《木本油料生物炼制技术》以李昌珠团队创立的木本油料梯级协同生物炼制技术应用为主线，系统介绍了生物炼制的基本原理、工艺技术、产品和工程化应用实践。通过现代生物技术、化学化工和物理机械技术集成创新，多技术和装备协同制备油脂等大健康产品、材料、平台化合物、能源和基料五大类产品，以大幅提高可再生木本油料资源利用效率、经济效益，扩展产品的应用领域，实现木本油料全资源、高值化利用，使其产业成为经济环境可持续发展转变的样板，以此设计构建梯级协同生物炼制理论和技术体系，作为木本油料产业新型生物产业的基础。还解析了木本油料油脂、蛋白、皂素和油脂伴随物的理化性质，介绍了木本油料生物质资源国内外利用动态，经过物理和生物法绿色预处理高效获得油料籽、果皮初级原料；物理、化学和生物转化协同利用油脂、蛋白、皂素、纤维和油脂伴随物及其衍生产物。

1生物炼制概论
　　农业、林业、工业和人类居住生活等所产生的有机废弃物涵盖巨大的生物质资源，生物质资源的开发与利用正孕育着新一轮科技革命和产业变革。先进绿色低碳技术和装备的应用，可科学高效地解决生物质资源的利用问题，为未来世界不断地提供大健康产品、可再生能源和材料产品，反之，若使用落后技术装备利用生物资源，其所产生的大量污染物将是一场危机。生物质资源绿色低碳技术事关国家“双碳”目标、乡村振兴战略和可持续发展战略的实施。
　　1.1生物质资源特点
　　广义生物质概念，生物质包括所有的植物、微生物及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。代表性的生物质如农作物及其废弃物、木材及其废弃物和动物排泄物。
　　狭义生物质概念，生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的如秸秆、果壳等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。
　　从上述概念描述可以看出，“生物质”没有严格的定义，环境工程专业聚焦研究固体有机废弃物、农业工程专业关注秸秆、森林工程专业关注林业剩余物，不同专业、不同应用领域都有不同解读。当前学术界、文献所指的生物质，一般是指非粮生物质，从经济开发利用角度讲，是指作物有机固体废弃物。
　　生物质主要特点如下。
　　（1）生物质资源可再生（图1-1）。生物质是指利用大气、水、土壤等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质统称为生物质。
　　光合作用公式：
　　植物、微生物通过光合作用形成生物质，将太阳能以化学能形式固定下来。随着植物体的生长，生物质增加，其所蕴含、积累的能量也增多。因此，生物质是可再生资源，生物质能具有可再生性，与风能、水能、电能、太阳能等同属可再生能源，资源丰富，从资源和能源角度可永续利用。
　　（2）资源贮储量巨大丰富。生物质资源总体资源量约1700亿t，其中70%为糖类物质，25%为木质纤维类物质，
　　5%为油脂、蛋白质等其他物质。据估计，作为植物生物质的*主要成分一木质素和纤维素每年以约1.640x1011t的速度不断再生，如以能量换算，相当于目前石油年产量的15～20倍。生物质资源巨大，如果这部分资源能得到利用，人类相当于拥有了一个取之不竭、用之不尽的可再生资源宝库。
　　（3）具有分布广泛性和明显的区域性特征。地球陆地、海洋都分布着大量的生物质，生物质资源分布广泛。根据《环境条件分类自然环境条件温度和湿度》（GB/T4797.1—2018），中国的气候带主要包括寒冷、寒温I、寒温II、暖温、干热、湿热和亚湿热等气候带，这些气候带分布了不同种类的生物质，南北跨越近50个纬度，东西跨越60多个经度，经纬度的大跨越带来了气候的地带性差异，形成了我国得天*厚的多样性自然条件，带来了我国丰富的生物多样性。
　　我国农业、林业主产区，经济植物生物质资源丰富、类型多样，对经济社会发展影响巨大。我国季风气候显著，海洋自东往西，对大陆的影响逐渐减弱，造成了从东往西降水量的递减，加上高原、大山及其不同走向的影响，造成各地冷热干湿悬殊，特别是山地垂直高差引起的气候与土壤的变化。这种自然条件和地理景观的多样性及区域环境间的差异，导致我国主要木本油料植物一油茶、核桃和山苍子分布区域性特征明显。
　　（4）资源多样性。①地理分布区域多样性。我国自然条件和地理景观的多样性及区域环境间的差异，也带来了油料植物生产地带性分布。②种类多样性。我国植物资源丰富、类型多样，蕴含着巨大的经济财富，如我国主要木本油料植物分布。大部分木本粮油树种耐瘠薄，适应性比较强，可在我国大面积的荒山荒地和部分疏林地大力发展木本粮油产业。③生物质资源组分、资源化学成分的极端差异。主要是原料来源的极端差异一如草本油料（大豆油、玉米油和菜籽油）、木本油料、森林残留物等，其资源特征、资源组分、资源化学成分差异巨大。
　　（5）具有生态环境修复功能特性。生物质生产、收获、贮运和加工利用过程是生态价值实现的过程，相对于工程生态修复，成本低廉，其生态价值意义重大。植物类生物质具有水土保持生态价值，可减少地表径流量，减少泥沙流失量，增强土壤的蓄水能力。据朱建新等（2012）、黄田盛（2018）报道，采用多举措相结合模式，相较于常规种植，地表径流量减少36.04%，泥沙流失量减少51.24%，效果显著。
　　木本油料副产物和衍生产品是良好的环境修复材料。油茶果蒲制备氨基磺酸改性生物炭对四环素的去除效果显著，热解温度越高，吸附性能越强，对四环素的*大吸附量高达412.95mg/g。茶皂素（TS）对污泥与湿地芦苇共堆肥的理化参数、有机质生物降解及相关细菌群落结构的影响进行了研究，研究结果表明，TS的加入提高了堆肥的*高温度，延长了堆肥的嗜热期，其中5%TS处理组拥有*高的温度和*长的嗜热期；TS处理组中总有机碳（TOC）、溶解有机碳（DOC）和木质纤维素的生物降解率显著高于CK组；TS处理组的腐殖化程度明显高于CK，其中5%TS处理组的腐殖化程度*高；TS处理组中细菌群落的相对丰度发生了变化，其中厚壁菌门（Firmicutes）和放线菌门（Actinobacteria）的丰度增加。
　　（6）高效低成本的碳中和与减排特性。当前，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）为应对环境恶化带来的人类社会生存危机，推出了负排放技术，其中生物能源碳捕获和储存技术（bioenergy with carbon capture and storage，BECCS）被认为是*具发展潜力、***较高的负减排技术，在碳减排和提高粮食产量、维系粮食安全中发挥着不可或缺的作用。木本油料一部分可作为食用油脂、生物材料和平台化学品，大部分有价值的组分可以作为生物质能原料加以充分利用。BECCS为我国农村发展生物质能源提供了新的经济增长点，助力应对经济增长与碳减排的双重挑战。据Alain和Sengne（2003）介绍，植物通过光合作用可固定大量的CO2，林木每生长1m3，平均吸收1.83tCO2，放出1.62tO2。
　　1.2生物质资源分类
　　1.2.1人工培育生物质资源分类
　　（1）植物纤维素类生物质资源。
　　（2）富含高糖、高淀粉等碳水化合物的植物资源。
　　（3）富含油脂的油料植物资源。
　　（4）新兴生物质资源一藻类、其他生物资源。
　　1.2.2依据资源特征和来源途径分类
　　依据生物质来源和途径的不同，可以将生物质分为林业生物质资源、农业生物质资源、污水废水、固体废弃生物质和畜禽粪便五大类。
　　（1）林业生物质资源。林业生物质资源是指在森林生长和林业生产过程中提供生物质能的生物质能源，包括：薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。
　　林木的生物质资源量大、组分比较一致、质量密度高、加工利用效率高，被认为是优质的生物质资源。①森林采伐和木材加工的剩余物可用作燃料量按原木产量的1/3估算。②薪炭林、用材林、防护林、灌木林、疏林的收取或育林剪枝，按林地面积统计放柴量。③四旁林（田旁、路旁、村旁、河旁的林木）的剪枝，按树木株数统计生物质量。
　　（2）农业生物质资源。农业生物质资源是指农业生产过程中产生的各种有机物质，包括农业作物（包括能源作物）；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用于提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物的陆生植物和水生植物等几类。农业生物质资源量巨大、质量密度低、能源密度低，需根据区域经济条件和市场需求来确定利用方式。
　　（3）污水废水。污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排放污水和废水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。
　　（4）固体废弃生物质。城市固体废物主要由城镇居民生活垃圾、商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂，受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。
　　（5）畜禽粪便。畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。
　　上述生物质资源是废弃生物质资源，主要目的是生产生物质能、生物质材料和平台化学品，木本油料资源是人工培育的经济林资源，主要用途为生产植物膳食油脂及脂类伴随物产品。
　　1.2.3依据植物代谢产物分类
　　植物代谢产物可分为植物初级代谢物和植物次生代谢物两种。
　　植物初级代谢物是指植物生长、发育和繁殖所需要的代谢物，主要有氨基酸、核酸、糖类，以及为了下一步植物生长和作为次级代谢产物的原料，如植物经过光合作用，固定CO2，产生糖类，生成丙酮酸等，丙酮酸等进入下一步糖合成阶段，为植物成长储存能量做准备。
　　植物次生代谢物有酚酸、萜类、含氮有机物和其他次生物质四大类。植物次生代谢物不参与植物生长、发育和繁殖过程。
　　1.3生物质资源利用技术
　　生物质种类繁多，分别具有不同特点和属性，其利用技术复杂多样。生物质的利用历史，反映了经济社会发展、科技进步和人类对产品需求的变化。
　　1.3.1生物质能利用技术
　　传统的生物质能的利用主要有直接燃烧、生物化学转换、热化学转化、液化、有机垃圾能源化处理等5种途径。
　　生物质的利用方式均是将其转换为固态、液态和气态燃料产品加以高效利用，主要途径如下。
　　（1）直接燃烧技术。包括户用炉灶燃烧技术、锅炉燃烧技术、生物质与煤的混合燃烧技术，以及与之相关的压缩成型和烘焙技术。
　　直接燃烧：生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。目前，传统烧柴灶的热效率仅为10%左右，而推广节柴灶可以达到20%至30%的热效率，这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为乡村清洁能源建设的重点任务之一。
　　（2）生物化学转换。生物质的生物化学转换包括生物质、沼气转换和生物质、乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体，即沼气。生物质、乙醇转换是利用糖类、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。
　　（3）热化学转化。生物质的热化学转化是指在一定的温度条件下，使生物质气化、碳化、热解和催化液化，以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。热化学转化技术包括生物质气化、干馏、快速热解液化技术。
　　（4）液化技术。包括提炼植物油技术、催化转化制备生物柴油、乙醇、甲醇等技术。
　　（5）有机垃圾能源化处理技术。
　　1.3.2生物质工程和生物质材料利用技术
　　生物质工程技术。生物工程（bioengineering）是20世纪70年代初兴起的一门综合性应用学科，90年代诞生了基于系统论的生物工程，即系统生物工程的概念。
　　生物质工程是利用现代科学技术把可再生的农林生物质资源转化成电能、运输燃料、生物燃气、固体燃料、生物塑料、生物材料、药物等各种产品的新兴产业。
　　生物质材料利用技术对木本油料资源利用有指导意义。生物质材料利用技术以热化学转化、物理转化、化学转化、生化转化系列技术及集成技术为手段，实现生活垃圾、畜禽粪便、农林废弃物的能源化与资源化高值利用。
　　1.3.3生物质资源生物炼制技术
　　现代农业技术的创新突破，为生物炼制技术工业化奠定了坚实

目录
1 生物炼制概论 1
1.1 生物质资源特点 1
1.2 生物质资源分类 2
1.3 生物质资源利用技术 3
1.4 木本油料资源利用现状 6
1.5 木本油料资源利用技术体系和发展路径探索 8
参考文献 10
2 木本油料梯级协同生物炼制技术体系 13
2.1 木本油料资源特征 13
2.2 木本油料资源利用存在的共性问题剖析 18
2.3 木本油料梯级协同生物炼制技术原理 19
参考文献 29
3 油脂和油脂伴随物生物合成 30
3.1 油脂生物合成的遗传基础 30
3.2 油脂伴随物特性及分类 38
参考文献 50
4 木本油料采后商品化预处理技术 54
4.1 剥壳和清选 54
4.2 木本油料烘干技术 59
4.3 木本油料储藏 63
参考文献 68
5 油脂检测、提取与精炼工艺技术 69
5.1 油脂理化性质及其检测技术 69
5.2 油脂制取工艺技术 77
5.3 通用型程控高强度液压预榨制油技术 89
5.4 植物精油蒸馏技术 91
5.5 油脂伴随物产品的同步提取与分离提纯技术 93
5.6 油脂制取过程中危险物的产生与控制技术 97
参考文献 99
6 木本油料脂肪酸的生物炼制与健康应用 102
6.1 木本油料中常见的脂肪酸及其对人体健康的影响 103
6.2 奇数链脂肪酸与冠心病、2型糖尿病的治疗 110
6.3 △5不饱和脂肪酸及其抗炎、脂质调控作用 111
6.4 共轭多烯脂肪酸及其抗癌、脂质调控功能 115
6.5 羟基脂肪酸支链脂肪酸酯与炎症、糖尿病的治疗 119
6.6 本章小结 125
参考文献 130
7 脂类物质功能强化技术 139
7.1 食用油脂脂肪酸种类和人类健康 139
7.2 食用油脂的脂肪酸组成 141
7.3 人体必需脂肪酸与健康 149
7.4 油脂功能强化及其产品 152
7.5 食用油生产的质量保证体系 158
参考文献 159
8 工业用油脂生物炼制技术 161
8.1 中性原料油脱酸技术 161
8.2 生物酶催化油脂炼制技术 163
8.3 油脂加氢脱氧制取生物柴油 166
8.4 油脂生物炼制生产航空燃料 170
8.5 油脂生物炼制制备工业润滑油 173
8.6 植物油脂制备工业基础油 175
8.7 植物油脂加成制备脂肪酸内酯基础油 178
8.8 油脂生物炼制制备高值化学品 179
8.9 油脂生物炼制制备功能树脂技术 180
8.10 油脂副产物的综合利用技术 185
参考文献 189
9 木本油料油脂分析检测技术 192
9.1 木本油料组分和化学成分 192
9.2 木本油料加工过程中油脂及其伴随物检测技术 195
9.3 木本油料油脂理化性质和分析检测 200
9.4 分子光谱分析技术 202
9.5 木本油料油脂污染物检测技术 204
参考文献 209
10 木本油料蛋白生物炼制技术和产品 211
10.1 油茶饼粕蛋白 212
10.2 油桐饼粕蛋白 213
10.3 亚麻饼粕蛋白 214
参考文献 215
11 皂素生物炼制技术和产品 217
11.1 木本油料皂素结构和功能 217
11.2 木本油料皂素分离提纯 220
11.3 木本油料皂素衍生产品及其应用 223
参考文献 226
12 木本油料生物炼制平台化学产品 228
12.1 C1体系产品 228
12.2 C2体系产品 231
12.3 C3体系产品 236
12.4 C4体系产品 240
12.5 C5体系产品 243
12.6 C6体系产品 254
参考文献 262
13 果壳和籽壳资源在储能材料领域的应用 274
13.1 果壳和籽壳资源基生物碳制备技术 274
13.2 化学活化法制备碳材料的研究现状及前景 278
参考文献 279
14 油茶油料生物炼制技术 281
14.1 油茶籽的采收时期与采收方式 282
14.2 油茶果采后商品化预处理技术 285
14.3 油茶籽干燥 288
14.4 油茶籽储藏 288
14.5 茶油的制备 292
14.6 油茶籽油伴随物的生物炼制 296
14.7 油茶活性功能成分的医药价值 297
14.8 茶油在工业上的用途 298
14.9 油茶的其他用途 298
参考文献 299
15 核桃油料生物炼制技术 300
15.1 核桃油料资源概述 300
15.2 核桃油组分和理化性质 302
15.3 核桃油料油脂加工工艺技术 305
15.4 核桃油精炼技术及其产品 308
15.5 核桃蛋白利用技术及其产品 312
15.6 核桃油料产业发展展望 315
参考文献 315
16 油桐油料生物炼制技术 318
16.1 油桐油料资源概述 318
16.2 油桐油料化学组成和理化性质 324
16.3 油桐油脂加工主要工艺技术 325
16.4 油桐油脂精炼和产品 326
16.5 油桐油料产业发展 329
参考文献 329