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第一章绪论——木质纤维素的生物炼制原理、方法及路线图 1

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 16

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 28

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 39

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 59

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 87

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 114

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 139

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 180

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 200

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 224

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 251

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 273

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 303

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 331

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 360