生物降解途径的糖平台是国际上普遍重视的主要的技术路线。然而，自然界中木质纤维素的生物降解效率通常都达不到使新技术实现产业化的要求，从而成为木质纤维素生物炼制技术得以实际应用的主要瓶颈。不少读者迫切希望了解这方面的基础知识和新进展。
几年前化学工业出版社曾出版过本书部分作者所编著的《木质纤维素降解酶与生物炼制》一书，对相关研究发挥了很好的推动作用。为加强相关的基础研究，探索突破技术屏障的方案，我们于2010年组织了中科院6家研究所和4所国内知名大学的30余位优秀中青年学者，合作申报了国家重点基础研究发展计划（973计划）项目《木质纤维素资源高效生物降解转化中的关键科学问题研究》（2011CB707400），并成功获得了国家2800万元的经费支持。五年来，项目组成员紧紧围绕相关的科学问题，开展了深入的研究工作，圆满地完成了计划任务。为了更好地向社会传播新增的理论知识和新的技术研发进展，我们这次组织项目组的部分成员，认真整理和总结近几年在国家巨额资金支持下所取得的重要研究进展，合作编写了两本专著：第二、三、四课题侧重木质纤维素微生物降解相关的基础研究，编写了《非粮生物质炼制技术——木质纤维素生物降解机理及其酶系合成调控》；第一、五、六课题侧重相关过程工程的技术研发，编写了《非粮生物质炼制技术——木质纤维素生物炼制原理与技术》，介绍给全国的相关读者，算是对先前已出版图书的扩展和深化。
作为木质纤维素生物炼制技术的核心知识基础，本书系统介绍了木质纤维素生物炼制的原理，并重点介绍了部分较为新颖的预处理技术和多种生物基化学品的前沿进展。书稿具体内容包括：绪论（第一章，姜岷、贺爱永、陈可泉、曲音波）、生物质抗降解屏障解析（第二章，陈洪章、赵军英、隋文杰）、多种前沿的预处理技术（第三章，陈洪章、谢军、隋文杰；第四章，赵建；第五章，赵雪冰、刘德华；第六章，张建、鲍杰）、几种典型生物基产品的研究进展（第七章，刘志丹、李嘉铭、李超、刘京、和建伟、张翀、邢新会；第八章，鲍晓明、沈煜、侯进、李洪兴；第九章，吴昊、孔祥平、董维亮、信丰学、徐宁；第十章，何冰芳、吴斌、许家兴；第十一章，马江锋、吴明科、章文明、周俊、贾红华；第十二章，程可可、张建安、吴晶；第十三章，赵宗保、杨晓兵；第十四章，祁庆生、王倩；第十五章，刘刚、张建、鲍杰）。参与写作的每位作者都是国内长期从事所著章节相关领域的专家和一线研究者，对各章节内容具有较深的理解与体会。在介绍相关内容的同时，作者还注意突出包括项目成果在内的国内外新研究进展的介绍，可以帮助相关研究领域的科研工作者和工程技术人员进一步深入地了解这一复杂多学科交叉的科学与工程技术问题，具有很好的参考价值和借鉴意义。
由于作者们都是第一线的研究工作者，兼具繁重的科研教学任务，书稿的编写难免会出现一些纰漏和不足，期待专家和读者们指正。书中介绍的木质纤维素生物炼制的部分前沿预处理技术和典型生物基产品的研究新进展，必将会启发大家去更活跃地大胆思考，为有兴趣的读者提供创新的思路，更有力地推动我国木质纤维素生物降解转化的研究发展。让我们共同为提高木质纤维素资源的生物转化效率，实现我国非粮生物质生物炼制技术的产业化，为破解我国经济和社会发展所面临的资源、环境、就业等瓶颈，建立清洁的绿色生物经济，终为人类社会可持续的永续发展做出较大贡献。
　
2017年11月 　　　　　

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