生物质的开发与利用

1、 生物质的开发与利用纤维素：是由类似于多个葡萄糖分子组成的大分子多糖，是自然界最丰富的天然高分子，是植物细胞壁的主要成分。 纤维素物理结构： 纤维素的链结构 纤维素的聚集态结构：晶体结构、非晶体结构、取向结构、液晶结构 大分子间的氢键及其影响纤维素的物理性质：1.纤维素的吸湿与解吸 1）吸附：纤维素纤维自大气中吸取水或蒸汽 2）解吸：因大气中降低了蒸汽分压而自纤维素放出水或水蒸气2.纤维素的润胀与溶解 1）润胀：纤维素吸收润胀剂后，其体积变大，分子的内聚力减小，但不是其表观均匀性。 分为有限润胀和无限润胀。 2）溶解：以分子状态进入溶液。 纤维素在溶剂中的溶解并非真正的溶解，所得溶液不是真的纤

2、维素溶液，而是由纤维素 和存在于液体中的组份形成的一种新的加成产物。 溶解的意义： 1）测定纤维素的聚合度。 2）生产纤维素的衍生物时，需将纤维素溶解。3. 纤维素的表面电化学性质 1）纤维素可做绝缘材料。 2）绝缘性能与水分和灰分的含量有关。 3）纸浆纤维染色后，可用碱性燃料直接染色。4. 纤维素的热降解：纤维素的热降解是指纤维素在受热过程中，其结构和物理、化学性质发 生的变化。5.纤维素的光降解6.纤维素的机械降解纤维素的化学性质：1. 纤维的可及度与反应性；2. 纤维素的降解：1）纤维素的酸水解降解，2）纤维素的碱性降解，3）纤维素的氧化降解， 4）纤维素的酶水解降解。3. 纤维素的酯化

3、4. 纤维素的醚化5. 纤维素的接枝与交联 纤维素的接枝共聚 接枝共聚是指在聚合物的主链单体A上，接上另一种单体B，B的比例虽小，但对聚合物的性能有很大改进。单体转化率=抽提前产物质量原料纤维素质量*100% 加入单体质量接枝率=抽提前产物质量原料纤维素质量*100% 原料纤维素质量接枝效率=抽提后产物质量原料纤维素质量*100% 抽提前产物质量原料纤维素质量纤维素的应用：1）吸附分离纤维素材料，2）超强吸水剂，3）纤维素微晶材料，4）纤维素渗透膜。5）液晶纤维素材料，6）生物医用纤维素材料。半纤维素：是由几种不同类型的单糖构成的异质多聚体，它结合在纤维素微纤维的表面，并且相互连接。半纤维素及

4、其衍生物的应用：1. 半纤维素降解产物己糖的利用2. 半纤维素降解产物戊糖的利用3. 在造纸工业中的应用4. 在生物和医药工业中的应用5. 在其他工业上的应用木质素：是植物世界中仅次于纤维素的最丰富的天然有机高分子聚合物，是构成植物细胞壁的成分之一，不能被动物消化，在土壤中能转化成腐殖质。木质素基材料的应用：1. 木质素在工业中的应用：肥料农药分散缓释剂植物生长调节剂土壤改良剂液体地膜固沙剂饲料添加剂。2. 木质素在工业上的应用：木质素基黏合剂木质素基聚氨基木质素基分散剂木质素基水处理化学品。3. 木质素的其他应用：木质素基医药化学品木质素基高分子材料淀粉：葡萄糖的高聚体，在自然界中分布非常广

5、泛，是高等植物体内存在的一种资源丰富的天然高分子化合物，是绿色植物进行光合作用的产物。淀粉的结构：淀粉是以颗粒状存在于植物中，颗粒内除含有80%90%的支链淀粉外,还含有10%20%的直链淀粉。支链淀粉称糖淀粉,直链淀粉又称胶淀粉。二者的结构单元均为D-吡喃型葡萄糖基。直链淀粉是葡萄糖基之间以-1,4-苷键连接的线性多聚物,平均聚合度为8003000,相对分子质量。支链淀粉是一种高度分枝的大分子,各葡萄糖基单位之间以-1,4苷键连接构成主链,在主链分枝处又通过-1,6-苷键形成支链,分枝点的-1,6-糖苷键占总糖苷键的4%5%。糊化：淀粉在加热和大量水存在下半结晶性消失，即发生糊化。淀粉颗粒由

6、吸水溶胀到完全糊化可分为三个阶段：第一个阶段，加热初期（低于50），颗粒吸收少量水分，在无定形区域发生膨胀，其体积膨胀较少，颗粒表面变软并逐渐发黏，但没有溶解，水溶液黏度也没有增加，此时若脱水干燥后仍为颗粒状态；第二阶段，随着温度升高到一定程度，淀粉颗粒急剧膨胀，表面黏度大大提高，淀粉开始糊化，由于有少量淀粉溶解与水中，因此溶液的黏度也开始上升，此时的温度称为淀粉糊化的开始温度；第三阶段，随着温度继续上升至80以上，淀粉颗粒增大到数百甚至上千倍，大部分淀粉颗粒逐渐消失，体系黏度逐渐升高，最后变成透明或半透明淀粉胶液，这是淀粉完全糊化，处于这种状态的淀粉通常被称为淀粉。影响淀粉糊化温度的因素很多

7、：淀粉颗粒的大小和直链淀粉的含量；电解质；非质子有机溶剂；物理因素；化学因素。变性淀粉生产工艺： 湿法生产工艺： 干法生产工艺： 干法与湿法的比较： 湿法应用普遍 湿法生产的反应条件温和 湿法反应时间长 湿法收率低 湿法生产流程长，干法成本低 湿法耗水、有污染，干法没有污水排放 湿法反应器结构简单，干法结构复杂。淀粉糖：是以淀粉或含淀粉物质的原料生产的糖品，是淀粉深加工的主要产品。 淀粉经酸水解完全糖化的最终产物是葡萄糖，而不完全糖化的产物，称为淀粉糖。 淀粉糖的性质：甜度、吸湿性和保湿型、溶解度、黏度、冰点、渗透压、结晶性质、化学稳定性、发酵性、抗氧化性。淀粉的深加工利用：变性淀粉，淀粉糖，

8、淀粉发酵产品。（p112图）美国玉米深加工的产品，由19世纪的淀粉、葡萄糖、饲料、玉米油，发展到20世纪的变性淀粉、淀粉糖和燃料酒精，尤其是目前作为玉米深加工的两大主导产品淀粉糖和燃料酒精，成为推动美国玉米深加工产业发展的主要动力。据统计，用淀粉和淀粉质原料可以生产大约包括20多个门类的2000多种产品。蛋白质：是一切生物体中普遍存在的一类高分子含氮化合物，是由天然氨基酸通过肽建连接而成的生物大分子。 蛋白质的结构： 一级结构：蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，以及二硫键的位置 二级结构：蛋白质分子局区域内，多肽链沿一定方向盘绕和折叠的方式 三级结构：蛋白质的二级结构基础上借助各种次级键卷曲折叠

9、成特定的球状分子结构的空间构象 四级结构：多亚基蛋白质分子中各个具有三级结构的多肽链，以适当的方式聚合所形成的蛋白质的三维结构。 蛋白质的分类： 依据分子形状分类：球状蛋白质、纤维状蛋白质、膜蛋白质 依据蛋白质的组成分类： 简单蛋白：单纯蛋白，仅由氨基酸组成 例：清蛋白和球蛋白：广泛存在于动物组织；谷蛋白和醇溶谷蛋白：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸碱；精蛋白和组蛋白 碱性蛋白存在于细胞核；硬蛋白 结合蛋白：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成例：核蛋白：简单蛋白+核酸；色蛋白：简单蛋白+色素物质；糖蛋白：简单蛋白+糖类物质；脂蛋白：简单蛋白+脂类结合；磷蛋白： 简单蛋白+磷酸 按功能分类：活性蛋

10、白质： 在生命活动中一切有活性的蛋白质及其前体 非活性蛋白质：这类蛋白质对生物体起保护或支持作用蛋白质的分离：离心分离；过滤蛋白质的初步提纯：核酸沉淀剂法；蛋白质沉淀剂法；调节pH值；加热沉淀法；选择性变性；表面变性。蛋白质的应用：人造模拟食品；在肉制品中的应用；在食品保鲜中的应用。甲壳素：是虾、蟹等甲壳动物或昆虫外壳及菌类细胞壁的主要成分，是自然界中产量最大的三大多糖之一，最大的含氮化合物。甲壳素和壳聚糖的区分： 甲壳素 （多糖） 壳聚糖（天然多糖中的 唯一碱性多糖）存在 是虾、蟹等甲壳动物或昆虫外 甲壳素的脱乙酰化产物 壳及菌类细胞壁的主要成分外形 白色半透明固体 白色结品性扮末性状 溶于

11、浓无机酸和无水甲酸。在浓酸 有很强的吸湿性，具有很好成 或浓碱中发生水解而成-氨基葡萄糖 膜性、 透气性和生物相容性、 无毒，且可生物降解应用 医药卫生、农业、食品工业、水处理、造纸工业、纺织工业、化妆品单宁：又称鞣酸或鞣质，是一类大分子质量较大、结构复杂的儿茶酚、焦性没食子酸、根皮酚、原儿茶酚和没食子酸等单体组成的多元分类聚合物。 柿子脱涩： 一、温水脱涩法：将柿果放入装有35-40温水的容器中，容器口用棉被盖紧，封闭并保温，经15-30小时可使涩柿脱涩。 二、石灰水脱涩法：按水：生石灰为10：1的比例调配，在石灰水温和时放入柿果，以刚好淹没柿果为度，轻轻搅拌，然后封闭容器口，约3-4天后柿

12、子可脱涩。 三、混装脱涩法：将柿果与少量成熟的苹果、梨、猕猴桃等果实（用量约为柿子的1/10），混装于容器内密封，利用其他成熟果实所产生的乙烯促进柿果脱涩，在20的条件下3-7天即可较好脱涩。 四、酒精脱涩法：在密封容器的底部垫1层棉花后装入柿果，柿果分层摆放，每层用一定量的酒精或烧酒喷雾，然后密封。每20斤柿果用稀释到35%的酒精或烧酒80-100毫升，在20的条件下，一般经5-8天可脱涩。五、二氧化碳脱涩法：将涩柿密闭在容器或塑料袋内，使果实体积与剩余空间的比例为1：1.29，靠涩柿自身产生的二氧化碳，使容器内二氧化碳的浓度增至60%以上，氧气浓度降到1%以下，在20的条件下3天内即可脱涩

13、。当柿子生产规模大、产量高时，多采用高浓度二氧化碳处理使柿子脱涩，将箱装或筐装的柿子密封在塑料大棚膜帐内，从钢瓶中冲入压缩的二氧化碳气体，在25、浓度达到60%以上时，约24小时可脱涩。六、乙烯利脱涩法：乙烯利液剂250-500mg/l，加0.2%洗衣粉作展作剂，喷果或蘸果，约3-5天即可变软脱涩。单宁的应用：用作澄清。处理重金属废水；浓缩；改性单宁絮凝剂：处理活性污泥水、处理采油污水、处理含氟废水、处理糖水废糖蜜水聚乳酸：（乳酸为单体）是一种通过光合作用形成的生物质资源为主要起始原料生产的生物可降解高分子材料，使用后可通过微生物降解为乳酸，并最终分解成二氧化碳和水。聚乳酸的应用：1、包装材料（食品，汽车，电子等领域）2、一次性生活用品和餐饮用具3、农林渔业材料4、纤维纺织材料5、生