生物基產(chǎn)品過(guò)程工程

前言

以生物質(zhì)為原料，利用物理、化學(xué)、生物等轉(zhuǎn)化技術(shù)可以加工成各種生物基產(chǎn)品。制備生物基產(chǎn)品的原料多為植物基資源，包括谷類(lèi)、農(nóng)作物殘余物、油料作物種子、糖類(lèi)作物、草料作物以及各種纖維素類(lèi)木本作物。不同植物原料組分差別很大，主要有四種基本化學(xué)物質(zhì)：碳水化合物（糖、淀粉、纖維素和半纖維素）、木質(zhì)素（多聚酚）、脂類(lèi)和蛋白質(zhì)。基于生物質(zhì)原料的多樣性，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮產(chǎn)品本身能滿足某種需求的性能，還必須選擇相應(yīng)的植物原料及轉(zhuǎn)化途徑，要把產(chǎn)品、原料和生產(chǎn)過(guò)程有機(jī)地聯(lián)系在一起。生物質(zhì)原料的組成、生長(zhǎng)季節(jié)以及產(chǎn)地等都制約著生物基產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)。植物原料由農(nóng)業(yè)和林業(yè)提供，因此生物基產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程要與農(nóng)林業(yè)互動(dòng)。一方面，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)植物原料的組成和產(chǎn)品功能特點(diǎn)，決定該產(chǎn)品能否用植物原料生產(chǎn)以及如何生產(chǎn)。特定產(chǎn)品往往只需要利用植物原料的一個(gè)或幾個(gè)組分，故可根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際要求從源頭上改造植物，通過(guò)傳統(tǒng)育種或現(xiàn)代基因工程技術(shù)，使植物更多地合成需要的組分；還可通過(guò)農(nóng)業(yè)或林業(yè)規(guī)劃，選擇合適的栽培地點(diǎn)和栽培季節(jié)。另一方面，任何植物都是由多組分構(gòu)成，只利用其中的單一組分往往很難產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益，必須根據(jù)植物組分的多樣性及各組分特性，設(shè)計(jì)相應(yīng)的產(chǎn)品和綜合利用各組分的生產(chǎn)工藝，形成生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，使植物各組分都轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的產(chǎn)品，從而無(wú)廢棄物排放。此外，植物原料的生產(chǎn)受產(chǎn)地和生產(chǎn)季節(jié)等的影響，這也制約了生物基產(chǎn)品的生產(chǎn)，需要根據(jù)具體情況選擇廠址和生產(chǎn)規(guī)模，并要考慮設(shè)備的通用性，以適應(yīng)不同季節(jié)不同植物原料的供應(yīng)。

內(nèi)容概要

　　《生物基產(chǎn)品過(guò)程工程》是一本系統(tǒng)專(zhuān)著，與美國(guó)Nova Sciencen Publishers，lnc．合作出版，英文版同期推出，全書(shū)內(nèi)容特色如下：　　從生物質(zhì)原料組分復(fù)雜性，過(guò)程工程的“過(guò)程集成”和產(chǎn)品工程的“結(jié) 構(gòu)與功能”等關(guān)鍵問(wèn)題入手，分析生物基產(chǎn)品轉(zhuǎn)化過(guò)程中的共性問(wèn)題；　　在綜合多學(xué)科知識(shí)的基礎(chǔ)上，提出“生物基產(chǎn)品過(guò)程工程”這一理念， 從原料、轉(zhuǎn)化過(guò)程和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)三個(gè)角度系統(tǒng)闡述了生物質(zhì)分層多級(jí)轉(zhuǎn)化體系，為生物基產(chǎn)品過(guò)程工程的發(fā)展提供理論和技術(shù)支持；　　同時(shí)介紹了生物基產(chǎn)品過(guò)程工程的關(guān)鍵技術(shù)平臺(tái)，以及應(yīng)用這些平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)原料分層多級(jí)集成利用，建立生物基產(chǎn)品生態(tài)產(chǎn)業(yè)新模式?！　　渡锘a(chǎn)品過(guò)程工程》可供生物工程、發(fā)酵工程、生物技術(shù)等領(lǐng)域的研究生和其他研究人員閱讀，也可供生物技術(shù)企業(yè)的管理和技術(shù)人員參考。

作者簡(jiǎn)介

陳洪章，博士，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員、博士生導(dǎo)師，中國(guó)科學(xué)院研究生院教授，國(guó)家973項(xiàng)目首席科學(xué)家。自1988年以來(lái)一直從事纖維素生物技術(shù)的研究，提出了生物質(zhì)資源分層多級(jí)轉(zhuǎn)化集成的研究思路，發(fā)展了生物基產(chǎn)品生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈新模式，創(chuàng)建了基于無(wú)污染汽爆的生物質(zhì)組分分離與新型大規(guī)模固態(tài)純種發(fā)酵共性過(guò)程平臺(tái)。在國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇(其中SCl論文56篇)，出版學(xué)術(shù)論著9部。申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利120多項(xiàng)，國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利16項(xiàng)(其中中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)56項(xiàng)、美國(guó)授權(quán)專(zhuān)利1項(xiàng))。獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、北京市科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。已培養(yǎng)出10名博士、15名碩士、3名博士后。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 生物基產(chǎn)品概述1.1.1 生物基能源1.1.2 生物基化學(xué)品1.1.3 生物基材料1.1.4 植物提取物1.2 生物基產(chǎn)品過(guò)程工程開(kāi)發(fā)策略1.2.1 面向原料1.2.2 面向過(guò)程1.2.3 面向產(chǎn)品1.3 生物基產(chǎn)品開(kāi)發(fā)特點(diǎn)1.3.1 原料的復(fù)雜性及開(kāi)發(fā)策略1.3.2 生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性及其相互關(guān)系1.3.3 產(chǎn)品的多樣性及相互關(guān)系1.3.4 綠色生態(tài)化的要求1.4 生物基產(chǎn)品過(guò)程工程的主要研究?jī)?nèi)容1.4.1 生物基原料組分分離過(guò)程工程1.4.2 生物基化學(xué)品轉(zhuǎn)化過(guò)程工程1.4.3 生物基材料轉(zhuǎn)化過(guò)程工程1.4.4 生物基能源轉(zhuǎn)化過(guò)程工程參考文獻(xiàn)第2章 生物基產(chǎn)品過(guò)程工程原理2.1 過(guò)程工程的發(fā)展歷程及內(nèi)涵2.1.1 化學(xué)工程的建立和發(fā)展2.1.2 過(guò)程工程概念的提出2.1.3 過(guò)程工程的內(nèi)涵和作用2.1.4 過(guò)程工程的學(xué)識(shí)基礎(chǔ)2.1.5 過(guò)程工程的發(fā)展趨勢(shì)2.2 過(guò)程工程開(kāi)發(fā)2.2.1 過(guò)程工程開(kāi)發(fā)的基本流程2.2.2 基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)研究2.2.3 概念設(shè)計(jì)和初步評(píng)價(jià)2.2.4 中間試驗(yàn)2.2.5 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與最終評(píng)價(jià)2.3 生物基產(chǎn)品過(guò)程工程2.3.1 生物基原料工程2.3.2 生物基產(chǎn)品轉(zhuǎn)化工程2.3.3 生物基產(chǎn)品過(guò)程工程產(chǎn)業(yè)化2.3.4 生物基產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析參考文獻(xiàn)第3章 生物基原料組分分離過(guò)程工程3.1 概述3.1.1 生物基資源范圍3.1.2 生物基資源開(kāi)發(fā)存在的問(wèn)題3.2 生物原料組分分離研究開(kāi)發(fā)思路與方法3.2.1 生物原料組分分離的必要性3.2.2 生物原料組分分離的共性關(guān)鍵問(wèn)題分析3.2.3 生物原料組分分離產(chǎn)業(yè)化模式舉例3.3 生物原料組分分離原理及其工藝3.3.1 物理法3.3.2 化學(xué)法3.3.3 生物法3.3.4 綜合法3.4 生物原料有效組分提取分離原理及其工藝3.4.1 生物細(xì)胞壁有效組分提取分離原理及其工藝3.4.2 生物細(xì)胞內(nèi)有效組分提取分離原理及其工藝3.5 結(jié)語(yǔ)參考文獻(xiàn)第4章 生物基化學(xué)品過(guò)程工程4.1 概述4.2 生物基化學(xué)品的種類(lèi)4.2.1 依原料平臺(tái)分類(lèi)4.2.2 依生產(chǎn)規(guī)模分類(lèi)4.3 生物基化學(xué)品的制造途徑4.3.1 酸催化水解法4.3.2 生物轉(zhuǎn)化法4.3.3 熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法4.3.4 提取法4.4 生物基化學(xué)品制造過(guò)程研究開(kāi)發(fā)思路與方法4.4.1 木質(zhì)纖維素化學(xué)品轉(zhuǎn)化過(guò)程研究及開(kāi)發(fā)4.4.2 植物天然化學(xué)品提取的過(guò)程研究與開(kāi)發(fā)4.5 生物基化學(xué)品的過(guò)程開(kāi)發(fā)4.5.1 糠醛4.5.2 乙酰丙酸4.5.3 木糖醇4.5.4 黃原膠4.5.5 草酸4.5.6 乳酸4.5.7 生物乙烯參考文獻(xiàn)第5章 生物基材料過(guò)程工程5.1 概述5.1.1 生物基材料簡(jiǎn)介5.1.2 生物基材料種類(lèi)5.1.3 生物基材料用途5.2 生物基材料制備過(guò)程研究開(kāi)發(fā)思路與方法5.2.1 生物基材料制備過(guò)程的共性關(guān)鍵問(wèn)題分析5.2.2 生物基材料制備過(guò)程原理5.2.3 生物基材料制備工藝過(guò)程5.3 生物基材料制備技術(shù)5.3.1 木質(zhì)纖維素改性材料5.3.2 微生物發(fā)酵材料5.3.3 淀粉改性材料5.3.4 其他生物基材料參考文獻(xiàn)第6章 生物基能源過(guò)程工程6.1 概述6.2 生物基能源的分類(lèi)及轉(zhuǎn)化方式6.2.1 生物基能源分類(lèi)6.2.2 轉(zhuǎn)化方式6.3 生物基能源的能效評(píng)價(jià)系統(tǒng)6.3.1 生物質(zhì)原料的能源含有量6.3.2 生物質(zhì)原料的熱能量轉(zhuǎn)化效率6.3.3 生物質(zhì)原料的物質(zhì)平衡6.4 分級(jí)定向轉(zhuǎn)化生物基能源產(chǎn)品6.5 生物基能源產(chǎn)品6.5.1 乙醇6.5.2 丙酮一丁醇6.5.3 氫氣6.5.4 生物柴油6.6 生物基能源的發(fā)展方向參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：植物資源種類(lèi)繁多，包括谷類(lèi)、農(nóng)作物殘余物、油料作物種子、糖類(lèi)作物、草料作物以及各種木本作物，不同植物原料組分差別很大，如谷類(lèi)主要組分為淀粉，農(nóng)作物秸稈主要組分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，而油料作物種子以油脂為主要組分。同種植物原料在不同的生長(zhǎng)期、不同的生產(chǎn)地和植物體的不同部位的組分也相差很大。但歸納起來(lái)生物基原料主要有四種基本化學(xué)結(jié)構(gòu)物質(zhì)：碳水化合物（糖、淀粉、纖維素和半纖維素），木質(zhì)素（多聚酚），脂類(lèi)和蛋白質(zhì)。除了這些基本結(jié)構(gòu)化合物外，還有幾百種生物基來(lái)源的有機(jī)化合物，并具有商業(yè)價(jià)值，包括生物醫(yī)藥材料、營(yíng)養(yǎng)物、天然產(chǎn)物和工業(yè)產(chǎn)品。如中草藥有效成分生物堿類(lèi)、苷類(lèi)、黃酮類(lèi)、萜類(lèi)、有機(jī)酸類(lèi)和多糖類(lèi)化合物。另外還有許多重要工業(yè)產(chǎn)品，如大漆，其為一種天然樹(shù)脂涂料，是割開(kāi)漆樹(shù)樹(shù)皮，從韌皮內(nèi)流出的一種白色黏性乳液經(jīng)加工而制成的涂料。松科植物馬尾松或其同屬植物樹(shù)干中取得的油樹(shù)脂，經(jīng)蒸餾除去揮發(fā)油后的遺留物——松香（Gumresin），其中的主要成分是單萜、倍半萜和雙萜類(lèi)化合物，松香及其深加工改性制品廣泛應(yīng)用于涂料、膠黏劑、油墨、造紙、橡膠、食品添加劑及生物制品等許多領(lǐng)域。天然橡膠也是一種重要的工業(yè)原料。面對(duì)如此復(fù)雜的植物原料，人們應(yīng)該采取何種開(kāi)發(fā)策略呢？因而必須打破原來(lái)生產(chǎn)單一產(chǎn)品的傳統(tǒng)觀念，在生物量全利用、組分分離、逐級(jí)利用思想的指導(dǎo)下充分利用各種組分，將其轉(zhuǎn)化為不同的產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)原料的充分利用、產(chǎn)品的價(jià)值最大化以及土地利用效率的最大化。

編輯推薦

《生物基產(chǎn)品過(guò)程工程》由化學(xué)工業(yè)出版社出版。

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