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最新木醋液的开发利用研究


大学生创新性实验计划项目申请书

项目类别: 项目名称: 申 请 人: 所在学院: 专业年级: 联系电话: 指导教师: 申请日期:

校重点 木醋液的开发利用研究 李轲娜 林学院 林产化工 2009 级 15229291512 尉芹 2011 年 06 职称 月 教授 01 日

西北农林科技大学教务处 西北农林科技大学团 委



填 表 说 明
一、 填写立项申请书前,请先咨询指导教师或有关专业教师。申 请书的各项内容要求实事求是,逐条认真填写。表达明确、严谨,一 律要求用打印稿件。 二、封面横线处填写国家级或校重点或校一般或校基地。 三、 申请书为 A4 本, 于左侧装订成册。 一式三份 (至少一份原件) , 由指导教师和所在学院审查并签署意见加盖学院印章后报送教务处实 践教学科备案。 四 、 “所在单位意见”一栏中,应注明研究人员、时间、条件、 政策等方面的保证措施和意见。 “项目类别”指 A、B、C、D,A—学术 论文、社会调查类;B—全国、省级竞赛(决赛)类;C—实验设计和 科技制作、科研类;D—其他类。 “项目批准号”不填,由学校统一编 号。 五、如表格不够,可以加附页。

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一、简表
项目名称 项目类别 申请资助 经费 姓 名 李轲娜

项 目 简 况

木醋液的开发利用研究
A、学术论文、社会调查类; B、全国、省级竞赛(决赛)类; √C、科学实验和科技制作、科研类; D、其他类。 项目起止 时间 女 民族 汉 学院 电 民族 话 职称

6000 元
性 别

2011.08——2013.4 1991 年 4 月 林学院 15229291512 出生年月 研究方向

项 目 申 请 人

出生年月

专业年级 前一学期综 合测评名次 姓名

林化 2009 级 1/30 性别

个人简历

尉芹





教授

林产化工和 1958 年 植物资源开 12 月 发利用 博士

最后学位 指 主要教学 导 工作简历 教 师 时 间

博士 授课名称

最高学历 授课对象 本科生 学 时

授课单位 林学院 获奖情况
省部级课题

1984 年至 树木提取物工艺 今 学 时 间

项目名称 山杏壳深度开发利用研究

2011 主要科学研 究工作简历 2010

姓 主 要 成 员



性 别 男 男 男 男

出生年月 1990 年 12 月 1990 年 5 月 1990 年 12 月 1991 年 2 月

董斌斌 施金锐 秦志永 余新栋

项 目 组

专业年 级 林化 09 级 林化 09 级 林化 09 级 林化 09 级

所在学院 林学院 林学院 林学院 林学院

项目 分工
试验操作及 数据统计

签字

数据记录 材料提取 活性检测

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二、立项依据(项目的意义、现状分析) (一)研究意义 木醋液是生物质热解过程中得到的一种赤褐色有机酸混合物, 含有酸、 醇、 酚、酮等多种有机物,每热解 1 吨生物质,通常可生产 250-300m3 燃气, 250-300kg 固体碳,200-250kg 木醋液和 30-50kg 木焦油,即 1 吨生物质热裂 解的产物中四分之一为木醋液,作为生物质热裂解的重要副产物,木醋液在各 行各业的用途是当前生物质热裂解工艺的关键难点。事实上,根据相关研究, 发现木醋液具有促进植物生长、抑菌、除草、防腐等多种作用,并可作为除臭 剂,食品、饮料、饲料添加剂,医疗保健品使用,因此木醋液在农业、林业、 畜牧业、环保、化工、食品加工与医药卫生等领域均有广泛的用途。 从天然植物或海洋资源中提取分离有效成分作为各种用途产品的研究开 发已成为当今世界的热点之一。木醋液作为一种植物源物质,含有数量可观的 有机物, 是一种难得的天然化工原料。 从木醋液中提取分离活性物质用于农业、 食品、医药等行业,或对其进行深度加工和系列开发,制成不同用途的产品是 当前木醋液开发研究的趋势,也是一项可获得巨额收入的产业。 (二)现状分析 木醋液在日本、韩国、美国等国家已获得广泛应用。如日本根据不同用途 采取不同的精制方法得到的木醋液,作为医药原料(皮肤药等) 、食品添加剂 (熏液等) 、染料原料(媒染剂原料) 、脱臭剂(家庭用脱臭剂原料等) 、农药 原料(农药添加剂) 、土壤改良剂(发根促进剂) 等,还开辟了饮料添加剂、沐 浴添加剂等用途。日本每年大约生产 5 万吨的木醋液,其中约有一半应用于农 业生产,其作用主要是促进作物生长及控制线虫、病原菌和病毒,另一半应用 于食品加工、医药保健等方面。在韩国,已把精制木醋液用于医药,并将木醋 液提炼加工成为一种叫“森林饮料”的保健品。在美国,木醋液主要应用于花 园园艺和林果业等方面。 我国虽然在 20 世纪 90 年代开始对木醋液在农林上应用的试验与研究,开 展了一系列用木醋液防治作物、蔬菜和果树病害的室内外实验,但在产品的开 发研究方面进程缓慢,具有自主知识产权的产品很少,市场上基本没有商品化 产品销售。目前,日本的木醋液产品已以 4 万元/吨的高昂价格打入中国市场。 当前,国内外对木醋液的研究主要集中在其制造工艺及其应用研究方面,
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对于木醋液的应用,目前尚未对木醋液进行进一步提纯分离,而仅是一种由不 同有机物组成的混合物,其功能活性成分分析及其作用机理的基础研究均尚待 加强。因此对于木醋液中活性物质的提取、分离及活性测定及木醋液活性物质 的开发利用等方面还需进一步的研究。
主要参考文献: 主要参考文献:
[1] 毛巧芝, 赵忠, 马希汉.杏树枝木醋液的制取及其抑菌活性和化学成分分分析[J]西北农林科技大学 学报(自然科学版)2009 年 10 期 [2] 薛桂新,陈志军,李永红.木醋液对京亚葡萄保鲜效果的研究[J]食品科技 2009 年 34 卷 12 期 [3] 尉芹,马希汉,朱卫红,张珊珊,李晓明.不同温度段苹果枝木醋液化学组成、抑菌及抗氧化活性比较 [J]林业科学 2009 年 45 卷 12 期 [4] 尉芹,马希汉,郑 滔.核桃壳木醋液的制取、成分分析及抑菌试验[J]农业工程学报 2008 年 24 卷 7期 [5] 徐社阳, 陈就记,曹德榕.木醋液的成分分析[J]广州化学 2006 年 31 卷 3 期 [6] Ji-Lu Zheng, Qin Wei Improving the quality of fast pyrolysis bio-oil by reduced pressure distillation[J] biomass and bioenergy 35 (2011) 1804e1810 [7] Qin Weia, Xihan Mab, Zhong Zhaoa, Shanshan Zhanga, Shengchen Liua Journal of Analytical and Applied Pyrolysis[J] 88 (2010) 149–154 [8] 王海英,杨国亭,周 丹,等.木醋液研究现状及其综合利用[J].东北林业大学学报,2004,32 (5) :55-59. [9] 朴哲,闫吉昌,崔香兰,等.木醋液的精制及有机成分研究[J].林产化学与工业,2003,23(2) : 17-20. [10] 尉芹, 马希汉, 徐明霞. 2008. 杨树木醋液的化学成分分析及抑 菌试验. [J]林业科学, 44( 10) : 98- 102. [11] 高尚愚, 钱慧娟. 日本的木醋液精制和应用研究[J]. 林产化工通讯, 1994(6): 36-37.

三、项目实施方案及实施计划 实施方案、实施办法、具体实施计划及可行性分析。 (一)实施方案: 实施方案: 1、研究内容: (1)木醋液中抑菌活性物质的提取、分离及生物测定。 以细菌、霉菌以及植物病原菌等为生测对象,采用萃取、减压 蒸馏、 精馏以及柱层析等方法从木醋液中提取、 分离抑菌活性物质, 在活性追踪的基础上,确定具有抑菌活性物质类别; (2)木醋液中抗氧化活性物质的提取、分离及活性测定。 以 DPPH 自由基清除活性、ABTS 阳离子自由基清除活性以及对 铁的还原能力等为检测指标,采用萃取、减压蒸馏、精馏以及柱层 析等方法从木醋液中提取、分离抗氧化活性物质,确定具有抗氧化 活性物质的类别。
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(3)木醋液活性物质作为植物源农药、食品防腐剂、食品保鲜剂 的加工技术研究。 2、研究目标: (1)确定木醋液中抑菌活性物质提取工艺; (2)确定木醋液中抗氧化活性物质提取工艺; (3)获得 3-4 种具有明显抑菌、抗氧化活性单体物质 (二)具体实施计划及日程表 第一阶段:知识储备及场地准备(2011.08-2011.09) 1、 查阅图书馆和网络数据库的文献资料, 了解有关木醋液中活性 物质提取分离的相关知识。 2、集中学习并掌握萃取、蒸馏、柱层析等提取分离物质的方法。 3、准备实验原料。 第二阶段: 提取并分离木醋液中的活性物质,并逐一测定其抑菌效果 与抗氧化性(2011.09-2012.09) 1、提取木醋液中的活性物质: 利用干馏热解的方法,依据木材热解的理论分别在几个不 同温度段收集粗制木醋液,经过静置、木炭粉吸附杂质、过滤 等过程得到精制木醋液,并对其 pH、 有机酸含量和密度等理化 性质进行测定。 将木醋液原液用乙酸乙酯萃取至无色,萃取液用碳酸氢钠 溶液1∶1体积比萃取至少 3 次,合并碳酸氢钠萃取液并调 节至原木醋液pH值,以1∶1的乙酸乙酯萃取至少 3 次, 所得萃取液经减压蒸馏、干燥得到固体即抗菌物质。 将余下的溶液用碳酸钠溶液以1∶1体积比萃取至少 3 次,合并碳酸钠萃取液并调节至原木醋液pH值,用二氯甲 烷萃取至少 3 次,所得萃取液经常压蒸馏、干燥得到固体即 抗氧化物质。 2、木醋液中活性物质的分离提纯: 此过程可采用渗漉法、萃取法、蒸馏法、分液法、升华法 来进行操作。 3、测定活性物质的抑菌效果与抗氧化性: 用滤纸片法、 固体稀释法以庆大霉素作为对照, 测定提取、 分离出的木醋液活性物质对大肠杆菌( Escherichia coli ) 、 产气杆菌( Enterobacter aerogenes ) 、变形杆菌( Proteus vulgaris ) 、巨大芽孢菌( Bacillus megaterium) 、金黄 色葡萄球菌( Staphylococcus aureus) 等菌的抑制作用; 以
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苯 唑 青 霉 为 对 照 , 测 定 木 醋 液 对 黑 曲 霉 ( Aspergillus niger ) 、青霉( Penicillium sp. ) 、绿木霉( Trichoderma viride) 和康氏木霉( Trichoderma koningii ) 的抑制作用。 抑菌效果用抑菌圈直径表示(mm)。 用比照法以一般的食品防腐剂、食品保鲜剂为参照实验, 以提取、分离出的木醋液活性物质为作为同一食品的食品防 腐剂、食品保鲜剂,在相同的实验条件下对比其防腐、保鲜 程度,并作出结论。 第三阶段:研究木醋液活性物质的开发利用价值(2012 年 7 月—2012 年 11 月) 1、植物源农药方面 木醋液中的活性物质能很好地溶解农药的药性成份,其中 醇类、醛类、酮类等物质分子比水分子小,能渗透到作物的 叶、根等组织中去,从而更好地发挥药效,减少农药使用量、 增加农药的效果。 将提取出的活性物质作用于不同植物, 并作对照实验,观察 并记录活性物质对植物生长状况的影响。 2、食品防腐剂方面 防腐剂主要作用是抑制微生物的生长和繁殖,以延长食品 的保存时间。防腐剂主要包括有机酸、有机酸盐等,而木醋 液中有机成分包含乙酸、苯酚等天然活性有机物,因此对食 品有一定的防腐效果。 可以取几种不同的超市袋装或罐装食品为作用对象,以不 同浓度的木醋液样品取代本有的食品防腐剂,以原食品作比 较作对照,测定食品的有效保存时间。有效保存时间越长, 木醋液防腐作用越好,从中选择出木醋液作为食品防腐剂的 最佳浓度(忽略其他因素影响) 。 3、食品保鲜剂方面: 保鲜剂是与食品一起包装时,能主动性吸取包装内的水分 和氧作为反应物质,进行一系列复杂化合反应后,释放出抗 菌气体,从而使被包装食处于无氧且抑菌环境中,使微生物 失去活动、生长的环境,从面抑制微生物生长,食品得到保 鲜。 以不同浓度的木醋液为保鲜剂,通过浸渍处理研究不同浓 度木醋液对新鲜水果(如苹果)的保鲜效果。浸渍处理后在 室温(20±2) ℃下贮藏,测定腐烂率、失水率、总酸、还原
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糖、呼吸速率、丙二醛含量。作出一定时间后苹果腐烂率、 失水率、总酸、还原糖、呼吸速率、丙二醛含量对木醋液浓 度的曲线图,从中选择出木醋液作为食品保鲜剂的最佳浓度 (忽略其他因素影响) 。 第四阶段:项目总结及撰写论文(2012 年 12 月——2013 年 4 月) 1、回顾实施项目过程,总结记录数据及实验现象,并合理处理 数据。 2、根据实验结果,在老师的指导下撰写论文。 可行性分析: (三)可行性分析: 1、本课题以杏壳、核桃壳、苹果木等为原料,丰富易得。而且木醋液 一般一吨价格在 1000 元左右,成本低廉,实用性强。 2、近几十年来,木醋液中活性物质的提取已经取得了一定的成果,实 验操作简单,对设备的要求不是很高。 3、本课题组指导老师尉芹主要从事林木废弃物热裂解产物(木醋液和 活性炭)的深度加工技术以及生物柴油的加工工艺研究,在林产化 工方面有着十几年的教学与科研经验,特别是在对木醋液的制备、 生物活性及化学成分研究应用方面具有丰富的专业知识,能够给予 我们有力的技术和经验指导。 4、本课题组成员均为林化专业学生,对天然产物提取分离方面的知识 具有较深的了解,并且我们将在后续的学习中学到更多的关于物质 检测方面的知识。本小组成员在专业中成绩皆名列前茅,拥有扎实 的基础,为科研的顺利进行提供了保证。 5、我校为教育部直属的“985”工程重点建设院校,学校自身拥有许 多科研设备和高级科研人才。本课题组研究所要用的仪器设备,大 学生创新实验室中都有配备,这为我们的实验提供了便利条件;我 校在天然产物化学,植物化学等方面有着很多专业人才,这为我们请 教疑难问题提供了方便。 四、预期成果 1、 确定木醋液中抗氧化物质及抑菌物质的提取工艺。 2、 获得几种具有明显抑菌效果和抗氧化的活性物质。 3、 通过老师指导,撰写并发表学术论文。

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五、本项目的创新之处 1、以杏壳、核桃壳、苹果木等废弃木材为原料,既节约资源,又不会造 成污染,还具有很高的利用价值。 2、从天然的植物中提取抗氧化物质,用于延长食品的保质期,健康环保。 3、能自己设计出一套活性物质提取的工艺流程,用于工业生产,填补了 木醋液活性成分的提取工艺的空白。 4、在抑菌活性物质和抗氧化活性物质方面的研究和国民生活息息相关。
六、经费预算

1、 科研业务费(包括计算分析费、水电费、采集原料的差旅费、打印复印费、 论文发表费、文献检索费、信息通讯费等) : 1000 元; 2、 实验材料费(采购原料费、实验药品和试剂费、低值易耗品费) :1000 元; 3、 管理费(仪器使用费、基本仪器购买费、实验室使用费、物品管理费、检 测费、技术指导费等) 3000 元; : :1000 元; 4、其他相关费用(实验突发预备费、材料补给费等) 统一按以下格式制作: 项目 科研业务费 实验材料费 管理费 其他相关费用 总计:6000 元 用途 文献检索费、原料费等 采购原料费等 仪器使用费、检测费等 材料补给费等 金额(元) 1000 1000 3000 1000

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七、指导教师意见 木醋液作为一种植物源物质,含有数量可观的有机物,是一种难得的天然 化工原料。从木醋液中提取分离活性物质用于农业、食品、医药等行业,或对 其进行深度加工和系列开发, 制成不同用途的产品是当前木醋液开发研究的趋 势,也是一项可获得巨额收入的产业。当前,国内外对木醋液的研究主要集中 在其制造工艺及其应用研究方面,对于木醋液的应用,目前尚未对木醋液进行 进一步提纯分离,而仅是一种由不同有机物组成的混合物,其功能活性成分分 析及其作用机理的基础研究均尚待加强。因此对于木醋液中活性物质的提取、 分离及活性测定及木醋液活性物质的开发利用等方面还需进一步的研究。 同意立项,希望得到支持。 签字: 年 八、学院意见 月 日

学院公章 九、主管部门审核意见

负责人签字: 年 月 日

单位公章

负责人签字: 年 月 日

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