生物质化学.doc

1.生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。2.生物质能：将太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能源。3.生物质能的优点：可再生性,低污染性,广泛分布性,价格低廉,总量丰富。4.淀粉的结构:淀粉的基本结构单元:淀粉是纯粹的碳水化合物。淀粉颗粒含有微量的非碳水化合物物质，如蛋白质、脂肪酸、无机盐等，其中除脂肪酸被直链淀粉分子吸附，磷酸与支链淀粉分子呈酯化结合以外，其他物质都是混杂在一起。淀粉的分子式为(C6H10O5)n ，n为不定数，被称为聚合度(DP)，一般为800-3000；C6H10O5为脱水葡萄糖单元或脱水葡萄糖基(AGU)。（1）直链淀粉：占淀粉总量的20%，由数百个葡萄糖分子组成。属于线性高分子。 分子质量：3.2104-1.6105，相当于分子中有200-980个葡萄糖残基。直链淀粉是-D-吡喃葡萄糖基单元通过1-4糖苷键连接的线型聚合物。直链淀粉的螺旋结构：呈右手螺旋，每6个葡萄糖单元组成螺旋的一个节据，螺旋内部只含氢原子，是亲油的，羟基则位于螺旋外侧。（2）支链淀粉：(1)具有高度分支结构。(2)支链淀粉的分子较直链淀粉大，相对分子量在105-106间。(3)分子形状如高梁穗，由D-葡萄糖以-1,4糖苷键成链，分子接点上为-1,6糖苷键（占总糖苷键的4-5%）。(4)侧链分布不均匀，平均相距20-25个葡萄糖单元。5.淀粉与碘的显色反应非化学反应螺旋包合物直链淀粉的分子链越长，结合的碘越多，呈现的颜色也随之变化；聚合度12以下的不显颜色，聚合度12-15呈棕色；聚合度20-30呈红色；聚合度35-40呈紫色；聚合度45以上呈蓝色。分支很多的支链淀粉，在支链上的直链平均聚合度2028，这样形成的包合物是紫色的。6.淀粉颗粒的环层结构和偏光十字（双折射）由于淀粉颗粒内部存在着两种不同的结构即结晶结构和无定形结构的缘故。在结晶区淀粉分子链是有序排列的，而在无定形区淀粉分子链是无序排列的。这两种结构在密度和折射率上存在差别，即产生各向异性现象，从而在偏振光通过淀粉颗粒时形成了偏光十字。7.环糊精的结构：环糊精是由环糊精葡萄糖基转移酶（CGTase）作用于淀粉而产生的一类环状低聚糖 。以a-1,4糖苷键相互连接 。 常见的环糊精主要有a-、b-和g-CD。羟基OH构成环糊精的亲水表面，碳链骨架构成了环糊精的疏水内空腔8.纤维素的多分散性:纤维素是不同聚合度的分子混合物，即分子结构单元相同，结构单元间的连接方式也相同，但各分子的聚合度不同。这种现象称之为纤维素的多分散性9.纤维素含有大量的氢键。 10.纤维素酶的作用机理-外切-1-4聚葡萄糖酶（EC 3.2.1.91，也称C1酶）、内切-1-4聚葡萄糖酶（EC 3.2.1.4，也称Cx酶）、纤维二糖酶（EC 3.2.1.21，也称-葡萄糖二聚体酶）三种酶协同降解11.纤维素的磺酸酯制备步骤：第一步：用18% NaOH在15-30oC处理纤维素纤维，然后将多余的碱液压榨出去，在这个过程中纤维素降解，DP降至200-400。第二步：纤维素磺化：25-30oC，3小时，取代度大约为0.5。第三步：将黏胶液过滤，然后使它通过喷丝头进入酸液中（如硫酸）。这时纤维素的磺酸酯再生成纤维素，同时形成非常好的细丝称之为人造丝。12.半纤维素的含义：半纤维素是指高等植物细胞壁中非纤维素也非果胶类物质的多糖。半纤维素并不是纤维素合成的前驱物，半纤维素也与纤维素的合成无关。13.半纤维素与其伴生物的化学连接（1）半纤维素和木素之间的连接:在植物细胞壁中，木素与半纤维素之间存在着化学连接，形成木素与碳水化合物复合体，即LCC。木素与半纤维素之间连接键的形式主要有苄基醚键、苄基酯键和苯基配糖键等。（2)半纤维素与纤维素之间的连接:普遍认为在植物细胞壁中纤维素和半纤维素之间没有共价键连接。但半纤维素与纤维素微细纤维之间有氢键连接和范德华作用力，从而形成两者之间的紧密结合。(3)半纤维素和蛋白质之间的连接:植物细胞初生壁中含有2-10%的蛋白质，半纤维素与蛋白质之间有化学连接。14.膳食纤维由纤维素、半纤维素和木质素组成；半纤维素占50%以上。16.木质素作用：木质素是支撑植物生长的主要物质，同纤维素和半纤维素一起构成纤维素纤维，与以半纤维素为主的碳水化合物生成木素碳水化合物复合体存在于植物细胞壁中。（1）植物界中仅次于纤维素的最丰富和最重要的有机高聚物。（2）与半纤维素一起作为细胞间质填充在细胞壁的微细纤维之间，加固木质化组织的细胞壁，也存在于胞间层，把相邻的纤维细胞黏结在一起。(3)增加细胞的抗压强度，减少细胞壁的透水性。15.木质素：木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的，具有三度空间结构的复杂的高聚物。16.木质素无毒，分布不均匀，分离困难，性质不稳定。17.木质素的颜色 原本木质素白色或接近无色的物质；分离木质素取决于分离条件（浅奶油色、浅黄褐色到深褐色间）。 缓和条件下分离：色浅，如MWL，CEL剧烈条件下分离：色深，18.生产生物柴油的主要方法 到目前为止，人们已开发出了4种主要制备生物柴油的生产工艺。即直接掺和、微乳法、热裂解法、酯交换法。而用于大量生产生物柴油的方法主要是在碱或酸的催化作用下的酯交换法。由于酸和碱催化下生产生物柴油的方法存在很多缺点，现在正在开发利用生物酶催化和不加催化剂使反应在超临界下进行来生产生物柴油。19.碱催化法与酶催化法生产生物柴油的比较20.化学法与超临界法生产生物柴油比较 普通化学方法 超临界方法反应方法 1h 24min反应条件0.1MPa、3065 8.09 Mpa、239.4催化剂 有 无皂化产物 有 无产品收率 一般 更高分离物 甲醇、催化剂、皂化物 甲醇过程 复杂 简单 21.燃料乙醇的特点：（1）可再生能源（2）辛烷值高、抗爆性能好（3） 可直接作为液体燃料或者同汽油混合使用,可减少对不可再生能源-石油的依赖,保障本国能源的安全（4）使用含醇汽油可减少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，使燃烧更充分，降低燃烧中的CO等污染物的排放22.微生物产氢的关键因素产氢酶：产氢过程中能够使质子还原为氢气的酶有固氮酶和氢酶两种。固氮酶是由两种蛋白质分子构成的金属复合蛋白酶，一种含有铁，叫做铁蛋白，另一种含铁和钼，称为钼铁蛋白。能催化还原氮气成氨，氢气作为副产物产生。氢酶是微生物体内调节氢代谢的活性蛋白。氢酶又可以分为吸氢酶、可逆性氢酶。氢酶在微生物中主要功能是吸收固氮酶产生的氢气。可逆性氢酶的吸氢过程是可逆的，吸氢酶的吸氢过程是不可逆的。23.微生物制氢的三大方法：(1)光合微生物产氢；(2)微生物水气转换制氢；(3)暗发酵制氢。24.氢能的优势：（1）地球上的氢元素十分丰富。（2）氢气是最洁净的燃料-产物是水。（3）氢能的高效率：每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。 （4）氢是可储存的二次能源。25.产甲烷菌的共同特征是：生长缓慢。如甲烷八叠球菌在乙酸上生长其倍增时间为1-2天，甲烷菌丝倍增时间为4-9天。严格厌氧。对氧气和氧化剂非常敏感，在有空气的条件下就不能生存或死亡。只能利用少数简单的化合物作为营养。要求在中性偏碱和适宜温度环境条件。 代谢活动主要终产物是甲烷和二氧化碳为主要成分的沼气。简答：1.简要论述淀粉的糊化及其本质？定义：天然淀粉于适当温度下（60-80oC），在水中发生溶胀、分裂，形成均匀的糊状溶液，这种作用被称为糊化作用。本质：水分子进入淀粉颗粒中，结晶区和无定形区的淀粉分子间氢键断裂，破坏了淀粉分子间的缔合状态，分散在水中成为胶体溶液。2.简要论述半纤维素和纤维素的区别？(1)不同来源的纤维素组成相同： 均由b-D-葡萄糖组成，只是多分散性不同； (2)不同来源的半纤维素组成不同： a、不同原料高聚糖种类不同b、同种高聚糖在不同植物原料中糖基比不同 (3)纤维素是一种物质，而半纤维素是一类物质。 a、针叶材半纤维素糖基组成以甘露糖为主；b、阔叶材半纤维素糖基组成以木糖为主；c、乙酰基为半纤维素的特征官能团。 乙酰基：针叶材1-2% 阔叶材3%（3-5%）（4）连接形式 纤维素14，b-苷键半纤维素12、13、14、16，a-或b-苷键等多种连接 （5）聚合度 天然纤维素平均DP 8,000-10,000天然半纤维素平均DP 200左右3.什么是蛋白质的一级、二级、三级和四级结构？一级结构：多肽链中氨基酸的组成与排列顺序 二级结构：指借助于主链上的氢键维持的肽链有规律的螺旋或折叠形态。是多肽链局部的空间结构，而不涉及各R侧链的空间排布。 三级结构：指多肽链在级结构、超二级结构以及结构域的基础上，进一步卷曲折叠形成复杂的球状分子结构。包括多肽链中一切原子的空间排列方式。四级结构：两个或两个以上独立三级结构的多肽链通过次级键(疏水键、氢键、盐键)结合而形成的空间结构4、画出直链淀粉和支链淀粉的结构式。（1）直链淀粉-D-(14)甙键-D-(16)甙键（2）支链淀粉论述（根据情况自己酌情删减或添加）1、论述生物柴油的定义、特点及发展前景。生物柴油的定义：生物柴油是以可再生的生物材料为基础，比如大豆、油菜、玉米和向日葵，将甘油从脂肪和蔬菜油中分离出来，从而提炼出的酯类氧化燃料就是生物柴油，其化学成分是长链脂肪酸的单一烷基酯。它可以被生物降解，是一种无毒、无硫、不含芳香族物质的燃料。生物柴油的主要特性 （一）生物柴油的优点 具有优良的环保特性 由于生物柴油中硫含量低 生物柴油中不含对环境造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于常规柴油。 由于生物柴油含氧量较柴油高，使其燃烧时排烟少。生物柴油容易分解且无毒。 具有较好的低温发动机启动性能。具有较好的润滑性能。 具有较好的安全性能。由于闪点高，生物柴油不属于危险品。因此，在运输、储存、使用方面的优点是显而易见的。具有良好的燃料性能。生物柴油十六烷值高于常规柴油，这使其燃烧性好于柴油，燃烧残留物呈微酸性使发动机机油的使用寿命加长。具有可再生性能。 可供应量不会枯竭。发展生物柴油工业可以增强本国经济，尤其是国家农业经济。生产生物柴油的能耗低。生物柴油燃烧排放物对人体危害性小。生物柴油是一种真正的绿色柴油。 （二）生物柴油的缺点 （1）生产生物柴油的成本偏高。（2）生物柴油的粘度比传统柴油高。（3）生物柴油的储藏也存在问题。生物柴油的前景分析：生产和推广应用生物柴油的优越性是显而易见的：（1）原料易得且价廉。用油菜籽和甲醇为生产原料，可以从根本上摆脱对石油制取燃油的依赖。（2）有利于土壤优化。种植油菜可与其他作物轮种，改善土壤状况，调整平衡土壤养分，挖掘土壤增产潜力。（3）副产品具有经济价值。生产过程中产生的甘油、油酸、卵磷脂等一些副产品市场前景较好。（4）环保效益显著。生物查燃烧时不排放二氧化硫，排出的有害气体比石油柴油减少70%左右，且可获得充分降解，有利于生态环境保护。此外生物柴油由于竞争力不断提高、政府的扶持和世界范围内汽车车型柴油化的趋势加快而前景更加广阔。大力发展生物柴油，对于我国实施可持续发展战略具有十分重要的意义。首先，发展生物柴油可以部分缓解我国柴油供应紧张的状况并有助于部分替代进口产品，节约外汇，将对国家能源安全做出重大贡献；其次，种植油料作物，发展生物柴油，可以改变单一的“农产品加工食品”模式，开辟“农产品加工工业品”的发展新模式，调整农业产业结构，提高农民收入；发展生物柴油对于改变我国现有的燃油结构，保护城市环境和节约能源资源，进一步实施可持续发展战略具有十分重要的意义。随着人们对生物能源的认识不断加深、政府扶持力度的加大和研究的深入，生物柴