工业生物技术与生物炼制资料
最新-工业生物技术与绿色生物制造-谭天伟 精品
水消耗严重
OECD:化工产品水消耗占工 业用水43%
丙烯腈
己内酰胺 异戊橡胶
170.7
160 410
32%
28% 75%
2.3 生物基化学品，是我国未来化工原料多元化战略 的重要突破口
丰富的可再生生物质资源是化工原料的重要选择 原料
糖、油脂、非 粮生物质、有 机废弃物、甚 至工业废气和 二氧化碳等
乙醇
发酵
丁二烯
Dehydration
2,3-丁二醇
Fermentation
葡萄糖
ABE-
Oxidative Dehydrogenation
发酵
1-丁烯
Dehydration
n-丁醇
13
ICBB, 3-5 December 2013, Xiamen
生物基芳烃
CO + H2
Gasification
生物质
趋势：大宗化学品的生产和消费正在从西方向东方转移，我国大宗化学品 产业面临着前所未有的机遇和业是国民经济和国防工业 重要支柱，但受资源匮乏所限， 原料高度依赖进口，需多元化原 料结构。
种类 表观消费量 （万吨，2013 年数据） 进口依存 度
乙二醇
二乙二醇 对二甲苯
甲醇
MtA
发酵 + 化学合成 (实验室水平)
BTX
?
葡萄糖
木质素
芳烃的生物合成路线
Source: B. Kim, H. Park, D. Na, S.Y. Lee, Biotechnology Journal 2014, 9 15
丙烯的其他合成路线
甲烷
Gasification
合成气
Metathesis
第十章 生物炼制
Abengoa Bioenergy Biomass 及Chesterfield公司
• 投资：7600万美元 • 拟建厂址：堪萨斯州 • 原料：700吨的玉米秸秆、麦秸、高粱秆、柳枝稷 以及其他原料/天 • 计划年产：1140万加仑乙醇（约3.5万吨），产生 足够的电力以供应生产设施，还有富余的能源供给 周边
• 5月宣布：2007～2011年将投入2亿美元资助小规模纤维素生
物炼制的技术开发，选择5～10个项目予以资助，要求申请 者自筹50％的经费。 另外，投资2300万美元资助5个乙醇发 酵菌研究，投3800万招标纤维素酶生产研究。 • 6月宣布：将投入3.75亿美元建立三个新的生物能源研究中
心，以加大纤维素乙醇和其他生物燃料的基础研究力度。
2013-7-31
46
•恒沸精馏法 醋酸钾（70%）与醋酸钠（30%）能溶于水和乙 恒沸精馏法----在95%乙醇中添加夹带剂苯、 •分子筛脱水 醇，可以脱去乙醇中的水。 环已烷、戊烷等进行精馏，夹带剂可与乙醇溶 •醋酸钾及醋酸钠混合液脱水法 以沸石为分子筛，装入塔中，当95%的乙醇经 乙醇脱水技术 液中的乙醇、水形成新的三元恒沸物，三元恒 过塔时，被吸附的3/4是水，1/4是乙醇。 •萃取蒸馏法 沸物与纯乙醇之间的沸点相差比较大，从而可
2007年 生物产业大会和国际生物经济大会 2020年 生物质能源替代运输燃料15%
第一节 生物炼制概述
一、生物炼制的基本定义 • 生物质----分布于植物体内的大量含碳化合物，主
要包括纤维素、半纤维素、木质素以及淀粉、蛋白 质及脂类化合物，是丰富的生物基产品原料。
• 生物炼制----以可再生的生物质为原料，经过生物
细胞利用廉价原料过量积累一种或多种化学品，甚至去
生物炼制与石油炼制一体化——促进我国生物质能源发展的有效对策之一
ｓ ｕ ｅ ｏ ｃ ｍ ｐ ｒ ｈｅ ｔ ｏ ｓ ｒ ｔ ｇ ｅ ｆｉ ｅ ａ ｅ ｏ ｔ ｕ ｔｏｎ ａ ｅ ｒ ｔ ｏ ｔ ｕ ｔｏｎ ｗ ｉｈ ｒ ｇ ｒ ｏ ｔ ｄｉｄ ｔ ｏ ａ ｅ ｔ ｗ ｔ ａ ｅ ｉ ｓ ｏ ｎｔ ｇｒ ｔ ｄ ｃ ｎｓ ｒ ｃ ｉ ｎｄ ｓ ｐａ ａ ｅ ｃ ｎｓ ｒ ｃ ｉ ｔ ｅ ａ ｄｓ ｔ
ｉｔｇ ａ ｅ ｎ ａ ｂｏ ｅｉ ｅ ｙ ｅ ｔ ｒ ｒｓ ｏ ｓｒ ｃｉｎ ｉ ｐ ｒ ｐ ｉｔ ｒ ａ ． ｃ ｓ ｆａ ｆ ｅ ｔ ａ ｏ ｒ ｊｃ ｓ ｎ ｅ ｒ ｔｄ ｉ ｉ ｒｆｎ ｒ ｎ ｅ ｐ ｉｅ ｃ ｎ ｔｕ ｔｏ ｎ ａ ｐ ｏ ｒａｅ ａ ｅ ｓ Ａ ａ ｅ ｏ ｕ ｌｅ ｈ ｎ ｌｐ ｏ ｔｉ ｅ
第６卷 １
第 ７ 期
化
工 学
报
ＶｏＬ ６１ ＮＯ．７
２１ ０ ０年 ７月
ＣＩ ＥＳＣ Ｊ ｕ ｎ ｌ ｏ ｒ ａ
Ｊ ｌ ２ Ｏ ｕｙ Ｏ１
生 物 炼 制 与 石 油 炼 制 一 体 化
促 进 我 国 生物 质 能 源发 展 的有 效 对 策 之 一
覃伟 中，李 强，朱 兵 ，陈丙 珍
中 图 分 类 号 ：Ｔ ０ ８ ８ Ｑ ２ ．
Ｉ ｔ ｇ ａ ｉ ｎ ｏ ｉ ｒ ｆｎ ｒ ｎｄ ｏ ｌｒ ｆｎ ｒ ｎ ｅ ｒ ｔｏ ｆ ｂ ｏ ｅ ｉ ｅ ｙ ａ ｉ ｅ ｉ ｅ ｙ：
生物炼制
生物炼制复习题生物基平台化合物中文名及其化学结构式填空题生物炼制中的转化反应式简答生物基平台化合物中文名及其化学结构式3-HPA 3-羟基丙酸DMF 二甲基甲酰胺DMSO 二甲基亚砜THF 四氢呋喃HMF 5-羟甲基糠醛MTHF 甲基四氢呋喃BHT 2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚3-HBL 3-羟基-γ-丁内酯LEV A 乙酰丙酸FDCA 呋喃二酸TOP123-HPA 3-羟基丙酸丁二酸FDCA 呋喃二酸LEV A 乙酰丙酸ASP 天门冬氨酸葡萄糖二酸GIU 谷氨酸衣康酸3-HBL 3-羟基-γ-丁内酯GI 甘油Sorb 山梨醇木糖醇填空1.生物炼制：以可再生的生物质为原料，经过生物、化学、物理方法或这几种方法集成的方法，生产一系列化学品、材料与能源的新型工业模式。
2. 生物催化化学催化物理方法燃料生物质热、电化学品材料生物合成平台3.写出五种单糖D-葡萄糖 D-甘露糖 D-半乳糖木糖 L-阿拉伯糖4.木质纤维素化学组成(纤维素、半纤维素、木质素）结构特点：直链,氢键作用强,成晶体,难水解木质素和纤维素之间通过化学键相连5.对松柏醇对芥子醇对香豆醇6.木质纤维素预处理 (Pretreatment)三个主要目的:1.除去木质素的阻碍, 增加纤维可接触度2. 分出半纤维和半纤维水解而产的混合糖3. 减少纤维结晶度，促进纤维素的水解4.不增加糠醛等对后续发酵有影响的物质蒸汽爆破法优点：木质生物资源的蒸汽爆破预处理方法可有效地分离出活性纤维不用或少用化学药品，对环境无污染近年来研究得较多,技术成熟稀酸水解法优点：成本: 低,主要是稀硫酸操作: 很少的设备腐蚀工业化: 有大规模工业应用潜力,IOGEN公司中试所采用的方法。
实际的效果: 完全能达到预处理目的缺点：酸的中和带来无机物污染后续的纤维水解酶价格高酸水解后半纤维水解混合糖的利用(涉及浓度高低问题)酸处理副产物糠醛等对发酵影响（1）蒸汽爆破法（2）稀酸水解法（3）低温氨爆破法（4）二氧化碳爆破法（5）球磨法（6）溶剂法纤维素基产品链：（1）葡萄糖（2）山梨醇（3）葡糖苷（4）果糖（5）乙醇（6）羟甲基糠醛（HMF)（7）乙酰丙酸生物炼制的原料和产品生物炼制原料：木质纤维素(纤维素、半纤维素、木质素）糖基化学品（淀粉、单糖、多糖）生物基油脂蛋白基材料生物炼制产品：生物能源：燃料乙醇、生物柴油、微藻能源、生物制氢生物基材料：纤维、塑料、橡胶生物基化学品：大宗平台化合物和精细化学品粗豆油纯化过程可以得到植物化学品：脱胶—卵磷脂，黏土脱色—叶绿色，水蒸气蒸馏脱臭——甾醇和生育酚，精制—脂肪酸。
综述：生物质炼油
生物质炼油一、背景生物质炼油化工厂是指以各种各样的生物质资源为原料,将生物质的转化处理过程机械化,最终联产燃料(主要是生物质燃料乙醇、生物丁醇、生物柴油)、动力(能量)和化学品的一个体系。
实际的生物质炼油化工厂像石油炼油厂一样,是一体化的联合工厂,它可从各种原料生产燃料和大量相关产品。
这一概念起源于20世纪90年代,是为应对化石资源终将枯竭和不可再生的问题,利用取之不尽、用之不竭的可再生生物质资源而发展起来的,是长远性、战略性、基础性经济社会的发展方向,得到世界许多国家的重视和发展。
利用生物质炼油在发达国家已经开始工业化,并且发展势头迅猛,在2008年金融危机后,引起了国际上的特别关注。
美国政府近期已将生物质炼油化工厂的建设列为政府的发展重点,以期开创一个新的绿色能源经济。
我国也十分重视生物质炼油化工技术的研发、建设和产品的推广使用。
2004年,科技部高新技术和产业化司启动了“十〃五”国家科技攻关计划“生物燃料油技术开发”项目; 2005年,国家专门研讨了农林生物质工程专项、替代燃料发展战略、生物能源和生物化工发展战略,起草了《生物质产业发展工程专题研究报告》; 2007年,国家制定了《可再生能源中长期发展规划》; 2010年,国家能源局成立了微藻固碳制生物质能源示范中心和国家生物质液体燃料研发中心。
鉴于2007~2010年间,美国政府通过能源部推出了一系列有关生物质炼油化工厂研究、原料供应系统建立、中试、示范工厂建设项目,总投入超过十几亿美元,因此,有必要对这方面的情况进行较为全面的介绍,并结合我国实际现状,思考我国生物质炼油化工厂的发展,以期加快我国在生物质资源利用方面的步伐,为我国的能源安全和经济的可持续发展提供借鉴。
二、现状1、美国嘉吉公司生物炼油厂设想2003年12月,美国Gargill公司展示了国际上第一座工业运转的生物质炼油化工厂。
此后,生物质炼油化工厂的建设在美国蓬勃展开。
美国政府也十分重视生物质炼油化工厂的建设,一直给予投资和扶持。
生物炼制细胞工厂研究进展
生物炼制细胞工厂研究进展摘要生物炼制作为新兴的工业模式，现已成为世界范围内的研究重点。
将现代生物技术用于细胞工厂的微生物改造方面已经取得了很大的进展，包括产物产量、原料利用率以及微生物代谢途径改造等，但是仍然无法满足现实生产的需要。
本文简要总结了近年来在生物工厂研究方面取得的进展及仍然存在的问题，并展望了细胞工厂的研究前景。
关键词：生物炼制; 细胞工厂; 目的产物; 代谢途径。
AbstractAs a new industrial pattern, biorefinery become the research focus of the world. Modern biological technology has been used in the transformation of cell factories, such as the transformation of microbial metabolic pathways. But the production level can’t meet the actual needs. In the article, we summarize the study results in recent years, analysis the problem need to solve, and descript the future direction of development.Keywords: biorefinery; cell factory; aim production; metabolic pathways.继蒸汽时代之后，以石油为基础的现代工业体系成为社会经济发展的中流砥柱，但是由于石油和煤炭一样为不可再生资源，而且会对环境造成巨大的损害，使社会经济的可持续发展面临着资源短缺和环境恶化的巨大挑战。
当今世界都在为用生物可再生资源代替化石资源的战略大转移而努力。
生物工艺学复习题
第一讲概论1、至今生物技术的发展史上经历了三个浪潮，分别是？2、什么是工业生物技术？3、什么是生物炼制？4、工业生物技术重大产品系列涉及哪些？第二讲发酵概论次级代谢产物涉及大多数的抗生素、生物碱和微生物毒素等物质。
它们的发酵属于生长与产物非偶联的类型，一般分为菌体生长、产物合成和菌体自溶３个阶段。
1、发酵的定义？原本指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程。
现在从广义将发酵看作是微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经特定的代谢转变成所需产物的过程。
2、有氧发酵与厌氧发酵的区别？介绍的产品中哪些是有氧发酵？哪些是厌氧发酵？3、发酵过程中菌体生长的阶段？4、分批发酵、补料分批发酵、连续发酵？分批发酵：简朴的过程，培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出，除了空气的通入和排气。
整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。
一次投料，一次接种，一次收获间歇培养分批发酵的优缺陷：§操作简朴、周期短§染菌的机会减少§生产过程、产品质量易掌握§不合用于测定过程动力学§对基质浓度敏感的产物，用分批发酵不合适补料分批发酵：一种介于分批培养和连续培养之间的操作方式。
在进行分批培养的过程中，向反映器内加入培养基的一种或多种成分，以达成延长生产期和控制培养过程的目的。
没有输出或间歇放掉部分发酵液（半连续发酵）补料分批发酵与传统分批发酵相比，其优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。
低基质浓度的优点：1）可解除底物克制，产物的反馈克制和快速运用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不致于加剧供氧的矛盾；2）可减少培养基的黏度，并尽也许地延长产物的形成时间。
3）避免培养基积累有毒代谢物。
与连续发酵相比，补料分批发酵不需要严格的无菌条件，也不会产生菌种老化和变异等问题。
局限性：1）放掉发酵液的同时也丢失了未运用的养分和处在生产旺盛期的菌体；2）定期补充和带放使发酵液稀释，送去提取的发酵液体积更大；3）发酵液被稀释后也许产生更多的代谢有害物，最终限制发酵产物的合成；4）一些经代谢产生的前体也许丢失；5）有助于非产生菌突变株的生长连续发酵：优点：控制稀释速率可以使发酵过程最优化。
高中生物备课资料 第二章 生物科学与工业 第2节 酶在工业生产中的应用课件 浙科选修2
酶制剂生产的大致过程
自学思考3：将酶制剂直接用于催化化学
反应，反应结束后酶制剂会和底物、产物混 合在一起。这样酶制剂因不能重复使用而浪 费，同时也影响了产物的纯度和质量。科学 家是如何解决这个难题的呢？
科学家通过固定酶来解决酶不能重复使用 和影响产物纯度这个难题。
方法：将分离纯化后的酶固定在非水溶性
第2节 酶在工业生产中的应用
回忆什么是酶：
酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物
酶的来源
酶的功能 酶的化学本质
大部分酶是蛋白质，少数是RNA。
2、酶的特性
①酶具有高效性
→ ②酶具有专一性
多样性
③酶的作用条件较温和
—需要适宜的温度和pH值
3、酶的类型及命名
胞内酶
①按酶分布部位 胞外酶
②按酶催化的底物
载体上，形成固定化酶。使用时，将被固 定的酶投放到反应溶液中，催化反应结束 后又能将固定的酶回收。
酶的常用固定方法ห้องสมุดไป่ตู้
载体结合法： 将酶吸附在 载体表面上
交联法： 将酶相互 连接起来
包埋法： 将酶包埋在细微
网格或微囊里
使用固定化酶的优点：
稳定性较高，在一定时间范围内可反复和连续 使用，又不影响反应物纯度，有利于工业生产 中转化反应的连续化和自动化。
1、当代人类面临的重要能源课题： 用可再生的生物资源替代不可再生的 石油、煤炭、天然气等矿产资源，真 正解决世界的能源危机。
2、可能替代化石燃料的新能源——酒精
自学 思考
1
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物， 广泛存在于动植物和微生物的体内，如猪的 胰脏中有蛋白酶，大麦麦芽中有淀粉酶，我 们可以怎样获取这些酶呢？
制浆造纸生物质精炼资料
生物质精炼与制浆造纸马乐凡（长沙理工大学化学与生物工程学院，湖南长沙410114）摘要：介绍了生物质炼制的概念，以及木质纤维原料生产生物质燃料的工艺和过程，重点介绍了制浆造纸工业与生物质精炼相结合的主要技术。
关键词：生物质；精炼；半纤维素；木素；黑液气化化石资源（煤、石油、天然气）日益枯竭和化石燃料燃烧产生的大气污染是制约人类社会可持续发展所面临的重大难题。
生物质来源于绿色植物的光合作用，是一种取之不尽、用之不竭的可再生资源，如果人类能用生物资源替代化石资源，就可以实现资源的可持续利用，以及地球上碳的自然循环，解决化石燃料燃烧所引起的温室效应等环境问题。
进入21世纪以后，各国政府先后制定了利用生物质资源的发展框架。
美国计划到2030年用生物质产品和生物质燃料替代25%的有机化学品、20%的运输燃料、以及5 %的电、热等能源；欧盟计划到2020和2050年分别用生物质产品替代20%的运输燃料和58%的总能源；日本和印度等国家也纷纷制定了本国的生物炼制发展战略。
同时，世界上许多大公司也参与到生物炼制（精炼）的研发中来，例如美国嘉吉(Cargill)公司建立了世界上第一座工业化的生物炼制工厂，杜邦(DuPont)公司投资近1亿美元开发生物质化学品，并成功地工业化生产出丙二醇产品，BP(British Petroleum)公司投资5亿美元，与美国加里福尼亚大学、伊利诺伊大学和劳伦斯伯克利国家实验室合作，共同研发生物质能源。
我国政府也高度重视生物质炼制产业的发展，相继启动了一大批与生物炼制有关的“973”、“863”、以及自然科学基金等研究项目，提出了到2020年用生物质能源替代运输燃料15%。
很多企业也在生物质精炼研发项目上投入了巨资，取得了一系列成果。
一、生物质炼制1、什么是生物质炼制1）概念生物质（biomass）是指一切直接或间接利用绿色植物光合作用形成的有机物质，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。
工业生物技术与生物炼制PPT课件
固体废物处理
利用微生物转化固体废物 ，实现废物的减量化和资 源化利用。
土壤修复
利用微生物修复被污染的 土壤，降低土壤中有毒有 害物质的含量，恢复土壤 生态功能。
04
CATALOGUE
工业生物技术与生物炼制的挑战与前景
技术挑战与解决方案
技术成熟度
目前工业生物技术与生物炼制技术尚未完全成熟，仍存在 一些技术瓶颈和挑战。例如，高效率酶的筛选和优化、生 物反应器的设计及放大等。
工业生物技术的应用领域
生物医药
利用生物技术生产药物、疫苗和诊断试剂等。
农业与食品
培育转基因作物，改进食品加工工艺和食品安全 检测等。
环保与能源
生物降解污染物，生物质能源的开发与利用等。
工业生物技术的发展趋势
基因编辑技术的广泛应用
CRISPR等基因编辑技术将进一步优化生物 品种和生产过程。
微生物组学与合成生物学的研究 进展
生物炼制的基本流程包括原料准备、生物转化和产品分离 三个阶段。原料准备阶段主要是将生物质原料进行破碎、 干燥、预处理等操作，以便于后续的转化过程。生物转化 阶段是通过生物或化学方法将原料转化为能源和化学品， 如发酵、酶催化等。产品分离阶段则是将目标产品从反应 体系中分离出来，进行精制和提纯。
生物炼制的主要技术
详细描述
生物炼制是指利用可再生生物质资源，通过生物或化学方法转化成能源和化学 品的过程。其目标是实现能源和化学品的可持续生产，减少对化石燃料的依赖 ，降低温室气体排放，同时促进经济发展和就业。
生物炼制的基本流程
要点一
总结词
生物炼制的基本流程包括原料准备、生物转化和产品分离 三个阶段。
要点二
详细描述
Hale Waihona Puke 生物塑料01利用微生物或酶催化合成可降解的塑料，减少对环境的污染。
玉米芯生物炼制研究进展
玉米芯→粉碎→木聚糖提取→精制→精制木聚糖液→酶 降解→粗产品→精制→浓缩→粗品→精制→纯品。 ５ 糠醛
糠醛学名呋喃甲醛， 是一种重要的有机化工产品， 在合 成树脂 、石 油 炼 制 、染 料 、医 药 以 及 轻 工 行 业 都 有 广 泛 的 用 途 ［１８］。糠醛的沸点为 １６１．７℃， 凝固点为 － ３６．５℃， 相对 密 度 为 １．１６， 是一种具杏仁气味的浅黄色的油状液体。以其为原料的 主 要 深 加 工 产 品 有 糠 醇 、四 氢 呋 喃 、呋 喃 树 脂 、麦 芽 酚 、乙 基 麦 芽 酚 、呋 喃 基 环 缩 醛 类 合 成 香 料 等 ［１９］。
玉米芯中的半纤维素主要是由 Ｄ－ 木 糖 为 主 链 的 木 聚 糖 组成， 是生产低聚木糖的最佳原料之一。玉米芯酶法制备低聚 木糖工艺过程一般由玉米芯粉（ ６０ 目） 经过预处理、酶解 反 应 以 及 分 离 、精 制 得 到 低 聚 木 糖 产 品 ［１７］。低 聚 木 糖 的 生 产 过 程 包 括 木 聚 糖 的 提 取 和 精 制 、木 聚 糖 的 水 解 和 纯 化 几 个 步 骤 。生 产 工艺流程如下：
高中生物 第二章 生物科学与工业配套课件 浙科版选修2
原理
传统(chuántǒng)免疫 抗原基因重组
抗原基因表达
第六页，共27页。
微生物发酵与食品生产 【典例1】下面(xià mian)是家庭酿造甜米酒的具体操作过程：先将米加热 煮至七成熟，待冷却至30℃左右，加少许的水和一定量的“酒药”(实际是 酵母菌菌种)与米饭混合后置于一瓷坛内(其他容器也可)，在米饭中央挖一 小洞，加盖后置于适当地方保温(28℃)，12小时即可。请从以下几个方面 对发酵过程做简单的分析。
第十九页，共27页。
(2)若要鉴定淀粉酶基因是否插入酿酒酵母菌，可采用的检测方法是 __________；若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶，可采用 __________检测。将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上，培养 一定时间后，加入碘液，该工程菌周围出现透明圈，请解释该现象发生 的原因(yuányīn)：____________________。 (3)如何进一步鉴定不同的转基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小？ _____________________________________________。 (4)微生物在基因工程领域中有哪些重要作用？(写两点) ____________________，_________________________。
第十二页，共27页。
(1)人类基因能和异种生物的基因拼接在一起，是因为它们的DNA 分子都具有____________结构，都是由四种脱氧核苷酸构成的。 (2)获取(huòqǔ)真核生物的基因通常使用的方法是____________。 已知人的胰岛素氨基酸序列后，从理论上说，不能由此准确地推 断出人胰岛素基因的碱基排列顺序，因为①________________； ②_________________。 (3)在上述基因工程操作的①→②和③→④过程中，必须使用 ______酶；④→⑤过程需要使用________酶形成重组质粒。
生物炼制技术的发展
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１
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国 际 原油 价格
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路飙 升
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．
原 油 价格 已 多 次 冲 刺
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美元 桶
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我国 是
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个 化 石 能 源严 重 短 缺 的 国 家
植物细胞破壁过程与生物炼制工程概述
植物细胞壁断裂过程是生物精炼工程的一个重要步骤，在生产植物生物量的生物基产品方面发挥着至关重要的作用。
在这一过程中，工厂生物量的细胞壁被细分为释放细胞内物质，然后用于生物燃料生产、生化生产和药品等各种工业用途。
植物细胞壁中断有几种方法，包括物理、化学和生物方法。
物理方法包括使用磨坊，磨坊，超音速等机械力破碎细胞壁。
化学方法利用酸，碱，酶等多种化学物质降解细胞壁成分。
生物方法利用微生物或其酶来降解细胞壁成分。
植物细胞壁中断的物理方法之一是磨珠，它涉及使用磨珠来分解细胞壁。
生物质与磨珠混合，放入室内，珠与生物质碰撞，导致细胞壁破裂。
这种方法对于破坏木材、草和农业残留物等各种植物生物质的细胞壁是有效的。
植物细胞壁中断的化学方法包括酸水解，碱处理，以及酶消化。
酸水解涉及使用硫酸或盐酸等强酸将细胞壁成分分解成糖。
碱处理利用氢氧化钠或氢氧化铵等碱使细胞壁成分溶解。
酶消化涉及使用各种酶，如纤维素，肝细胞素，和皮氏素将细胞壁成分降解为糖。
植物细胞壁中断的生物方法利用微生物或其酶降解细胞壁组件。
某些真菌和细菌能够产生强大的酶，可以打破植物生物质的细胞壁。
这些酶可用于生物精炼过程，以高效地从植物生物量中释放糖和其他宝贵的细胞内含量。
在生物精炼工程中，被破坏的植物细胞壁组件可以进一步加工，以生产生物燃料，生化，生物塑料等生物基产品。
释放的糖可由微生物发酵，生成生物乙醇，生物丁醇或其他生物燃料。
其他细胞内含量如蛋白质，脂质，抗氧化剂等可用于生产生化物质和药品。
植物细胞壁中断和生物精炼工程的一个成功例子是用玉米炉生产生物乙醇。
玉米炉是一种现成的农业残留物，含有大量纤维素和肝素纤维。
通过物理和化学方法的结合，玉米炉的细胞壁可以被有效干扰以释放糖，然后可以发酵产生生物乙醇。
这一进程在许多国家已经商业化，促进了可持续生物能源的发展并减少了对矿物燃料的依赖。
植物细胞壁的破坏是生物精炼工程中的一个关键步骤，它能够有效地利用植物生物量生产生物制品。
生物法制备丁二酸
化工、造纸、纺织等行业和领域。
技术优势(特点、指标等)1. 避免了酸法对设备耐酸的要求，生产工艺属绿色工艺；2. 克服了酶法对酶纯度和活性要求高、操作控制难的问题；3. 淀粉的水解转化率与酶法相当，比酸法高，最高可达96.39%；4. 生产出的淀粉糖浆色泽浅，质量好，不仅避免了脱色工序，节约了精制费用，而且有利于后续工艺利用。
技术水平领先项目所处阶段工艺放大阶段投资规模及设备需求8万设备需耐低压经济效益分析年产值2W合作方式技术指导生物法制备丁二酸项目概述(功能、用途等)丁二酸是生物炼制产品工程中最重要的碳四平台化合物，在医药、食品、化学工业等领域具有广泛的用途。
目前丁二酸主要消费市场如下：最大的市场是作为表面活性剂、清洁剂添加剂和起泡剂；第二是离子鳌合剂；第三个市场是食品行业中作为酸化剂、pH改良剂、风味物质和抗菌剂；第四个市场是和健康有关的产品，包括医药、抗生素和维生素的生产，但丁二酸真正的潜力是作为大规模工业原料的应用，替代苯和石油等大宗化工原料的前景非常的广阔，如1，4-丁二醇、γ-丁内酯、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、已二酸等。
近年来PBS（聚丁二酸丁二醇酯）类高分子材料由于其出色的性能正成为生物材料中的佼佼者。
日本昭和高分子和美国伊士曼公司进行了PBS的工业化生产，规模相对较小，分别为5000吨和15000吨，主要原因在于其聚合单体——丁二酸的成本较高。
采用生物法制备PBS类材料的聚合单体——丁二酸可大幅降低其原料成本，对于加速PBS材料的应用与推广具有非常重要的意义。
技术优势(特点、指标等)南京工业大学丁二酸课题组科研人员经过不懈的努力，在生物基丁二酸的生产研究方面取得了重大突破。
课题组筛选获得一株丁二酸生产菌株产琥珀酸放线杆菌NJ113（CGMCC NO．1716），具有优良的丁二酸生产性状，目前生物法制备丁二酸项目已取得中试技术开发的成功，利用5M3发酵罐进行丁二酸的发酵生产，产物浓度可以达到70g/L，质量收率达到70％，生产强度达到2.0g/（L·h）。
第二章 生物炼制与可再生资源
酸解、酶解
糖和木质素
糖类 木质素
气化 高温、低氧
合成气
生物质 （纤维素、 淀粉、 蛋白质、 动物粪便 等）
生 物 质 转 化
消化
细菌
生物气
蛋白质
脂肪
其他物质
高温分解 生物油 催化、加热、 加压 萃取 机械、化学 分离 机械、化学 种植肥料 碳素链
图2.2 生物炼制工艺
—— 生物炼制可以被分为生物质生产地区类型和废弃材 料使用类型两种。在巴西、美国、中国、东南亚和澳大利 亚这些国家和地区大量种植甘蔗、玉米、甜菜、木薯、西 米椰子和土豆等用于生物炼制，用农业产品发展新工业。
2.3.2 生物材料
聚羟基脂肪酸酯（PHA），是很多微生物合成的一种 细胞内聚酯，是一种天然的高分子生物材料，它具有良 好的生物相容性、生物可降解和塑料的热加工性能，同 时可作为医用材料和生物可降解包装材料。 聚乳酸（PLA）是以发酵法生产的乳酸为原料，并进 一步合成的用于包装的生物材料。美国Cargill公司采用
省以陈化粮为原料进行燃料乙醇的规模化生产，年生产能
力达102万吨。
2.3.1.2 生物柴油 生物柴油是一种以动植物油脂为原料，经过酯交换反
应（碱、酸或酶催化）加工而成的清洁可再生的脂肪酸甲
酯（FAME）或脂肪酸乙酯（FAEE）燃料，目前生物柴油主 要以植物油为原料与甲醇发生酯交换反应得到脂肪酸甲酯。 全球生物柴油生产主要集中在欧盟和美国。2005年全 球生物柴油产量400万吨。欧洲主要以菜籽油、美国主要
目前生物炼制产业还处于刚刚起步阶段，很多技术 难题未能解决，这严重影响产业的规模化和推广，各企 业、高校和政府应积极合作，在预处理技术、发酵技术、
工程技术等方面共同攻关，力争走在世界的前列。
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荒漠推进
干旱频发
飓风肆虐
当使用石油与煤炭时，就意味着将远古时 期埋藏的CO2释放出来，由于人类超量使用化 石资源排放大量温室气体，带来严重的温室效 应，导致灾害性气候频发，已造成农业减产、 绝收，引发粮食危机和社会危机。
大气中CO2浓度导致气温上升
CO2浓度
气温
目前，空气中CO2含量较100年前已提升了35.7% ，并导致了约1 ºC的温升。气温上升1.5 ºC，20%物种 将面临灭绝。气温若升高2 ºC，海平面则可能上升0.41.4米，我国东南沿海部分城市将不复存在，如上海
原料和加工路线的变更
过去
阳光
现在和将来
植物生物量
化石资源
石油路线
产品 化学品和能源
生物可再生资源
生物路线
微生物代谢途径
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
1 Biochemical Pathways
2
3Leabharlann 4567
8
9
10
石油路线
粗原料
原料 中间体
平台 化合物
衍生 化学品
合成 中间体
终产品
生物路线
生物制造是全球战略性新兴产业
超过GDP约40%的工业是生物制造发展的空间
工业生物技术是生物质资源利用的关键
OECD提出：“工业生 物技术是工业可持续发 展最有希望的技术”。
生物制造已显示出巨大潜力
• OECD预测：至2030年，将有 35%的化学品和其它工业产品来 自生物制造
工业39%
农业生物技术
农业生物技术是指运用基因工程、发酵工程 、细胞工程、酶工程以及分子育种等生物技 术，改良动植物及微生物品种生产性状、培 育动植物及微生物新品种、生产生物农药、 兽药与疫苗的新技术。
Industrial biotechnology
以微生物或酶为催化剂进行物质转化，大 规模生产人类所需的化学品、医药、能源、 材料等，是解决人类目前面临的资源、能 源及环境危机的有效手段。
混沌世界
生态乐园
植物
消除大量CO2
海藻
早期地球，CO2占空气量的 80%，氧气不多，温度达
460 ºC温室效应严重
当今地球，蓝色星球 拥有防辐射的臭氧层
，CO2占空气量 0.038%，氧气21%
今天的蓝色星球，源于生命的拓荒
温室气体排放导致的地球温室效应带来 严重的灾害性气候
北极冰融化 冰灾突袭 洪水爆发
工业生物技术与生物炼制
姜岷 Email:jiangmin@ 南京工业大学制药与生物工程学院
History of biotech.
生物技术的发展史
经验生物技术时期：天然发酵阶段（混合发酵）
近代生物技术建立时期：纯种培养、通风搅拌发酵技术
中国有着悠久的生物技术应用的历史
早期的作坊式生物技术代表： ✓ 夏朝 酿酒 ✓ 商朝 制酱 ✓ 周朝 酿醋
我国的CO2排放问题已相当严峻
➢ 我国的发电、钢铁、水泥、汽车造成的工业排放总量已超 过美国，居世界第1位，人均已超过世界平均水平，实际 远不止这些
➢ 我国的单位GDP能耗是世界平均水平的3.1倍。比美国高5 倍，比日本高8.2倍，甚至比菲律宾还高3.52倍
➢ 中国单位GDP的二氧化碳排放量是美国的5.5倍，日本的 13.8倍，高收入国家平均水平的7.9倍，世界平均水平的4.6 倍
拉动 人口 健康
推动 农业生物技术
拉动 食品
Green Biotechnology
推动
工业生物技术
White Biotechnology
拉动
资源 能源 环境
医药生物技术
抗生素：青霉素等生物法制备的药物及其衍生药物
现代生物制药发展包括两个方向：“采用基因工程的加 工技术来生产蛋白质”和“将基因和分子生物学领域先 进技术作为研究工具”。 前一类药品仍将是未来5-10年生物技术药品市场的主流 ，后一类药品代表着生物技术行业的研发方向，主要指 靶向性药物，包括治疗型单抗和治疗型疫苗领域。
CO2排放问题将可能引发政治危机
面对国际金融危机的严峻形势，欧美国家已提 出碳关税。面临这一形势，我国将如何应对？
低碳经济：我们必须的选择与重大机遇
➢ 现代人类活动与化石能源引起的温室效应、干 旱、洪灾、冰川融化…，我们已不能承受
➢ 21世纪末温升可能超过5 ºC ➢ 西方经济与科技模式的问题 ➢ 低碳：未来经济的核心，未来科技的特征
文明的困惑：资源能源短缺
化石资源的替代
社会经济 可持续发展
化石经济
发展工业生物技术，寻求化石资源的替代已经成为 社会经济可持续发展的重大战略方向。
远古生命体是今天化石能源的来源
植物
煤炭
藻类
石油
动物
天然气
今天的煤、石油、天然气是远古时动植物、藻 类死后沉积后经过亿万年物理化学变化形成的。
远古生命体是生物固定CO2的产物
生物能源
生物基材料 大宗化学品 精细化学品 大宗发酵产品 食品与配料
微生物工业制剂
生物高分子材料 生物基单体聚合物 生物质加工材料
化工醇、酸、溶剂、 涂料、表面活性剂 甾体激素、手性胺、 手性醇、医农化产品
抗生素、维生素、有机 酸、氨基酸、酶制剂 等
发酵食品、功能食品、 添加剂、功能菌剂 等
生物冶金、生物造纸、生 物制革、生物纺织等菌剂
基于化石资源的工业文明的巨大成就
依赖化石资源的工业文明利用不可再生的化石 资源，集中的生产方式，高的生产效率，创造了 大量的物质财富，丰富人类的物质社会，创造了 当今繁华盛世。
工业文明在科学技术上取得巨大的进步，是 未来人类物质文明的科技基础。
工业文明的恶果：环境污染
化石经济，付出了巨大的环境代价（白色污染、水污染、 空气污染、臭氧层空洞、全球变暖等）
现代生物技术进步的重要标志—— 青霉素深层发酵
✓ 1928年，弗莱明爵士发现青霉素 ✓ 1944年，辉瑞公司开发了青霉素大规模液体深层发
酵标志工业化生物技术的诞生
现代生物技术的发展历程
科学
人类基因组学 及相关科学
动植物基因组学 及相关科学
微生物基因组学 及相关科学
技术
社会需求
推动
医药生物技术 Red Biotechnology
低碳经济模式
经济转型的若干问题： ➢能源工业和材料工业是基础工业转型的核心 ➢ 工业与经济核算的模式变更
− 全生命周期的质量、能量、成本、效益分析 − 全生命周期的碳排放分析
生物质资源：永不枯竭的金矿
据估计，全球每年能产生相当于 650亿吨碳的生物质，仅需利用 小于 10% 生物质资源，即可替 代化石资源。