1、生態(tài)環(huán)境與資源學(xué)院 the College of Ecological Environment and Resources,第二章 生物質(zhì)資源,生物質(zhì)是資源生物利用的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物質(zhì)主要有結(jié)構(gòu)物質(zhì)、能源物質(zhì)、活性物質(zhì)和代謝產(chǎn)物等物質(zhì)類型。 在生物質(zhì)資源中可以開發(fā)出相應(yīng)的工業(yè)用途的生物質(zhì)材料、醫(yī)藥用途的活性藥物和生活用途的生物質(zhì)能。,生物質(zhì)就是有機(jī)質(zhì)，其特征是直接或間接來(lái)自太陽(yáng)能，最初由光合作用形成，并衍生而成。,生物質(zhì)包括所有的植物、動(dòng)物、微生物形成的有機(jī)質(zhì),以及以植物和微生物為食物的動(dòng)物及其生產(chǎn)的有機(jī)排泄物和副產(chǎn)物,在嚴(yán)格意義上生物質(zhì)還包括人類的生產(chǎn)生活所產(chǎn)生的所有有機(jī)質(zhì)。,隨著生物科技的進(jìn)

2、步，越來(lái)越多的有機(jī)質(zhì)通過(guò)工程化手段和人工合成獲得，這些人工合成的有機(jī)質(zhì)也是生物質(zhì)。,第一節(jié) 木質(zhì)纖維素,一、木質(zhì)纖維素的特點(diǎn) 木質(zhì)纖維素( lignocellulose)是指植物細(xì)胞死亡后剩余的細(xì)胞壁成分,主要包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,同時(shí)還有少量的低分子物質(zhì)和灰分,后者是生物基礦物質(zhì)。 在廣義上,植物體形成的生物質(zhì),通稱為木質(zhì)纖維素。 不同植物來(lái)源的木質(zhì)纖維素中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量不同。,木質(zhì)纖維素不僅是自然界分布最廣泛、存量豐富的生物質(zhì),更是其他生物質(zhì)產(chǎn)生的主要物質(zhì)基礎(chǔ);人類活動(dòng)首先也依賴于對(duì)木質(zhì)纖維素的直接利用和開發(fā)。,二、木質(zhì)纖維素的功能,(一)木質(zhì)纖維素的儲(chǔ)存功能 (二

3、)木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)功能,第二節(jié) 生物活性物質(zhì),一、生物活性物質(zhì)的內(nèi)涵 生物活性物質(zhì)( bioactive substance或 bioactivator) 是指來(lái)自生物體內(nèi)的對(duì)生命過(guò)程有調(diào)控作用的微量或少量物質(zhì)。,狹義的生物活性物質(zhì) 從生物質(zhì)中提取獲得的一類對(duì)人體、動(dòng)物、植物或微生物具有顯著調(diào)控作用的天然組分，這種組分對(duì)產(chǎn)生它的生物體無(wú)顯著作用，但對(duì)其他生物體的生命活動(dòng)卻有影響，尤其是對(duì)改善人類健康有積極功效。 這類生物活性物質(zhì)往往是產(chǎn)業(yè)化追求的目標(biāo)，可通過(guò)提取，改性、修飾、轉(zhuǎn)化成為具備產(chǎn)業(yè)價(jià)值的活性物質(zhì)。,生物活性物質(zhì)特點(diǎn)： 含量少 生物活性高 代謝速度快,初級(jí)代謝產(chǎn)物 生物細(xì)胞通過(guò)光合作用

4、糖類代謝和檸檬酸代謝生成的生物體生存繁殖所必需的化合物（如糖類、氨基酸、脂肪酸、核酸及其聚合衍生物、乙酰輔酶A等。） 次級(jí)代謝產(chǎn)物 以某些初級(jí)代謝產(chǎn)物為起始原料，通過(guò)一系列特殊生物化學(xué)反應(yīng)生成的化合物，如萜類、甾體、生物堿多酚類等。,二、生物活性物質(zhì)的種類 (一)氨基酸與蛋白質(zhì)類生物活性物質(zhì) (二)糖類活性物質(zhì) (三)油脂類活性物質(zhì) (四)其他生物活性物質(zhì),第三節(jié) 動(dòng)物和微生物源生物質(zhì),一、動(dòng)物源生物質(zhì)的內(nèi)涵 動(dòng)物源生物質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)即動(dòng)物自身各種專業(yè)化的細(xì)胞和組織，如具有防御功能、支持與運(yùn)動(dòng)功能、代謝與運(yùn)輸功能的各類細(xì)胞或組織。不同性質(zhì)的細(xì)胞具有不同的結(jié)構(gòu)組成，造成它們組成不同的分子和元素是其

5、應(yīng)用的物質(zhì)基礎(chǔ)。,動(dòng)物源生物質(zhì)生態(tài)功能 另外，動(dòng)物作為自然生態(tài)系統(tǒng)中的一環(huán)，其自身也承擔(dān)生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和能量傳遞的功能，其生態(tài)學(xué)價(jià)值也是動(dòng)物源生物質(zhì)的外延服務(wù)功能。,二、動(dòng)物源生物質(zhì)的價(jià)值 1動(dòng)物毛皮 4,動(dòng)物血液 2動(dòng)物內(nèi)臟 5.動(dòng)物油脂 3.動(dòng)物骨骼 6.蛋殼,三、微生物源生物質(zhì) (一)單細(xì)胞蛋白 1.單細(xì)胞蛋白的定義 單細(xì)胞蛋白，也叫微生物蛋白，它是用許多工農(nóng)業(yè)廢料及石油廢料人工培養(yǎng)的微生物菌體。 因而，單細(xì)胞蛋白不是一種純蛋白質(zhì)，而是由蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、核酸及不是蛋白質(zhì)的含氮化合物、維生素和無(wú)機(jī)化合物等混合物組成的細(xì)胞質(zhì)團(tuán)。 單細(xì)胞蛋白中重要的是酵母蛋白、細(xì)菌蛋白和藻類

6、蛋白，它們的化學(xué)組成中一般以蛋白質(zhì)、脂肪為主。,2. 單細(xì)胞蛋白具有以下優(yōu)點(diǎn)： 第一，生產(chǎn)效率高，比動(dòng)植物高成千上萬(wàn)倍，這主要是因?yàn)槲⑸锏纳L(zhǎng)繁殖速率快。 第二，生產(chǎn)原料來(lái)源廣，一般有以下幾類：農(nóng)業(yè)廢物、廢水，如秸稈、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纖維素的廢料及農(nóng)林產(chǎn)品的加工廢水；工業(yè)廢物、廢水，如食品、發(fā)酵工業(yè)中排出的含糖有機(jī)廢水、亞硫酸紙漿廢液等；石油、天然氣及相關(guān)產(chǎn)品，如原油、柴油、甲烷、乙醇等；H2、CO2等廢氣。 第三，可以工業(yè)化生產(chǎn)，它不僅需要的勞動(dòng)力少，不受地區(qū)、季節(jié)和氣候的限制，而且產(chǎn)量高，質(zhì)量好。,3.單細(xì)胞蛋白的用途 廣泛用于食品加工和飼料中。單細(xì)胞蛋白不僅能制成“人造肉”，供人

7、們直接食用，還常作為食品添加劑，用以補(bǔ)充蛋白質(zhì)或維生素、礦物質(zhì)等。 由于某些單細(xì)胞蛋白具有抗氧化能力，使食物不容易變質(zhì)，因而常用于嬰兒粉及湯料、作料中。 干酵母的含熱量低，常作為減肥食品的添加劑。 單細(xì)胞蛋白還能提高食品的某些物理性能，如意大利烘餅中加入活性酵母，可以提高餅的延薄性能。 酵母的濃縮蛋白具有顯著的鮮味，已廣泛用作食品的增鮮劑。單細(xì)胞蛋白作為飼料蛋白，也在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。,(二)能源微生物 1.微生物與沼氣 2.微生物與燃料乙醇 3.微生物油脂 4.微生物質(zhì)能的應(yīng)用前景 (三)微生物生物質(zhì)的材料化利用 (四)微生物生物質(zhì)的生物醫(yī)藥利用,第四節(jié) 加工副產(chǎn)物,一、加工副產(chǎn)物的

8、資源現(xiàn)狀 加工副產(chǎn)物及其資源量 加工副產(chǎn)物的特點(diǎn),二、加工副產(chǎn)物的無(wú)害化處理 對(duì)于加工副產(chǎn)物,其無(wú)害化處理方式主要有焚燒、填埋和堆肥化處理等。,焚燒處理方式技術(shù)原理示意圖,資源化技術(shù)處理可生產(chǎn)的各類資源性產(chǎn)品,加工副產(chǎn)品的綜合利用,三、加工副產(chǎn)物的工業(yè)化利用 (一)能源化利用 (二)資源性產(chǎn)品 (三)基質(zhì)化利用 (四)加工副產(chǎn)物資源化利用的展望,第六節(jié) 生物質(zhì)能和能源生物質(zhì),一、生物質(zhì)能的定義 生物質(zhì)能( biomass energy)是以生物質(zhì)為載體的能量,即蘊(yùn)含在生物質(zhì)中的化學(xué)能,其最初來(lái)源是綠色植物通過(guò)葉綠素將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能形式面儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。,二、生物質(zhì)直接燃燒和固體燃料

9、,三、生物質(zhì)液體燃料及相關(guān)資源 (一)生物質(zhì)液化及其資源 (二)生物質(zhì)液體燃料及其貨源 (三)燃料乙醇及其資源 (四)生物柴油及其資源,四、生物質(zhì)氣化和沼氣資源 (一)生物質(zhì)氣化及其資源 (二)沼氣及其資源,第七節(jié) 生物質(zhì)材料,生物質(zhì)材料 是指在工業(yè)化水平上的初級(jí)生物質(zhì)或天然生物材料的柱料化應(yīng)用，即通過(guò)物理、化學(xué)和生物等手段,對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行加工、改性、制備或聚合之后獲得的新材料；其中最重要的環(huán)節(jié)是生物質(zhì)與其他材料的復(fù)合,獲得新的材料特性。,一、紙漿與包裝材料 二、天然纖維復(fù)合材料 (一)木塑復(fù)合材料 (二)木質(zhì)纖維素的預(yù)處理 (三)木塑復(fù)合材料的配料和輔料 (四)秸塑復(fù)合材料,三、其他材料的生物質(zhì) 主要包括淀粉和糧食作物、天然橡膠、甲殼素及其衍生物、動(dòng)物油脂、蛋白質(zhì)及聚氨基酸、牛奶纖維等。 (一)淀粉及其材料化用途 (二)橡膠 (三)動(dòng)物油脂 四、生物炭和活性炭 五、生物基礦物質(zhì),思考題 1.為什么說(shuō)木質(zhì)纖維素是最基本的生物質(zhì)? 2.請(qǐng)分別簡(jiǎn)述纖維素和木質(zhì)素的特點(diǎn)。 3.請(qǐng)舉例