Bioprocessing for Value-Added Products from Renewable Resources pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Yang, Shang-Tian 编

出品人:

页数:684

译者:

出版时间:2007-1

价格:$ 327.70

装帧:HRD

isbn号码:9780444521149

丛书系列:

图书标签:

Bioprocessing
Renewable Resources
Biotechnology
Biofuels
Biorefining
Sustainable Chemistry
Industrial Biotechnology
Fermentation
Biocatalysis
Value-Added Products

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具体描述

"Bioprocessing for Value-Added Products from Renewable Resources" provides a timely review of new and unconventional techniques to manufacture high-value products based on simple biological material. The current source for most chemicals and materials is petroleum. Anticipation of its limited future availability, along with record high prices has spurred interest in alternatives that will be both sustainable and cost-effective. In a very structured way, this book begins by describing the modern technologies that form the basis for creating a bio-based industry. Next, it lists the various organisms that are suitable for bioprocessing - from bacteria to algae - and it gives their unique characteristics.These first two parts set the stage for a variety of novel, experimental bioprocesses, such as the production of medicinal chemicals, the production of chiral compounds and the design of biofuel cells. It concludes with examples where biological, renewable resources become an important feedstock for large-scale industrial production. "Bioprocessing for Value-Added Products from Renewable Resources" provides a unique perspective of the industry and the field and serves as an important guide towards the future. The book is suitable for researchers, practitioners, students, and consultants in the bioprocess and biotechnology fields. The book reviews the principles underpinning modern industrial biotechnology, provides a unique collection of novel bioprocesses for a sustainable future, gives examples of economical use of renewable resources as feedstocks and is suitable for both non-experts and experts in the bioproduct industry.

生物加工与可再生资源价值链：从可持续原料到高附加值产品的深度解析本书聚焦于生物加工领域的前沿技术、创新应用及其在构建可持续经济体系中的核心作用。读者将通过本书深入了解如何利用可再生生物质资源，通过精密的生物转化过程，生产出具有高市场价值和环境效益的特定产品。本书旨在提供一个全面的框架，涵盖从原料获取、生物转化技术选择、下游分离纯化到最终产品商业化应用的完整链条分析。第一部分：可再生资源的生物质基础与预处理本部分详尽阐述了构建生物基产业的物质基础——可再生生物质。内容首先界定了各类生物质的来源、化学组成及其资源潜力，包括农业残余物、林业废弃物、能源作物以及特定藻类和微生物生物质。重点分析了这些资源的异质性对后续加工过程的影响。 1.1 生物质的结构与化学特性：深入剖析纤维素、半纤维素和木质素这三大主要组分的结构复杂性，以及它们如何限制生物转化效率。阐述了蛋白质、脂质和淀粉类生物质在特定产品路线中的独特价值。 1.2 生物质的预处理策略：预处理是释放生物质中可利用组分、提高反应效率的关键步骤。本书细致比较了物理法（如研磨、高压蒸汽）、化学法（如稀酸/碱处理、离子液体处理）和热化学法（如热解、气化）的优缺点、能耗及环境足迹。特别强调了绿色化学原则在预处理过程中的应用，力求降低对后续酶解或发酵过程的抑制效应。讨论了耦合预处理技术（如机械化学协同作用）以提高木质纤维素原料转化率的新兴研究。 1.3 资源化潜力评估：介绍如何通过生命周期评估（LCA）和原料质量指标，对不同生物质来源进行经济性和环境可行性评估，指导最优原料选择路径。第二部分：生物转化的核心技术与优化本部分是本书的技术核心，详细阐述了将预处理后的生物质转化为目标高附加值产品的各种生物转化平台。重点关注生物催化剂的设计、反应条件的精确控制以及过程的放大效应。 2.1 酶催化与生物精炼：深入探讨纤维素酶、半纤维素酶等关键水解酶系的结构、功能和工业应用。分析了提高酶活性的策略，如酶的固定化技术、定向进化和利用非水相体系。阐述了“生物精炼”的理念，即在同一操作中最大化从生物质中提取多种组分的潜力，而非仅侧重单一产物。 2.2 微生物发酵平台：详细介绍了代谢工程和合成生物学在构建高效“细胞工厂”中的应用。重点分析了利用工程化酵母、细菌和真菌生产有机酸（如乳酸、琥珀酸）、生物燃料（如丁醇、高级醇）和特种化学品的代谢通路设计与优化。讨论了如何通过调控底物利用率、最小化副产物生成来提高目标产物的滴度、转化率和产率。 2.3 非传统生物转化技术：介绍了利用特定微生物或酶进行化学选择性转化的技术，如利用单细胞油脂积累的藻类培养、生物膜反应器中的污染物降解与资源回收，以及利用生物电化学系统进行直接电子转移的生物转化。 2.4 反应器工程与过程放大：讨论了从实验室规模到工业规模放大过程中面临的挑战，包括传质、传热限制以及剪切力对微生物活性的影响。比较了不同类型的生物反应器（如连续搅拌罐式反应器、气升式反应器、固定化反应器）在处理粘稠或高固含量生物质浆料时的适用性与操作控制要点。第三部分：高附加值产品的分离、纯化与应用生物转化过程往往在稀水溶液中进行，目标产物浓度较低且存在大量杂质。本部分专注于高效、低成本的分离纯化技术，以及最终产品的市场化应用。 3.1 下游过程工程（DSP）：详尽分析了针对不同类型高附加值产品的分离策略。对于小分子、高极性产物（如有机酸、氨基酸），重点讨论膜分离技术（纳滤、反渗透）、电渗析和溶剂萃取的效率与选择性。对于大分子产物（如生物聚合物、特定蛋白），则侧重于沉淀法、层析技术（离子交换、疏水作用层析）以及超滤技术的优化组合。 3.2 绿色分离溶剂与技术：强调应用可持续的分离介质，如深共熔溶剂（DESs）和超临界流体萃取，以替代传统的有毒或高挥发性有机溶剂，降低分离过程的环境负荷和运营成本。 3.3 高附加值产品的应用领域：详细介绍通过生物加工生产的特定终端产品及其市场潜力：特种化学品：如萜类化合物、萜烯类香料、生物表面活性剂（如槐糖脂）在化妆品和清洁剂行业中的应用。生物基聚合物前体：如生物基1,3-丙二醇、乳酸乙酯在高性能塑料和可降解材料制造中的关键地位。营养与医药中间体：高纯度维生素、功能性寡糖和重组蛋白的纯化要求与质量控制标准。第四部分：经济性、可持续性与未来展望本部分将技术分析提升到战略层面，探讨生物基产业的商业可行性和长期发展方向。 4.1 经济可行性与成本结构分析：建立一个全面的经济模型，用于分析影响生物加工项目盈利能力的关键因素，包括原料成本波动、催化剂的寿命与回收率、能源消耗以及下游分离的资本和运营支出。探讨如何通过整合多个价值流（多联产）来分摊固定成本，提高整体经济效益。 4.2 环境可持续性评估：回顾生命周期评估（LCA）在指导生物基产品环境性能优化中的作用。重点分析生物精炼过程中副产物（尤其是木质素）的完全资源化路径，以实现接近零排放的目标。 4.3 政策驱动与市场整合：分析全球范围内支持生物基技术发展的政策框架（如碳税、可再生能源配额），并讨论如何通过与传统石化产业的耦合（生物-石化一体化）来加速技术落地和市场接受度。 4.4 前沿挑战与研究方向：展望生物加工领域尚未解决的关键科学和工程难题，包括开发能够在复杂、高抑制性底物上高效运作的极端微生物菌株、实现真正意义上的高效木质素化学利用，以及开发更具鲁棒性和经济性的连续化分离技术。本书适合从事生物化工、化学工程、生物技术、材料科学及可持续发展领域的科研人员、研究生以及工业界的工程师和决策者阅读。它不仅提供了扎实的理论基础，更强调了从实验室创新到工业化规模生产的实际工程考量。