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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