第2章 资源生物学 生物质资源

1、生态环境与资源学院 the College of Ecological Environment and Resources,第二章 生物质资源,生物质是资源生物利用的物质基础。生物质主要有结构物质、能源物质、活性物质和代谢产物等物质类型。 在生物质资源中可以开发出相应的工业用途的生物质材料、医药用途的活性药物和生活用途的生物质能。,生物质就是有机质，其特征是直接或间接来自太阳能，最初由光合作用形成，并衍生而成。,生物质包括所有的植物、动物、微生物形成的有机质,以及以植物和微生物为食物的动物及其生产的有机排泄物和副产物,在严格意义上生物质还包括人类的生产生活所产生的所有有机质。,随着生物科技的进

2、步，越来越多的有机质通过工程化手段和人工合成获得，这些人工合成的有机质也是生物质。,第一节 木质纤维素,一、木质纤维素的特点 木质纤维素( lignocellulose)是指植物细胞死亡后剩余的细胞壁成分,主要包括纤维素、半纤维素和木质素,同时还有少量的低分子物质和灰分,后者是生物基矿物质。 在广义上,植物体形成的生物质,通称为木质纤维素。 不同植物来源的木质纤维素中纤维素、半纤维素和木质素的含量不同。,木质纤维素不仅是自然界分布最广泛、存量丰富的生物质,更是其他生物质产生的主要物质基础;人类活动首先也依赖于对木质纤维素的直接利用和开发。,二、木质纤维素的功能,(一)木质纤维素的储存功能 (二

3、)木质纤维素的结构功能,第二节 生物活性物质,一、生物活性物质的内涵 生物活性物质( bioactive substance或 bioactivator) 是指来自生物体内的对生命过程有调控作用的微量或少量物质。,狭义的生物活性物质 从生物质中提取获得的一类对人体、动物、植物或微生物具有显著调控作用的天然组分，这种组分对产生它的生物体无显著作用，但对其他生物体的生命活动却有影响，尤其是对改善人类健康有积极功效。 这类生物活性物质往往是产业化追求的目标，可通过提取，改性、修饰、转化成为具备产业价值的活性物质。,生物活性物质特点： 含量少 生物活性高 代谢速度快,初级代谢产物 生物细胞通过光合作用

4、糖类代谢和柠檬酸代谢生成的生物体生存繁殖所必需的化合物（如糖类、氨基酸、脂肪酸、核酸及其聚合衍生物、乙酰辅酶A等。） 次级代谢产物 以某些初级代谢产物为起始原料，通过一系列特殊生物化学反应生成的化合物，如萜类、甾体、生物碱多酚类等。,二、生物活性物质的种类 (一)氨基酸与蛋白质类生物活性物质 (二)糖类活性物质 (三)油脂类活性物质 (四)其他生物活性物质,第三节 动物和微生物源生物质,一、动物源生物质的内涵 动物源生物质的物质基础即动物自身各种专业化的细胞和组织，如具有防御功能、支持与运动功能、代谢与运输功能的各类细胞或组织。不同性质的细胞具有不同的结构组成，造成它们组成不同的分子和元素是其

5、应用的物质基础。,动物源生物质生态功能 另外，动物作为自然生态系统中的一环，其自身也承担生态系统运行的物质转运和能量传递的功能，其生态学价值也是动物源生物质的外延服务功能。,二、动物源生物质的价值 1动物毛皮 4,动物血液 2动物内脏 5.动物油脂 3.动物骨骼 6.蛋壳,三、微生物源生物质 (一)单细胞蛋白 1.单细胞蛋白的定义 单细胞蛋白，也叫微生物蛋白，它是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。 因而，单细胞蛋白不是一种纯蛋白质，而是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸及不是蛋白质的含氮化合物、维生素和无机化合物等混合物组成的细胞质团。 单细胞蛋白中重要的是酵母蛋白、细菌蛋白和藻类

6、蛋白，它们的化学组成中一般以蛋白质、脂肪为主。,2. 单细胞蛋白具有以下优点： 第一，生产效率高，比动植物高成千上万倍，这主要是因为微生物的生长繁殖速率快。 第二，生产原料来源广，一般有以下几类：农业废物、废水，如秸秆、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纤维素的废料及农林产品的加工废水；工业废物、废水，如食品、发酵工业中排出的含糖有机废水、亚硫酸纸浆废液等；石油、天然气及相关产品，如原油、柴油、甲烷、乙醇等；H2、CO2等废气。 第三，可以工业化生产，它不仅需要的劳动力少，不受地区、季节和气候的限制，而且产量高，质量好。,3.单细胞蛋白的用途 广泛用于食品加工和饲料中。单细胞蛋白不仅能制成“人造肉”，供人

7、们直接食用，还常作为食品添加剂，用以补充蛋白质或维生素、矿物质等。 由于某些单细胞蛋白具有抗氧化能力，使食物不容易变质，因而常用于婴儿粉及汤料、作料中。 干酵母的含热量低，常作为减肥食品的添加剂。 单细胞蛋白还能提高食品的某些物理性能，如意大利烘饼中加入活性酵母，可以提高饼的延薄性能。 酵母的浓缩蛋白具有显著的鲜味，已广泛用作食品的增鲜剂。单细胞蛋白作为饲料蛋白，也在世界范围内得到了广泛应用。,(二)能源微生物 1.微生物与沼气 2.微生物与燃料乙醇 3.微生物油脂 4.微生物质能的应用前景 (三)微生物生物质的材料化利用 (四)微生物生物质的生物医药利用,第四节 加工副产物,一、加工副产物的

8、资源现状 加工副产物及其资源量 加工副产物的特点,二、加工副产物的无害化处理 对于加工副产物,其无害化处理方式主要有焚烧、填埋和堆肥化处理等。,焚烧处理方式技术原理示意图,资源化技术处理可生产的各类资源性产品,加工副产品的综合利用,三、加工副产物的工业化利用 (一)能源化利用 (二)资源性产品 (三)基质化利用 (四)加工副产物资源化利用的展望,第六节 生物质能和能源生物质,一、生物质能的定义 生物质能( biomass energy)是以生物质为载体的能量,即蕴含在生物质中的化学能,其最初来源是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能形式面储存在生物质内部的能量。,二、生物质直接燃烧和固体燃料

9、,三、生物质液体燃料及相关资源 (一)生物质液化及其资源 (二)生物质液体燃料及其货源 (三)燃料乙醇及其资源 (四)生物柴油及其资源,四、生物质气化和沼气资源 (一)生物质气化及其资源 (二)沼气及其资源,第七节 生物质材料,生物质材料 是指在工业化水平上的初级生物质或天然生物材料的柱料化应用，即通过物理、化学和生物等手段,对生物质进行加工、改性、制备或聚合之后获得的新材料；其中最重要的环节是生物质与其他材料的复合,获得新的材料特性。,一、纸浆与包装材料 二、天然纤维复合材料 (一)木塑复合材料 (二)木质纤维素的预处理 (三)木塑复合材料的配料和辅料 (四)秸塑复合材料,三、其他材料的生物质 主要包括淀粉和粮食作物、天然橡胶、甲壳素及其衍生物、动物油脂、蛋白质及聚氨基酸、牛奶纤维等。 (一)淀粉及其材料化用途 (二)橡胶 (三)动物油脂 四、生物炭和活性炭 五、生物基矿物质,思考题 1.为什么说木质纤维素是最基本的生物质? 2.请分别简述纤维素和木质素的特点。 3.请举例