Enzymatic Hydrolysis of Cellulose

Enzymatic Hydrolysis of Cellulose pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Noyes Data Corporation/Noyes Publications
作者:C. R. Wilke
出品人:
页数:164
译者:
出版时间:1983-4
价格:USD 24.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780815509455
丛书系列:
图书标签:
  • Cellulose
  • Enzymatic Hydrolysis
  • Biomass
  • Biofuel
  • Renewable Energy
  • Enzymes
  • Biotechnology
  • Industrial Biotechnology
  • Sustainable Chemistry
  • Polysaccharides
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具体描述

纤维素酶解:生物催化在可再生资源转化中的前沿应用 图书简介 本书深入探讨了纤维素酶解技术在生物质转化领域的关键地位及其广阔的应用前景。纤维素,作为地球上储量最丰富的可再生有机聚合物,是构建第二代生物燃料、生物基化学品和先进材料的理想原料。然而,纤维素的复杂结构——高结晶度和难以穿透的微纤丝网络——构成了其生物转化的主要挑战。本书旨在系统梳理并阐述如何通过高效的酶促反应克服这些结构障碍,实现纤维素的有效“解构”和高价值转化。 第一部分:纤维素的结构、性质与挑战 本书首先对纤维素的分子结构进行了详尽的解析。内容涵盖了葡萄糖单元的立体化学、纤维素大分子链的排列方式(I型、II型等晶型),以及微晶区域与无定形区域的分布。重点分析了这些结构特征如何共同决定了纤维素的物理化学性质,例如高强度、低反应活性和对溶剂的惰性。 随后,我们详细探讨了纤维素原料的多样性及其预处理的必要性。原材料的来源(如农业残余物、木材、草本植物)决定了其组成和结构复杂性。预处理技术是实现后续酶解成功的关键第一步。书中对物理法(如研磨、高压)、化学法(如稀酸、碱、离子液体)以及热化学法(如蒸汽爆破)的机理、效率和环境影响进行了细致的比较分析。特别强调了有效预处理应达到的目标:降低结晶度、破坏木质素屏障、增加比表面积,从而为酶分子提供足够的接触位点。 第二部分:酶解系统的核心——纤维素酶复合物 本书的核心章节聚焦于纤维素酶复合物的生物化学基础。纤维素酶并非单一酶,而是一个协同作用的酶系,主要由三种关键组分构成:内切葡聚糖酶(Endoglucanases, EG)、外切葡聚糖酶(Exoglucanases, CBH)和 $eta$-葡萄糖苷酶($eta$-Glucosidases, BGL)。 内切酶的作用机制: 阐述了内切酶如何随机攻击纤维素链内部的无定形或晶体区域,产生短链寡糖。书中详细分析了不同家族(如GH Family)内切酶的催化残基和底物特异性。 外切酶的角色与重要性: 重点讨论了氧化还原(CBH I/II)和水解(CBH II)外切酶如何从纤维素链的末端逐步水解,这是产生可发酵单糖(葡萄糖)的主要途径。讨论了它们对结晶区域的降解能力及其与内切酶的协同作用模型(“鸟笼效应”)。 $eta$-葡萄糖苷酶的“清除”作用: 解释了BGL如何水解细胞寡糖和纤维二糖,并关键性地清除酶解过程中产生的抑制性低聚物,从而维持酶活性的持续性。 此外,书中深入探讨了酶的结构-功能关系,包括催化域(Catalytic Domain, CD)和底物结合域(Carbohydrate-Binding Module, CBM)的功能、连接肽(Linker)的重要性,以及CBMs如何介导酶与底物表面的特异性结合,增强水解效率。 第三部分:影响酶解效率的关键因素与优化策略 实现工业化酶解需要深入理解并控制影响反应进程的各个参数。本部分系统地分析了这些限制因素并提出了相应的工程优化方案。 底物因素: 结晶度、比表面积、寡聚度以及原料的木质素和半纤维素残留量对酶解速率的影响模型。 酶学因素: 酶的浓度、酶/底物比例、酶的纯度、以及不同酶组分之间的最佳比例。书中详细介绍了活性单位的测定方法(如DNS法、滤糖法)。 反应环境控制: pH值、温度对酶活性的影响曲线分析。特别讨论了工业应用中维持稳定pH的缓冲体系的选择。 酶的失活与抑制: 深入分析了底物抑制、产物抑制(特别是葡萄糖对BGL的反馈抑制)以及酶自身的热失活机制。 针对这些挑战,本书详细介绍了先进的优化策略: 1. 酶工程改造: 利用定向进化和理性设计来提高酶的热稳定性和对特定底物的亲和力,例如通过修饰CBMs以增强对高结晶纤维素的结合能力。 2. “鸡尾酒”酶制剂: 探讨了如何根据原料特性定制高效的酶混合物,以实现快速、彻底的纤维素水解。 3. 反应器工程: 比较了分批式、补料分批式和连续流反应器在酶解过程中的优劣,以及如何通过优化搅拌和传质来克服反应液的高粘度问题。 第四部分:酶解产物的后续转化与综合利用 纤维素酶解的最终目标是将水解产物——葡萄糖——转化为有价值的终端产品。本书最后一部分将酶解技术置于整个生物炼制(Biorefinery)的框架下进行考察。 内容涵盖了葡萄糖发酵生产乙醇、丁醇、乳酸等平台化学品的技术瓶颈与前沿进展。此外,也探讨了利用酶解产物生产高附加值生物基材料(如生物塑料前体)的可能性。重点分析了酶解液的纯化、脱色和脱盐技术,这些步骤对于后续微生物发酵的成功至关重要。 本书的读者对象包括生物化学、生物工程、化学工程领域的学生、研究人员以及致力于生物质能源和材料开发的行业专业人士。通过本书的学习,读者将建立起对纤维素酶解从分子机理到工业实践的全面、深入的理解。

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读后感

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用户评价

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我购买这本书的初衷,是想了解如何优化整个生物炼制流程,尤其是关注如何将水解产物——葡萄糖——转化为高附加值的化学品,比如生物基材料单体或燃料。然而,这本书的叙事似乎在葡萄糖产出那一刻戛然而止。对于后续的发酵转化步骤,或者酶解液中残留的抑制性物质对微生物活性的影响,几乎没有涉及。这让我感觉这本书的视野非常局限,只关注了“分解”这一单一动作,而忽略了“利用”这一最终目标。一个完整的科学工程项目,必然涉及到上下游的无缝衔接。我期望看到的是一个流程图,清晰地展示了从原料进厂到最终产品出厂的每一步优化策略。这本书虽然在酶解机理上提供了坚实的基础知识,但它在“生物精炼一体化”这个现代生物技术的大趋势上,明显失焦了。它更像是一本专注于“如何最好地切开面包”,却完全不关心接下来如何用这些面包片去做三明治的指南。

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这本书的篇幅厚重,纸张的质感也相当不错,显然是一部用心制作的学术专著。然而,当我试图寻找关于“纤维素预处理技术”的综合性概述时,我感到深深的失望。预处理,作为水解过程的先决条件和成本大头,其重要性不言而喻,但书中对各种主流预处理方法(如酸解、碱解、离子液体处理)的比较分析,仅仅停留在理论层面上,缺乏对不同预处理方法对下游酶解效率实际影响的量化对比。例如,针对不同木质纤维素基质(如稻草、硬木、竹子),哪种预处理方案在经济效益和酶解率之间达到了最佳平衡点?这样的实际操作指南和权衡分析,才是决定该技术能否走出实验室的关键。书中花了大量篇幅解析了某些特定底物在特定pH值下的反应速率,这固然重要,但这种细致入微的“钻牛角尖”,似乎是以牺牲对整体流程的宏观把握为代价的。它更像是一份聚焦于反应核心环节的说明书,却遗漏了构建完整工厂所需的所有外围基础设施的说明。

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整本书的引用文献列表看起来非常权威,包含了大量经典文献,这无疑增加了其可信度。但是,这种对经典的推崇,似乎也带来了一个问题:对新兴研究领域的覆盖不足。例如,关于如何利用人工智能(AI)或机器学习模型来预测最佳酶用量和反应时间,从而实现过程的智能控制,这些前沿的热点话题在书中完全没有体现。当前的技术发展速度要求我们必须拥抱数据驱动的决策模式,而这本书的思维定式似乎还停留在传统的“试错法”优化阶段。此外,在讨论酶的固定化技术时,对于一些新兴的载体材料,如MOFs(金属有机框架)或共价有机框架(COFs)在酶稳定性和活性维持方面的应用潜力,也只是一笔带过,没有深入探究。因此,尽管它为基础研究提供了扎实的基石,但在面向未来、追求效率和自动化生产的工程实践领域,它提供的工具箱显得有些陈旧,缺乏对下一代技术的预见性布局。

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这本书的封面设计着实吸引人,那种深沉的墨绿色调配上精致的植物纤维纹理,让人立刻感受到一股浓厚的学术气息。我原本是冲着生物化学前沿进展来的,期待能看到一些关于新型催化剂在复杂多糖分解中的应用突破。翻开扉页,前言部分简明扼要地勾勒了当前生物质能源转化的宏伟蓝图,但遗憾的是,随后的章节内容似乎将重点过于集中在某些特定酶系的结构解析与反应动力学上,对于更广泛的宏观应用层面,比如大规模工业化生产中的成本控制、副产物处理,或者不同地域原料特性的差异化处理策略,着墨甚少。我特别希望能看到一些关于溶剂效应如何影响纤维素晶体结构活化的讨论,或者至少是不同反应器设计如何影响酶的回收和再利用效率的案例分析。这本书的理论深度毋庸置疑,对于纯粹的生化研究者而言,其中的酶促机制解析部分或许是金矿,但对于关注实际工程化解决方案的读者来说,可能会觉得这份“干货”略显单薄,更像是某特定实验室多年的阶段性成果汇编,而非一本涵盖全貌的指导手册。整体阅读下来,我感觉自己被邀请进入了一个结构精密的实验室内部,但通往更广阔田野的道路却有些模糊不清,缺少了将微观分子世界与宏观经济效益联接起来的桥梁。

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阅读体验上,这本书的行文风格可以说是极其严谨,甚至有些刻板。每一个论点都建立在详尽的数据支撑之上,图表绘制得一丝不苟,充满了各种复杂的动力学曲线和光谱分析结果。然而,这种过度依赖数据的倾向,使得文本的可读性大打折扣。对于我这样背景稍杂的读者来说,很多时候我不得不停下来,对照着附录中的符号说明才能勉强跟上作者的思路。我期待的,是能有一些更具启发性的讨论,比如作者如何看待当前酶制剂价格居高不下这一核心痛点?或者,在比较不同微生物来源的纤维素酶系时,是否可以引入一个更直观的“性价比”评估框架,而非仅仅罗列比活数据?书中的论述像是一条直线,精确地指向了目标,但沿途的风景——那些激发灵感的、跨学科的思考——却被忽略了。我希望能看到更多关于“为什么”而不是仅仅“是什么”的探讨。更让人费解的是,在讨论酶的稳定性问题时,似乎跳过了一些关键的稳定化技术,例如固定化技术与基因工程改造的最新进展,这让这本书在时效性上略显滞后。

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