生命健康研究部

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生物资源与健康产品工程研究部

基于生物质多孔性本征特性的差异性,研制出了简单、有效、低成本的生物质分级装备,推动生物质资源炼制工业的发展。针对海洋沉积物中的微生物的耐盐性,开发其在废物处理中的应用。

通过分析肉苁蓉营养、特征性活性成分、提取分离过程的传质规律,建立了肉苁蓉功能性组分示范生产线,大大提高了农民的收入。采用“沉淀-解聚-沉淀”等方法实现了从ε-PL发酵液中分离纯化ε-PL的目的,并且得到了一种抑菌表现更加优异的果胶-ε-PL复合物。

 

重要进展一:不同类型生物质理化性能差异性及其分级装置的研制

生物质数量巨大、种类繁多,对不同类型生物质理化特性认知不足导致预处理工艺路线各异。麦秆、稻秆和玉米秸秆作为草本生物质的代表,杨木片作为木本生物质的代表。以汽爆预处理为例,解析了草本和木本生物质化学成分和多孔性对汽爆强度的影响。研究结果表明,草本生物质和木本生物质之间化学成分的微小差异无法揭示它们与汽爆强度的关系,而木质纤维素生物质的多孔特性决定了其复水性能和机械性能,并直接影响了汽爆强度。在相同的汽爆预处理强度下,草木类生物质的处理效果更好,归因于其比木本类生物质高6%-11%的孔隙率(图1)。与化学成分相比,木质纤维素生物质的多孔性有利于汽爆过程中蒸汽的有效渗透,从而提高传质传热性能,减少对物理撕裂力的抵抗。因此,通过多孔特性确定汽爆强度,可以评估理想的预处理效果和预处理成本。基于生物质多孔性本征特性的差异性,研制出简单、有效、低成本的生物质分级装备(图2),推动生物质资源炼制工业的发展。


图1. 麦秆、稻秆、玉米秸秆、杨木片蒸汽爆破前后的孔径分布

 

图2. 生物质长短纤维分级装置

 

重要进展二:海洋微生物的的开发与应用

海洋沉积物中的微生物具有很好的耐盐性,是处理含盐有机废弃物的潜在微生物资源。然而,关于海洋沉积物的微生物群落和性质的研究仍然有限,其用途远未开发。团队对海洋养鱼场等海洋沉积物中的微生物进行了深入研究,侧重于分析它们的耐盐性以及对有机物的降解能力,并通过高通量测序分析微生物群落。结果表明来自海洋沉积物的接种物在宽泛盐度0.3%-9%)条件下均表现出良好的厌氧消化能力含盐有机废水特别是在排放过程中盐浓度变化大的有机废水高效处理提供了一种有的微生物资源。通过菌群分析发现海洋沉积物中的微生物种群比污水处理厂污泥中的更少,特别是病原菌和动物寄生或共生很多,降低使用的安全风险。这项工作将促进对海洋沉积物中的微生物了解及其在废物处理中的应用。

重要进展三:肉苁蓉功能性组分示范生产线

通过分析其营养、特征性活性成分、提取分离过程的传质规律,开发了创新性关键技术。探索出“资源开发-人工种植-生态修复-资源蓄积”新模式,显著提高农牧经济收入,激发农牧民对肉苁蓉等沙生植物人工种植的积极性,有助于沙化土地生态治理的可持续发展。

 

图3. 功能性组分示范生产线(处理原料≥30吨/年)

重要进展四:建立全新的生产ε-聚赖氨酸工艺

利用果胶的负电荷性质取代传统工艺中的阳离子交换树脂,通过巧妙的设计“沉淀-解聚-沉淀”等步骤实现了从ε-PL发酵液中分离纯化ε-PL的目的,并且得到了一种抑菌表现更加优异的果胶-ε-PL复合物。相关研究成果近期发表在TOP期刊Food Hydrocollids(IF 9.147 )。


图4. 聚赖氨酸制备工艺的优化及产品表征


图5. 传统聚赖氨酸分离工艺与本研究分离工艺