細胞破壁過程與生物煉製工程（簡體書）

陳洪章，中國科學院過程工程研究所，研究員，現任生化工程國家重點實驗室副主任、生物質項目首席研究員。



主持完成了中科院等多個研究項目，發表論文50多篇，申請國家專利31項（其中授權7項、美國專利1項），有10項發明專利得到產業化應用。目前負責國家十五\"863\"項目一項，中科院知識創新方向性項目二項，大型企業委託技術開發課題多項。已培養碩士1名、博士2名，在學碩士生5名、博士生2名、博士後2名。



主要致力於生態生化工程研究，以新型固態發酵和原料組分分離為核心，充分吸收分子生物學和工業生態學的新思路，研究生態生化工程的學科基礎和關鍵技術平臺問題。

中科院過程所生物質首席研究員著述的生物煉製系統著作，系統闡述微生物、低等植物、非糧能源植物、糧食、藥用植物細胞破壁技術以及在生物煉製中的應用。

第1章緒論1



1.1細胞壁資源的分類及其特點1



1.2細胞壁資源開發利用現狀與存在的問題2



1.2.1微生物2



1.2.2低等植物3



1.2.3非糧能源植物4



1.2.4糧食5



1.2.5藥用植物5



1.3細胞破壁過程工程6



1.3.1細胞破壁過程工程概述6



1.3.2細胞破壁過程工程的重要性6



1.3.3細胞破壁過程的關鍵技術8



1.4細胞破壁過程與生物煉製工程8



參考文獻10







第2章細胞壁特性11



2.1細胞壁的形成11



2.2細胞壁的功能12



2.3真菌細胞壁的組成特徵13



2.3.1幾丁質14



2.3.2葡聚糖15



2.3.3甘露聚糖15



2.4細菌細胞壁的組成特徵16



2.4.1肽聚糖16



2.4.2磷壁酸18



2.4.3外膜18



2.4.4脂多糖19



2.5植物細胞壁的組成特徵19



2.5.1植物細胞壁中的三大組分21



2.5.2非糧植物細胞壁的化學成分特性22



2.5.3糧食結構與細胞壁的化學組成23



2.6結論與展望24



參考文獻24







第3章細胞破壁關鍵技術26



3.1機械法破壁處理技術26



3.1.1超微粉碎破壁技術26



3.1.2高壓均質法28



3.1.3微波法28



3.1.4超聲空化法和水力空化法29



3.2非機械法破壁技術30



3.2.1物理法破壁技術30



3.2.2生物法破壁技術31



3.2.3化學法破壁技術32



3.2.4不同破壁方法的比較33



3.3以氣相爆破技術為核心的破壁技術33



3.3.1生物質汽爆過程主要影響參數36



3.3.2影響汽爆過程的生物質主要物料特性40



3.3.3低溫混合介質氣相爆破工藝48



3.3.4氣相爆破耦合超微粉碎破壁49



3.3.5氣相爆破耦合化學滲透破壁50



3.4小結51



參考文獻51







第4章細胞壁力學特性及其斷裂損傷力學55



4.1細胞壁力學特性及其研究方法概述55



4.1.1細胞壁力學特性研究對破壁的重要性55



4.1.2細胞壁力學研究方法56



4.2真空微波破裂細胞壁的力學研究61



4.2.1真空微波作用下的細胞內壓61



4.2.2真空微波處理破裂植物細胞壁的有限元分析63



4.3單螺杆擠壓破裂細胞壁的力學研究66



4.3.1螺杆擠壓對植物細胞壁的作用66



4.3.2單螺杆破裂植物細胞模型的建立67



4.3.3物料在擠壓過程中的溫度分佈68



4.4超微粉碎破裂細胞壁的力學研究68



4.4.1有限元法計算針葉樹材超微粉碎過程破壁力68



4.4.2J積分計算木材超微粉碎過程破壁力70



4.5汽爆破裂細胞壁的力學研究71



4.5.1汽爆過程秸稈物料脆性斷裂力學模型建立71



4.5.2汽爆過程秸稈細胞破碎聚合物彈性力學模型構建78



4.6小結88



參考文獻88







第5章細胞破壁與生物煉製過程中的傳遞工程學基礎91



5.1細胞壁與生物質煉製體系中傳遞-反應屏障91



5.1.1細胞壁――生物抵禦外界環境因素的防禦屏障91



5.1.2細胞壁――生物質煉製體系傳遞-反應屏障91



5.1.3生物質多孔特性與煉製反應體系中傳遞-反應過程92



5.2細胞破壁對其化學組成的影響92



5.2.1細胞破壁對植物原料化學組分的影響92



5.2.2細胞破壁對微生物化學結構的影響93



5.3細胞破壁對多孔特性的影響94



5.3.1物理法破壁對細胞多孔特性的影響94



5.3.2化學法破壁對細胞多孔特性的影響94



5.3.3生物法破壁對細胞多孔特性的影響94



5.3.4蒸汽爆破對生物質多孔特性的影響95



5.4破壁生物質多孔特性的質熱傳遞過程95



5.4.1生物質多孔介質內質熱傳遞過程95



5.4.2飽和多孔介質流動的控制方程96



5.4.3不飽和多孔介質內傳質及傳熱過程97



5.4.4基於恒溫壁面傳熱及熱空氣耦合傳熱模型的物料升溫過程模擬100



5.5細胞破壁與煉製體系中物質傳遞-反應間的關係102



5.5.1藥用植物原料破壁與活性成分的溶出102



5.5.2藥用植物原料破壁與非活性成分的綜合利用103



5.6細胞破壁技術在生物質煉製過程中的應用104



5.6.1細胞破壁技術在生物能領域原料預處理的典型工程應用104



5.6.2細胞破壁技術在製藥行業的應用104



5.6.3細胞破壁技術在食品工業的應用105



5.7生物質煉製體系的質熱傳遞過程強化方法105



5.7.1週期蠕動強化高固多相生物反應105



5.7.2氣相雙動態固態發酵110



5.8結論與展望112



參考文獻113







第6章微生物細胞壁資源生物煉製116



6.1微生物細胞壁的生理生化地位和作用116



6.1.1維持細胞形狀116



6.1.2抵禦外界環境干擾117



6.2微生物資源利用方式及其與細胞壁的關係117



6.2.1微生物代謝產物117



6.2.2微生物菌體117



6.2.3微生物與生物轉化118



6.2.4微生物資源的其它利用方式119



6.3典型有益微生物資源及其功能120



6.3.1益生菌120



6.3.2食藥用真菌121



6.4微生物致病性與微生物細胞壁破壁122



6.4.1革蘭氏陰性菌細胞壁中的內毒素122



6.4.2微生物細胞壁靶向誘導藥物開發122



6.4.3植物病原菌破壁與作物保護123



6.5微生物細胞破壁與微生物資源利用實例123



6.5.1大型子實體真菌破壁123



6.5.2絲狀真菌破壁127



6.5.3細菌破壁128



6.6結論與展望129



參考文獻129







第7章低等植物破壁過程與生物煉製工程132



7.1苔蘚破壁過程與生物煉製工程132



7.1.1苔蘚植物開發現狀及存在的問題132



7.1.2苔蘚植物破壁提取研究進展133



7.1.3藥用苔蘚的開發與利用133



7.1.4苔蘚提取液在農業上的應用134



7.2藻類破壁過程與開發利用135



7.2.1藻類植物開發利用現狀及存在的問題135



7.2.2藻類破壁過程研究進展135



7.2.3藻類生物能源的開發與利用136



7.2.4藻類作為食品的應用137



7.2.5藻類在農業生產中的應用138



7.3蕨類破壁過程與開發利用139



7.3.1蕨類植物綜合利用及主要問題139



7.3.2蕨類植物破壁研究進展140



7.3.3食用蕨類的開發利用140



7.3.4藥用蕨類的開發利用141



7.3.5蕨類植物在工業上的應用142



7.4小結142



參考文獻143







第8章非糧能源植物破壁過程與生物質煉製工程145



8.1非糧能源植物破壁過程145



8.1.1纖維素類能源植物破壁146



8.1.2糖類能源植物破壁152



8.1.3澱粉類能源植物破壁155



8.1.4其他類能源植物破壁158



8.2破壁非糧能源植物在生物質煉製中的應用160



8.2.1破壁纖維素在生物燃料領域的應用160



8.2.2破壁非糧能源植物在生物基材料方面的應用164



8.3非糧能源植物破壁技術分析166



參考文獻166







第9章糧食破壁過程與生物煉製工程171



9.1糧食破壁關鍵過程理念171



9.1.1糧食精加工模式存在的問題172



9.1.2全穀物加工模式存在的問題173



9.1.3糧食結構解析及破壁理念174



9.1.4糧食破壁過程研究進展175



9.2麩皮汽爆破壁煉製過程研究177



9.2.1麩皮的營養價值177



9.2.2麩皮原料開發利用存在的問題178



9.2.3麩皮汽爆破壁煉製過程研究179



9.3糧食破壁與分層多級利用183



9.4糧食破壁與全穀物煉製185



9.4.1高粱全穀物破壁過程研究185



9.4.2破壁糧食複配工藝研究186



9.4.3汽爆糧食制粉工藝研究191



9.4.4汽爆糧食發酵工藝研究192



9.5糧食綜合利用新型生態園區193



參考文獻194







第10章藥用植物破壁過程與生物煉製工程197



10.1藥用植物開發利用現狀及存在的問題197



10.2藥用植物破壁過程的研究進展198



10.2.1高壓熱水浸提法198



10.2.2超臨界流體萃取提取法199



10.2.3超微粉碎法200



10.2.4酶輔助提取法200



10.3藥用植物汽爆破壁過程研究201



10.3.1汽爆技術在藥用植物中的應用201



10.3.2氣相爆破破壁技術在藥物提取中的應用202



10.3.3細胞破壁常用設備對比204



10.3.4氣相爆破破壁在中藥炮製中的應用205



10.4鹽膚木資源破壁綜合煉製與生態產業鏈207



參考文獻209