生态炼制：工业过程与产品

　　本书是第一本专门介绍生物炼制和工业生物技术及产品等的书籍，内容涉及了生物炼制的概念及原理、工艺过程、工厂、当前和未来的生物基产品系以及其经济性等方面的概况。由于绿色化学及绿色工艺过程涉及多学科领域，本书将对工业界和科技界的化学家，尤其是有机化学家和化学工程师，以及加工业的管理者、工艺工程师、设备建设工程师以及生物技术专家有所裨益。本书的编者和作者皆是来自企业界和学术界的国际知名的专家，其中包括帕特里克·格鲁勃博土（Dr.Patrick Gruber），他曾担任Cargill Dow（Nature-WorksLLC）公司的副总裁和总技术执行官，拥有40余项专利并获得过美国总统绿色化学奖。

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第一部分背景及概述——原理和基础知识
1生物炼制体系——概述1
11引言1
12历史回顾2
121传统技术的概述及工业资源2
122开端——生物质消化2
123生物基产品集成生产的起源5
13现状8
131生物炼制目前研究和开发的一些现状8
132生物质原料9
133生物质技术的国家远景、目标和计划(美国)11
134生物燃料的远景、目标及计划(欧盟及德国)12
14生物炼制的原理13
141基本原理13
142“生物炼制”的定义14
143生物技术的作用16
144砌块化合物，化合物和潜能筛选18
15生物炼制体系与设计19
151简介19
152木质纤维素原料的生物炼制20
153全谷物生物炼制22
154绿色生物炼制24
155双平台概念与合成气27
16前景展望28
参考文献29
2生物质炼制的全球性影响——21世纪的生物基经济36
21引言36
22历史概要36
221化石碳加工工业的背景及发展36
222现存的生物基经济：可再生碳38
223迈向更大的生物基经济39
23生物炼制厂的供应40
231生物炼制厂需要什么原材料，能生产何种产品？40
232生物质原料成本与石油成本的比较41
233能够提供多少生物质原料，其价格是多少？44
24生物炼制的技术如何发展？46
241产品的产率：主要的技术经济因素46
242产品的多样化：利用全生物质47
243纤维素生物炼制方法的完善与先决技术条件48
25集成生物炼制体系的可持续性49
251集成生物炼制系统：“所有生物质本地化”49
252农业/林业生态系统模型：可持续时代的新工具50
253分析集成生物炼制体系的可持续性：一些结论51
26结论55
参考文献56
3发展生物炼制需考虑的技术与经济因素58
31引言58
32概述：生物炼制模型59
33原料及可发酵糖的转化59
331蔗糖60
332淀粉61
333纤维素61
34技术挑战63
341纤维素酶63
342发酵微生物66
35结论69
参考文献70
4适于化工业的生物炼制——荷兰的观点73
41引言73
42历史性概述——化工业：现状及前景74
421产品及市场概况74
422技术路线75
423生物基工业产品76
424国际前景78
43生物质：技术和可持续性80
431向生物基工业的过渡：在荷兰的行业集成80
432可持续性能够推动工业技术的发展吗？82
44化工业：生物质机遇——生物炼制83
441生物质机遇83
442生物炼制的概念84
443生物质的可利用性86
444初级炼制87
445二次热化学炼制87
446二次生物化学炼制——发酵过程89
45结论，展望，前景91
451生物质——可持续性91
452生物质的提炼与预处理91
453转化技术92
454化学品及材料的设计92
455荷兰能源研究战略93
参考文献93
第二部分生物炼制体系
5木质纤维素生物炼制——一种回到利用可持续资源生产资源和工业有机
化学品的策略96
51目前形势96
52策略96
521策略中的策略97
522环境效益97
523商业结构98
524成本评估98
53石油和生物质化学的比较99
531石油资源99
532生物质资源99
533糖类和多糖100
534木质素101
535三酰甘油酯101
536蛋白质102
54木质纤维素炼制化学102
55几个集成生物炼制的应用举例104
551以木质纤维素为原料生产乙醇和糠醛104
552城市固体废弃物处理104
553城市固体废弃物处理、乙醇生产和生物柴油生产的耦合105
56小结106
参考文献106
6木质纤维素生物炼制——生物质水解工厂的历史和发展107
61引言107
62生物质原料的水解107
621酸水解法转化107
622酶催化法转化108
63酸水解过程108
631生产乙醇的早期努力108
632其他产物110
64酶水解过程111
641早期历史111
642酶催化水解生物质工厂的发展111
643技术发展112
65结论113
参考文献113
7生物精炼工艺——以木质纤维素为原料生产乙酰丙酸、糠醛、甲酸116
71引言116
72木质纤维素水解116
721多糖的酸水解117
722乙酰丙酸、甲酸和糠醛的生产118
73生物精炼过程120
731生物精炼过程产量和效率121
732比传统木质纤维素加工技术具有的优势122
733生物质精炼工艺的产品122
734生物质精炼半焦129
735生物炼制过程的经济性132
74结论134
参考文献135
全农作物生物炼制技术
8一个全农作物生物炼制系统——一种利用谷物生产非食用产品的
封闭系统138
81引言138
82基于小麦的生物炼制技术140
821小麦的结构和组成140
822小麦粉碾磨副产物的二级处理141
823食品和非食品应用的小麦分离新工艺144
824基于小麦新型干分级处理技术的生物炼制146
83基于燕麦的生物炼制技术151
831燕麦的结构和组成151
832潜在的基于燕麦的分级处理工艺概况152
84小结155
参考文献155
燃料导向的生物炼制技术
9Iogen公司利用纤维素生物质生产乙醇的示范加工过程160
91引言160
92过程概述160
93原料的选择161
931原料的组成161
932原料的选择162
933利用淀粉或蔗糖生产乙醇163
934纤维素生物质生产乙醇的优势163
94预处理164
941预处理过程164
942化学反应164
943其他的预处理过程165
95纤维素酶的生产166
951生产纤维素酶166
952在乙醇厂区现场生产纤维素酶167
953纤维素酶的商业化生产现状167
96纤维素水解168
961过程描述168
962纤维素酶水解的动力学168
963酶水解的改进169
97木质素加工170
971过程描述170
972木质素的其他用途170
98糖发酵和乙醇提取171
参考文献171
10糖基生物炼制——联产聚3羟基丁酸、糖及乙醇的技术173
101引言173
102巴西的甘蔗工业——历史沿革173
1021糖及乙醇的生产173
1022甘蔗农业与绿色循环174
103甘蔗原料生产的生物可降解塑料175
1031聚3羟基丁酸175
1032聚3羟基丁酸聚合物176
104聚3羟基丁酸的生产过程179
1041Ralstonia?eutropha以糖为原料发酵合成PHB179
1042胞内PHB的提取和纯化的下游加工过程180
1043糖厂联产PHB182
1044制糖厂中生产PHB的投资和生产成本183
105展望184
参考文献185
基于热化学工艺的生物炼制
11基于热化学生物复合式工艺的生物质炼制总论187
111引言187
112历史概要187
1121基于合成气发酵的生物炼制的起源187
1122基于生物油发酵的生物炼制的起源188
113基于气化技术的系统189
1131气化的基础知识189
1132合成气的发酵191
1133基于合成气发酵的生物炼制197
1134支撑技术(enabling?technology)198
114基于快速高温分解的系统199
1141快速高温分解的基础知识199
1142生物油的发酵202
1143基于快速高温分解的生物炼制204
1144支撑技术206
115前景与展望206
参考文献207
绿色生物炼制
12绿色生物炼制的概念——基本原理和应用潜力210
121引言210
122历史概况210
1221起源210
1222叶蛋白浓缩物的首次生产211
1223叶染料的首次生产213
123绿色生物炼制原材料214
1231原材料214
1232大规模绿色生物炼制的草场原料的获得215
1233草料的关键成分216
124绿色生物炼制概念223
1241基本原理和现状223
1242湿法分级和初步炼制224
125加工和产品227
1251汁液部分227
1252GJ饮料/另一种用途228
1253成分和特性229
1254滤饼(纤维)组分231
126绿色生物炼制——经济和生态235
127前景与展望236
参考文献236
13生物炼制中的植物汁液——利用植物汁液作为发酵培养基247
131引言247
132历史概况247
133生物基聚(乳酸)247
1331发酵过程248
1332绿色生物炼制248
1333乳酸发酵248
1334褐色汁液作为发酵培养基249
134材料和方法250
1341分析方法250
1342唾液乳杆菌BC1001褐色汁液的补料分批发酵250
1343唾液乳杆菌BC1001中试规模连续发酵251
1344好氧和厌氧储存期间马铃薯汁的性质研究251
135褐色汁液251
1351化学成分251
1352季节变化253
1353褐色汁液的乳酸发酵255
1354绿色作物干燥工业作为乳酸生产者256
136马铃薯汁258
1361马铃薯汁作为发酵培养基258
1362马铃薯淀粉厂作为乳酸生产者259
137碳水化合物259
138乳酸纯化260
139结论与展望261
参考文献262
第三部分生物质生产和初级生物炼制
14生物质的商业化与农业废弃物的收集263
141引言263
142历史概要264
1421个案研究：爱荷华Harlan的玉米秸秆收集计划265
1422案例研究：甘蔗渣——干的还是湿的？267
143生物质价值268
1431土质269
1432农户价值269
1433加工者价值271
144可持续地移除272
1441土壤有机质273
1442土壤侵蚀控制273
1443覆盖作物275
145收集、储藏和运输的创新方法276
1451收集276
1452储藏278
1453运输281
146建立原料供应系统282
1461基础设施283
147前景与展望284
参考文献284
15玉米湿磨和干磨工业——生物炼制技术发展的基础288
151引言：玉米的湿磨和干磨——已有的生物炼制厂288
152玉米精炼厂288
1521湿磨精炼厂288
1522干磨精炼厂289
1523废水处理289
153现代玉米炼制厂290
1531背景和定义290
1532工艺和产品290
1533炼制厂经济学292
154碳水化合物炼制293
155前景与展望294
参考文献294
第四部分生物炼制转化——工艺与技术
16生物炼制中的酶295
161引言295
162生物质底物296
1621生物质的组成296
1622生物质的预处理298
163生物质降解过程中的酶301
1631葡聚糖酶或纤维素酶301
1632半纤维素酶302
1633非水解活性的对生物质具有活性的酶302
1634生物质降解酶类的协同作用302
164生物质转化中纤维素酶研究进展303
1641CBHEGBG系统的优化303
1642生物质转化中其他具有潜在应用前景的蛋白307
165纤维素酶的表达311
166生物基产品的种类312
1661燃料312
1662精细化工314
1663燃料电池314
167生物炼制：回顾与展望315
1671基于生物质的材料与能源应用前景315
1672可持续发展是经济发展的要求316
参考文献317
17利用可再生性原料生产大宗化学品和精细化学品的生物催化
与催化路线320
171引言320
1711可再生资源320
1712产品320
172历史回顾321
173工艺322
1731固定化323
1732利用可再生资源生产有机溶剂或燃料的生物催化路线324
1733从甘油生产1，3丙二醇的生物催化路线326
1734利用菊粉制备双果糖酐(DFA)的生物催化路线329
1735从糖制备糖酸的化学路线334
参考文献338
索引340