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第一部分　背景及概述——原理和基础知识1

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96

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138

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160

9 Iogen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

10.4.1　Ralstonia 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187

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210

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

12.5.2　GJ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262

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294

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

16.4.1　CBH-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