Development of Sustainable Bioprocesses pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Heinzle, Eimar/ Biwer, Arno P./ Cooney, Charles L.

出品人:

页数:316

译者:

出版时间:2007-1

价格:1832.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780470015599

丛书系列:

图书标签:

Bioprocesses
Sustainability
Biotechnology
Renewable Resources
Bioengineering
Environmental Engineering
Industrial Biotechnology
Green Chemistry
Waste Valorization
Circular Economy

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具体描述

Bioprocess technology involves the combination of living matter (whole organism or enzymes ) with nutrients under laboratory conditions to make a desired product within the pharmaceutical, food, cosmetics, biotechnology, fine chemicals and bulk chemicals sectors.Industry is under increasing pressure to develop new processes that are both environmentally friendly and cost-effective, and this can be achieved by taking a fresh look at process development; - namely by combining modern process modeling techniques with sustainability assessment methods. Development of Sustainable Bioprocesses: Modeling and Assessmentdescribes methodologies and supporting case studies for the evolution and implementation of sustainable bioprocesses. Practical and industry-focused, the book begins with an introduction to the bioprocess industries and development procedures. Bioprocesses and bioproducts are then introduced, together with a description of the unit operations involved. Modeling procedures, a key feature of the book, are covered in chapter 3 prior to an overview of the key sustainability assessment methods in use (environmental, economic and societal). The second part of the book is devoted to case studies, which cover the development of bioprocesses in the pharmaceutical, food, fine chemicals, cosmetics and bulk chemicals industries. Some selected case studies include: citric acid, biopolymers, antibiotics, biopharmaceuticals. An accompanying CD-ROM will provide readers with hands-on materials so that the techniques can be put into practice. These materials include a demo version of SuperPro Designer software (used in process engineering) and models of all featured case studies, excel sheets of assessment methods, Monte Carlo simulations and exercises.

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可持续发展的生物过程:过程模拟和评价

绿色科技前沿：下一代生物基材料与可持续制造本书旨在深入探讨当前全球在应对气候变化和资源枯竭挑战背景下，生物技术驱动的制造业转型所面临的关键机遇与技术瓶颈。它聚焦于构建一个以可再生生物质为基础，实现环境友好、经济高效的生产体系，而非仅仅停留在传统意义上的“生物过程”优化。第一部分：生物质原料的深度解析与预处理革命本书首先对全球主要可再生生物质来源进行了详尽的地理分布、化学组成和季节性变化分析。我们不再将生物质视为单一的碳源，而是将其视为一个复杂的、多组分的“原料库”。重点章节详细阐述了先进原料表征技术，包括高分辨率质谱（HRMS）在木质纤维素结构解析中的应用，以及针对藻类生物质中蛋白质、脂质和碳水化合物比例动态调控的实时监测系统。预处理技术是实现高效转化率的核心瓶颈。本书摒弃了对常规酸碱水解的重复论述，转而聚焦于无溶剂、低能耗的创新解耦技术。其中包括： 1. 超临界流体辅助解聚（SCFA-D）：特别关注超临界水/醇混合物在精确分离纤维素、半纤维素和木质素组分中的差异化控制，以及如何利用SCFAD过程的副产物（如糠醛、羟甲基糠醛的衍生品）进行高附加值化学品合成。 2. 生物催化预处理：深入研究新型微生物菌株（如某些白腐真菌和放线菌）对木质素结构进行定向化学修饰的能力，实现木质素的“软化”与“选择性切割”，为后续的酶解或化学转化铺平道路。 3. 机械化学活化（Mechanochemical Activation）：探讨高能球磨技术如何通过引入晶格缺陷和提高比表面积，显著降低后续生物催化所需的酶用量和反应时间，特别是在处理高结晶度的纤维素时展现出的潜力。第二部分：合成生物学驱动的“细胞工厂”重塑本章是本书的技术核心，它探讨了如何超越传统微生物育种，利用合成生物学工具设计和构建能够高效“消化”复杂生物质并精准输出目标产物的全新细胞平台。 1. 非天然代谢通路的设计与构建：详细分析了通量平衡理论（Flux Balance Analysis, FBA）在预测和优化复杂碳源（如混合糖或不纯化的水解液）输入下的代谢流向中的应用。书中包含了利用CRISPR-Cas系统对关键调控网络（如磷酸戊糖途径或木糖代谢途径）进行多位点精准编辑的案例研究，以提高对抑制剂（如糠醛、乙酸）的耐受性。 2. 新型宿主系统的探索：侧重于非常规宿主，如嗜热古菌、极端酵母（如Yarrowia lipolytica）在脂质生产和萜烯合成中的潜力。通过基因组工程，这些宿主被改造用于直接利用木质素降解产物（如芳香族单体），实现一步到位的生物合成，绕过传统发酵中的中间纯化步骤。 3. 模块化工程与自动化筛选：介绍高通量自动化平台（如微流控阵列和机器人驱动的菌落/细胞筛选系统）如何加速“设计-构建-测试-学习”（DBTL）循环。特别关注如何利用基于荧光报告基因的传感器阵列，实时监测细胞对复杂底物的利用效率和目标产物的分泌速率。第三部分：从“发酵罐”到“集成制造系统”的跨越本书强调，可持续生产的最终目标是集成化的、低碳足迹的制造系统。这一部分关注的是如何将实验室级别的生物转化成功放大并融入工业流程。 1. 先进分离与纯化策略的颠覆：传统下游处理（DSP）是生物制造中最耗能、成本最高的环节。本书批判性地分析了现有分离技术的局限性，并重点介绍了：双相水相分离（Aqueous Two-Phase Systems, ATPS）：特别是针对胞外分泌蛋白和代谢产物的温和、高选择性回收方法，降低了热敏性产物失活的风险。模拟移动床色谱（SMB）与膜集成技术：如何将连续色谱技术与选择性膜分离（如正渗透膜）结合，实现高浓度、低能耗的溶剂回收与产品浓缩。 2. 过程强化与连续化生产（Process Intensification and Continuous Flow）：探讨生物反应器设计从传统的批次（Batch）向连续流动（Continuous Flow）模式的转变。内容涵盖：固定化酶/细胞反应器：利用微载体或多孔陶瓷载体，实现高细胞密度培养和酶的长期稳定运行，显著提高空间时间收率（STY）。耦合反应器系统：介绍如电化学辅助生物反应器，通过外部电场调控细胞氧化还原状态，优化特定氧化还原敏感代谢途径的产率，同时减少化学计量氧化剂/还原剂的使用。 3. 生命周期评估（LCA）与经济可行性建模：强调在工艺开发初期就必须嵌入严格的LCA框架。本书提供了一套基于“系统边界动态调整”的LCA工具包，用于评估不同生物质来源、预处理方法和下游策略对能源消耗、温室气体排放和水足迹的综合影响，确保技术路线的真正可持续性。结论与展望本书最后总结了迈向循环生物经济的关键技术鸿沟，并对未来十年生物制造领域可能出现的颠覆性突破进行了预测，包括基于人工智能的反应器控制优化和生物基化学品向高价值聚合物的直接转化。它为生物工程师、化学家、材料科学家以及政策制定者提供了一套前瞻性、可操作的技术路线图，以推动可持续制造从概念走向现实。