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木質纖維素類生物質資源是地球上豐富的可再生性有機資源。利用可再生性木質纖維素資源，降解轉化生產液體燃料和化學品，是解決資源、環境和農村發展等緊迫問題，實現人類社會可持續發展的重要途徑。
本書基於國家973專案研究成果編撰，系統介紹了木質纖維素生物煉製的原理，並重點介紹新穎的預處理技術和多種生物基化學品生物製造技術的前沿進展。內容包括：木質纖維素生物煉製原理、方法及路線圖，生物質抗降解屏障解析，多種前沿的預處理技術（汽爆預處理技術、亞硫酸鹽預處理技術、有機溶劑預處理技術、幹法稀酸預處理技術），幾種典型生物能源產品（甲烷與氫氣、纖維素乙醇、丁醇、微生物油脂等）和生物基化學品（乳酸、丁二酸、2,3-丁二醇、生物聚羥基脂肪酸酯PHA）生物製造技術的國內外研究進展。後一章介紹纖維素乙醇產業化過程的模擬，並作出技術經濟評價。
本書作者都是國內長期從事所著章節相關領域的專家和一線研究者，對各章內容具有較深的理解與體會。本書可供生物工程、生物化工、能源工程等專業領域從事生物能源研發和技術工作的人員閱讀參考。
第一章緒論——木質纖維素的生物煉製原理、方法及路線圖
第一節木質纖維素原料的生物煉製原理及意義1
第二節木質纖維素原料的分類及其結構與組成2
一、木質纖維素原料的分類2
二、木質纖維素生物質的結構與組成3
第三節木質纖維素的生物煉製技術與發展趨勢6
一、木質纖維素原料的預處理技術6
二、木質纖維素原料的生物煉製技術的發展趨勢9
第四節木質纖維素的生物煉製技術路線及產業化前景12
參考文獻14
第二章生物質抗降解屏障解析
第一節概述16
第二節生物質轉化利用中抗降解屏障問題的提出17
第三節生物質原料結構特點與抗降解屏障解析18
一、生物質原料體內運輸與結構18
二、植物生物質傳質過程特性與結構19
第四節自然破解生物質抗降解屏障的過程分析21
一、植物生物質自然死亡和轉化過程21
二、植物生物質自然生化轉化過程的啟示22
第五節預處理破解生物質抗降解屏障的作用機制及其破解途徑23
第六節基於生物質抗降解屏障的煉製技術發展趨勢24
參考文獻25
第三章汽爆預處理技術
第一節概述28
一、木質纖維素預處理的必要性28
二、木質纖維素常用預處理方式及優缺點30
第二節汽爆預處理技術研究進展30
一、汽爆技術作用原理31
二、汽爆過程主要影響因素32
三、汽爆技術優勢33
第三節汽爆預處理技術前景與展望34
一、汽爆技術應用研究進展34
二、新型汽爆技術35
三、汽爆技術發展趨勢36
參考文獻36
第四章亞硫酸鹽法預處理技術
第一節概述39
一、預處理液中的主要成分39
二、預處理過程分析40
第二節亞硫酸鹽預處理技術研究進展45
一、鹼性亞硫酸鹽預處理技術45
二、中性亞硫酸鹽預處理技術48
三、酸性亞硫酸鹽預處理技術49
四、與其他預處理技術的聯合53
第三節酸性亞硫酸鹽預處理改善酶解性能的可能機制53
一、預處理前後原料結構和性質變化分析53
二、預處理前後半纖維素和木質素結構和性質變化分析54
第四節前景與展望56
參考文獻57
第五章有機溶劑預處理技術及基本原理
第一節概述59
第二節有機溶劑預處理技術研究進展61
一、有機醇預處理61
二、有機酸預處理68
三、有機過氧酸預處理76
四、酮類預處理77
五、其他有機溶劑預處理78
第三節有機溶劑木質素的表徵與應用78
一、有機溶劑木質素的表徵78
二、有機溶劑木質素的應用79
第四節基於有機溶劑預處理的生物煉製80
第五節有機溶劑預處理的技術屏障和發展趨勢83
參考文獻83
第六章木質纖維素幹法稀酸預處理技術
第一節概述87
一、木質纖維素生物煉製的機遇與挑戰87
二、木質纖維素的幹法生物煉製與幹法稀酸預處理88
第二節幹法稀酸預處理90
一、幹法稀酸預處理技術的開發90
二、幹法稀酸預處理的優化92
三、幹法稀酸預處理的廣適性96
第三節預處理物料中抑制物的生物脫毒97
一、生物脫毒菌種與固態生物脫毒98
二、生物脫毒與水洗脫毒的對比100
第四節幹法稀酸預處理原料在纖維素乙醇和有機酸發酵上的應用101
一、纖維素乙醇102
二、纖維素乳酸105
三、纖維素葡萄糖酸106
第五節前景與展望107
參考文獻110
第七章甲烷與氫氣
第一節概述114
一、甲烷和氫氣混合燃料的概念和意義114
二、厭氧發酵生產甲烷和氫氣的特點115
三、厭氧發酵聯產甲烷和氫氣的研究進展116
第二節生物質厭氧發酵的過程監控研究117
一、生物質產沼氣技術概況117
二、厭氧發酵過程監控關鍵參數研究117
三、厭氧發酵線上生物感測器研究120
第三節生物質厭氧發酵潛力分析技術與設備研究131
一、生物質生化潛力分析的價值與應用131
二、生化潛力分析方法研究現狀131
三、生化潛力分析設備研究現狀134
第四節前景與展望136
參考文獻137
第八章纖維素乙醇
第一節概述139
第二節C5、C6共代謝釀酒酵母菌株的研究140
一、C5、C6共代謝釀酒酵母菌株的構建策略與研究進展140
二、戊糖代謝關鍵節點與代謝網路的研究與分析144
三、釀酒酵母木糖代謝調控146
四、木糖代謝工程的輔因數調控147
五、戊糖轉運蛋白149
第三節木質纖維素乙醇生產工藝過程抑制物的形成、對釀酒酵母生理代謝的
影響以及高耐受菌株的選育策略153
一、木質纖維素乙醇生物加工過程中抑制物的形成、對釀酒酵母生理代謝的
影響及其作用機制153
二、適於木質纖維素乙醇生物加工過程魯棒性釀酒酵母的選育策略157
第四節釀酒酵母纖維素乙醇統合加工的策略及研究進展157
一、分泌表達纖維素酶157
二、釀酒酵母表面展示纖維素酶159
三、釀酒酵母人造纖維小體161
第五節釀酒酵母細胞工廠產生其他化學品164
一、釀酒酵母合成丁醇165
二、釀酒酵母合成青蒿酸等異戊二烯類化合物166
第六節適於木質纖維素原料底物轉化釀酒酵母的產業化推進168
參考文獻172
第九章丁醇
第一節概述180
一、產丁醇微生物簡介180
二、微生物合成丁醇的機理與主要代謝途徑181
三、利用廉價生物質生產丁醇的研究現狀183
第二節木質纖維素原料發酵製備丁醇的關鍵技術與策略184
一、木質纖維素原料發酵製備丁醇的瓶頸與挑戰184
二、基於木質纖維素原料利用的丁醇生產菌株選育與改造186
三、生物丁醇的發酵調控與過程強化191
第三節木質纖維素原料製備丁醇的前景與展望196
參考文獻196
第十章乳酸
第一節概述200
一、乳酸的性質和應用200
二、乳酸的生產方法201
第二節微生物發酵生產乳酸概述201
一、微生物發酵產乳酸的機理201
二、天然的L-乳酸與D-乳酸生產菌202
三、大腸桿菌中L-乳酸代謝途徑的構建與改造204
四、利用廉價原料生產乳酸的研究現狀208
第三節以木質纖維素為原料發酵製備乳酸209
一、木質纖維素發酵製備乳酸的基本路線及主要挑戰209
二、預處理技術、抑制物對乳酸菌生長及乳酸發酵性能的影響210
三、木質纖維素生產乳酸的研究現狀212
四、微生物利用木糖生產乳酸的代謝途徑及其解決策略214
五、木質纖維素原料生產乳酸的發酵過程優化與調控技術217
第四節木質纖維素原料製備乳酸的前景與展望219
參考文獻219
第十一章丁二酸
第一節概述224
第二節丁二酸的生物合成代謝途徑224
一、還原三羧酸途徑225
二、有氧三羧酸途徑226
三、乙醛酸迴圈226
第三節木質纖維素原料代謝合成丁二酸的關鍵技術226
一、基於木質纖維素原料利用菌株的改造和選育226
二、木質纖維素原料製備丁二酸過程強化技術236
三、木質纖維素原料製備丁二酸產品的分離與提取239
第四節木質纖維素原料製備丁二酸的應用與前景244
參考文獻245
第十二章2,3-丁二醇
第一節概述251
一、2,3-丁二醇概要251
二、2,3-丁二醇的生產菌株概述253
三、生物發酵法製備2,3-丁二醇的工藝影響因素255
四、生物發酵法製備2,3-丁二醇的下游工藝進展257
第二節利用木質纖維素原料生產2,3-丁二醇259
一、玉米芯的預處理和酶解259
二、玉米芯稀硫酸水解液的脫毒和發酵260
三、玉米芯酶解液發酵261
第三節水解液中主要抑制物對2,3-丁二醇發酵的影響263
一、產酸克雷伯菌對乙酸、糠醛和HMF的耐受264
二、乙酸、糠醛和HMF共同作用對產酸克雷伯菌發酵的影響265
第四節2,3-丁二醇的應用與前景分析268
參考文獻269
第十三章微生物油脂
第一節概述273
一、產油微生物簡介273
二、油脂合成代謝274
三、油脂過量積累機制276
四、酵母油脂的脂肪酸組成及用途277
五、油脂發酵原料278
六、油脂發酵調控策略281
七、油脂發酵模式282
八、微生物油脂的提取282
第二節木質纖維素制油脂面臨的主要挑戰及其解決策略286
一、抑制因數與解決策略287
二、木質纖維素全糖利用290
三、副產物利用293
第三節前景與展望295
一、木質纖維素原料295
二、產油酵母遺傳改造295
三、木質素回收利用297
參考文獻297
第十四章生物聚羥基脂肪酸酯
第一節生物聚羥基脂肪酸酯概述303
一、聚羥基脂肪酸酯（PHA）的組成、分類及性質303
二、PHA的材料學性質及改性研究304
三、PHA的應用及展望305
第二節PHA的生物合成途徑306
一、PHA合成的主要途徑306
二、其他天然的PHA生物合成途徑308
第三節PHA的代謝工程研究進展308
一、短鏈PHA的代謝工程研究310
二、共底物生產PHBV的研究313
三、利用非相關碳源合成PHBV的研究314
四、中長鏈PHA的代謝工程研究319
五、短鏈和中長鏈共聚PHA的代謝工程研究320
第四節PHA生產概覽322
一、野生菌中PHA的生產322
二、重組菌中PHA的生產322
三、PHA發酵生產技術323
四、微生物發酵生產PHA的經濟學思考323
參考文獻324
第十五章纖維素乙醇生產成本的技術經濟評價
第一節概述331
第二節纖維素乙醇生產技術的過程設計和評價模型332
一、方法與模型332
二、設計基礎332
三、NREL技術的過程設計333
四、幹法生物煉製技術的過程設計334
五、經濟分析344
第三節纖維素乙醇的技術與經濟性分析349
一、幹法生物煉製過程的經濟概要349
二、纖維素乙醇成本與過程技術指標的相關分析350
三、纖維素酶價格因素對纖維素乙醇成本影響的分析353
四、秸稈原料價格對纖維素乙醇成本的經濟分析356
第四節前景與展望357
參考文獻358
索引
