第1章 纤维素生物技术概述 1
1.1天然纤维素原料定义 1
1.2木质纤维素资源特点 1
1.2.1原料组成结构复杂性 2
1.2.2原料组织结构不均一性 3
1.3纤维素生物技术开发研究的意义 6
1.3.1在自然界物质循环中的作用 6
1.3.2在绿色化学与工程中的地位与作用 7
1.3.3纤维素生物技术在循环经济中的地位与作用 8
1.3.4化学工业、发酵工业的原料战略转移 9
1.4纤维素生物技术开发的研究进展 10
1.4.1天然纤维素原料转化研究的发展过程 10
1.4.2天然纤维素原料微生物转化存在的问题及前景 12
1.4.3打开生物质资源宝库的钥匙——酶 12
参考文献 13
第2章 天然纤维素原料化学组成与结构 15
2.1天然纤维素原料的主要成分 15
2.2植物细胞壁生物结构 15
2.3纤维素 17
2.3.1纤维素的化学结构 18
2.3.2纤维素的物理结构 18
2.3.3纤维素的理化性质 19
2.3.4纤维素的生物合成 22
2.4半纤维素 25
2.4.1半纤维素的化学结构 26
2.4.2半纤维素的化学性质 27
2.4.3半纤维素的生物合成 28
2.4.4半纤维素的生理功能 28
2.5木质素 28
2.5.1木质素的分布 29
2.5.2木质素的结构 29
2.5.3木质素的理化性质 31
2.5.4木质素的合成 33
2.5.5木质素的生物功能 36
2.6灰分 38
2.7果胶 40
2.8色素 40
2.9细胞壁蛋白 41
2.9.1结构蛋白 41
2.9.2酶蛋白 42
2.9.3疏水性蛋白 43
参考文献 43
第3章 纤维素生物学基础 47
3.1降解天然纤维素原料的微生物 47
3.1.1纤维素微生物 48
3.1.2半纤维素微生物 51
3.1.3木质素微生物 52
3.1.4纤维素微生物群落 53
3.2降解天然纤维素原料的动物 55
3.2.1原生动物 55
3.2.2无脊椎动物 55
3.3纤维素酶学性质与酶解机制 57
3.3.1纤维素酶学性质 57
3.3.2纤维素酶解机制 61
3.4纤维素酶解糖化 66
3.4.1纤维素酶解的因素 66
3.4.2纤维素酶解的方式 67
3.5半纤维素生物转化 69
3.5.1半纤维素的物质组分与结构特点 69
3.5.2半纤维素的降解机理 70
3.6木质素生物转化 71
3.6.1木质素降解相关酶系 72
3.6.2木质素降解的机理 73
3.7天然纤维素原料微生物降解过程 74
3.7.1天然纤维素原料的营养性质 74
3.7.2微生物对纤维素原料的侵入 75
3.7.3天然纤维素的微生物降解机理 76
3.8纤维素生物技术生态学基础 80
3.8.1纤维素微生物生态学发展历程 80
3.8.2纤维素微生物与地球生态系统的碳素循环 81
3.8.3 工业生态学的形成及纤维素生物技术的生态产业化研究进展 82
参考文献 84
第4章 天然纤维素原料的预处理及初级炼制技术 89
4.1天然纤维素原料初级炼制的内涵与发展历程 89
4.1.1天然纤维素预处理的必要性 90
4.1.2天然纤维素原料组分分离概念的提出 91
4.1.3生物质原料炼制新思路——选择性结构拆分的提出 91
4.2天然纤维素原料预处理技术 92
4.2.1物理预处理 92
4.2.2化学预处理 95
4.3组分分离 99
4.3.1组分分离的评价标准 99
4.3.2组分分离技术研究进展 100
4.3.3组分分离技术发展前景 102
4.4选择性结构拆分 102
4.4.1选择性结构拆分发展历程 102
4.4.2选择性结构拆分技术现状分析 103
4.4.3选择性结构拆分技术发展趋势 111
参考文献 112
第5章 纤维素生物技术与生态农业 116
5.1生物饲料 116
5.1.1单细胞蛋白 116
5.1.2人工瘤胃发酵饲料 119
5.1.3青贮饲料 119
5.1.4微贮饲料 120
5.2生物肥料 120
5.2.1秸秆生态肥料 120
5.2.2木质素肥料 122
5.3生物农药 123
5.3.1木霉源生物农药 123
5.3.2寡糖素 125
5.3.3果胶酶 126
参考文献 127
第6章 纤维素生物技术与生物质能源 131
6.1纤维素燃料乙醇发酵 131
6.1.1木质纤维素生产乙醇的途径 132
6.1.2木质纤维素发酵制备乙醇工艺 133
6.1.3木质纤维素发酵燃料乙醇的关键技术 136
6.1.4示范工程 137
6.2生物制氢 137
6.2.1氢能概述 137
6.2.2制氢技术研究现状 138
6.2.3生物质制氢的发展、现状及存在的问题 140
6.2.4木质纤维素发酵制氢技术 143
6.3沼气发酵 143
6.3.1沼气国内外利用现状 144
6.3.2沼气发酵生理生化过程 144
6.3.3沼气的发酵工艺 144
6.3.4沼气发酵的问题 146
6.3.5木质纤维素产沼气的研究 146
参考文献 147
第7章 纤维素生物技术与化工 152
7.1丙酮-丁醇的发酵生产 153
7.1.1菌种的选育 153
7.1.2丙酮-丁醇发酵菌株的底物利用 154
7.1.3连续发酵和固定化细胞发酵 154
7.1.4溶剂回收工艺 155
7.1.5纤维素丁醇发酵技术现状及其问题 155
7.2有机酸的生产 156
7.2.1乳酸与聚乳酸 156
7.2.2乙酰丙酸 158
7.2.3柠檬酸 160
7.3 2，3-丁二醇的生产 161
7.3.1产生2，3-丁二醇的微生物 161
7.3.2菌株的2，3-丁二醇代谢途径 162
7.3.3 2，3-丁二醇的微生物转化 162
7.4木糖醇的生产 166
7.4.1产木糖醇的微生物 166
7.4.2微生物体内木糖醇合成的调控 166
7.4.3木糖醇的微生物转化 166
7.5糠醛的生产 170
7.5.1制备糠醛的原料 170
7.5.2糠醛的制备方法 171
7.5.3玉米秸秆半纤维素蒸汽爆破分离制备糠醛 172
7.6黄原胶的生产 173
7.6.1生产菌种及其改造 173
7.6.2发酵的微生物转化 173
7.6.3黄原胶生产技术的改进 174
7.7细菌纤维素的生产 175
7.7.1细菌纤维素的生产菌株 176
7.7.2细菌纤维素的生物合成途径 176
7.7.3细菌纤维素的微生物转化 176
7.8木质素生物转化化工产品 179
7.8.1酶法合成木质素基高分子材料 179
7.8.2木质素的生物降解产物 179
参考文献 181
第8章 纤维素生物技术与制浆造纸 188
8.1生物制浆 188
8.1.1生物制浆机制 189
8.1.2生物制浆用微生物及酶 190
8.1.3生物制浆工业化及经济分析 190
8.1.4生物制浆存在的问题 192
8.2生物漂白 195
8.2.1原料和纸浆中的半纤维素 196
8.2.2木聚糖酶在漂白过程中的作用机制 196
8.2.3木聚糖酶在生物漂白过程中的效能 198
8.2.4生物漂白过程 198
8.2.5生物辅助漂白工艺 199
8.2.6木聚糖酶技术的开发和前景 199
8.2.7木质素降解酶的生物漂白 199
8.3生物技术在制浆造纸其他方面的应用 201
8.3.1基因工程技术在改良造纸用材方面的应用 201
8.3.2微生物发酵在亚硫酸盐制浆废液中的应用 202
参考文献 202
第9章 纤维素生物技术在其他工业中的应用 204
9.1在纺织工业中的应用 204
9.1.1棉纤维的结构与性能 204
9.1.2再生纤维素纤维及其纺织品 207
9.2在环境保护中的应用 209
9.2.1白腐真菌在环境污染治理中的应用 209
9.2.2秸秆生态工程恢复材料方面的应用 211
参考文献 215
第10章 纤维素生物技术生态工业模式 217
10.1清洁生产理论 217
10.2循环经济 218
10.3工业生态学 220
10.3.1工业生态学概念演绎 221
10.3.2工业生态学方法 221
10.3.3工业生态学的研究领域与特点 222
10.3.4工业生态学研究的意义 224
10.4生态工业园区 225
10.4.1生态工业园区的建设目标和特点 225
10.4.2工业生态园区的设计 225
10.4.3工业生态园区的建立 226
10.5纤维质原料生物量全利用与生态工业工艺过程的分析 226
10.5.1纤维质原料的直接转化 227
10.5.2纤维质原料生物量全利用工业概貌 228
10.6天然纤维素原料生物量全利用存在的问题 232
10.7生态工业理念在天然纤维素生物量全利用技术中的应用 233
10.7.1生态工业及其在生态农业产业结构中的作用 233
10.7.2天然纤维素原料生物量全利用的技术体系与研究 235
10.8纤维素生物技术生态产业新模式典型范例 236
10.8.1秸秆生态板材生态肥料生态产业链示范 236
10.8.2秸秆酶解发酵燃料乙醇生态产业链示范 236
10.8.3秸秆半纤维素发酵丙酮-丁醇的综合利用 237
10.8.4甜高粱发酵乙醇及联产有机肥料生态产业链 239
10.8.5葛根发酵燃料乙醇及其联产葛根黄酮的生态产业链 240
10.8.6麻类纤维清洁脱胶及其生态产业链 241
10.8.7皇竹草醇电联产生态产业链 242
10.8.8木质纤维素原料选择性液化及其生态产业链 243
参考文献 244
第11章 纤维素生物技术研究方法 247
11.1纤维素原料初级炼制过程研究方法 247
11.1.1引言 247
11.1.2纤维素原料初级炼制过程中形貌结构研究方法 247
11.1.3纤维素原料初级炼制过程中组成研究方法 251
11.1.4纤维素原料初级炼制过程中分子功能基含量研究方法 253
11.1.5纤维素原料初级炼制过程工艺研究方法 254
11.2纤维素微生物降解及酶解过程研究方法 255
11.2.1引言 255
11.2.2纤维素降解微生物资源学研究方法 256
11.2.3纤维素降解微生物选育方法 259
11.2.4纤维素降解相关酶系结构及活力测定方法 261
11.2.5纤维素酶解机理研究方法 265
11.2.6纤维素酶固定化及回收方法 267
11.3纤维素发酵工程研究方法 268
11.3.1引言 268
11.3.2纤维素生物转化发酵抑制物产生及去除方法 269
11.3.3纤维素酶的发酵与分离提取研究方法 273
11.3.4纤维素糖平台 285
11.3.5纤维素酶解发酵分离偶合方法 288
11.3.6半纤维素发酵过程研究方法 289
11.3.7木质素降解过程研究方法 291
11.4纤维素原料生物转化过程工程研究方法 292
11.4.1引言 292
11.4.2纤维素生物转化过程放大与缩小研究方法 292
11.4.3纤维素原料生物转化过程集成研究方法 294
11.4.4纤维素生物转化生态产业链研究方法 297
11.4.5纤维素生物转化过程技术经济分析方法 299
11.4.6纤维素生物转化过程生命周期研究方法 302
参考文献 303