非粮生物质炼制技术——木质纤维素生物炼制原理与技术

图书标准信息

• 作者 姜岷、曲音波 著
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2018-02
• 版次 1
• ISBN 9787122283733
• 定价 128.00元
• 装帧 精装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 362页
• 字数 579千字
• 正文语种 简体中文

【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