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1. 木质素基表面活性剂研究现状
王瑞珍,宋留名,刘朋,王奎,徐俊明
生物质化学工程    2020, 54 (3): 61-68.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.03.009
摘要209)   HTML11)    PDF(pc) (572KB)(166)    收藏

木质素作为一种天然高分子化合物,其来源丰富,可以用来代替石油资源制备表面活性剂,缓解当前石油资源枯竭的问题。常见的木质素基表面活性剂有阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂以及非离子表面活性剂。木质素基表面活性剂在工业领域具有广泛的应用范围,可以作为染料分散剂、混凝土减水剂、沥青乳化剂以及原油采集过程中的驱油剂等。木质素基表面活性剂的开发利用为生物质产品的高值化利用开辟了一条新的路径。

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2. 污泥厌氧发酵产酸机理及应用研究进展
李冬娜,马晓军
生物质化学工程    2020, 54 (2): 51-60.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.02.008
摘要190)   HTML1)    PDF(pc) (592KB)(117)    收藏

为了实现污水中污泥减量化和资源化,对其进行厌氧消化是目前国际上应用最广泛的处理方法。酸化阶段的重要产物——挥发性脂肪酸(VFAs)不仅可以作为污水脱氮除磷的碳源,还是合成生物质塑料聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的理想底物。简单介绍了污泥厌氧发酵产酸的代谢机理和微生物机理,对近年来污泥厌氧发酵产酸的研究成果进行了梳理,重点论述了底物种类、预处理技术、pH值、发酵温度等因素对污泥厌氧发酵产酸的影响及研究进展,总结并对比了不同底物类型、发酵温度、酸性和碱性条件下都可影响发酵产酸的产量及酸种类分布,而污泥预处理技术则倾向于提高酸的产量,对酸种类分布影响不大。介绍了污泥厌氧发酵产酸在合成PHAs、生物能源和污水的脱氮除磷等方面的应用情况。最后,针对污泥厌氧发酵产酸会因底物有机成分不同,导致酸化效率有所差异,同时控制底物种类、pH值和温度等因素不仅影响产酸量,还会影响产酸类型和产物种类。提出了今后的研究方向主要是深入分析不同底物的酸化效率差异原因、污泥定向发酵产酸,实现总VFAs中各种酸比例调控。

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3. 纳米纤维素的疏水改性及应用研究进展
孙琳,刘华玉,刘坤,张筱仪,解洪祥,张蕊,李海明,司传领
生物质化学工程    2020, 54 (4): 57-66.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.009
摘要187)   HTML12)    PDF(pc) (944KB)(138)    收藏

纳米纤维素作为一种性能优越的可再生纳米材料,应用前景极为广阔。然而,由于纳米纤维素结构上富含羟基,使其具有极强的亲水性,严重影响了纳米纤维素的疏水性能,并且在一定程度上限制了其在复合材料领域的应用。综述了纳米纤维素疏水改性的研究进展,从物理吸附、表面化学修饰(甲硅烷化、烷酰化、酯化等)、聚合物接枝共聚3个方面简述了目前应用较为广泛的疏水化改性方法,并对疏水纳米纤维素在包装材料、造纸、水净化等方面的应用现状进行了总结。最后对疏水改性纳米纤维素的未来发展进行了展望,旨在为疏水纳米纤维素的研究和应用提供参考。

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4. 甘蔗渣综纤维素膜的制备和性能研究
杨浩,陈琪,赵慧敏,顾浩杰,阎杰,林海琳
生物质化学工程    2020, 54 (2): 6-14.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.02.002
摘要177)   HTML10)    PDF(pc) (6212KB)(130)    收藏

以甘蔗渣中所提取的综纤维素为原料,ZnCl2溶液为溶剂,通过相转化法制备综纤维素膜,探究了综纤维素用量(以ZnCl2溶液质量计,下同)、溶解时间、凝胶化时间和所浸泡甘油质量分数等因素对湿膜的孔隙率、水通量及干膜的力学性能的影响;并通过SEM、XRD、FT-IR、TG等表征方法分析了溶解成膜机理。研究结果证实了从甘蔗渣中提取的综纤维素可直接作为原料来制备综纤维素膜,当综纤维素用量为5%、凝胶化时间3 d、溶解1 h时制得的湿膜有着最小的水通量为17.2L/(m2·h),孔隙率为83.3%,再经10%质量分数的甘油增塑得到的干膜有着最大的拉伸强度,为21.9MPa,此时断裂伸长率为22.2%。根据FT-IR、TG可知以综纤维素为原料制得的膜中未包含半纤维素,半纤维素可能在溶解过程中水解或者在成膜过程中析出。根据SEM可知湿膜状态下膜内部有均匀孔洞,干燥后膜孔洞收缩形成致密结构。XRD结果表明综纤维素成膜后其中的纤维素由纤维素Ⅰ型转变为纤维素Ⅱ型,结晶度由48.8%降至41.5%。

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5. 木质素化学降解及其在聚合物材料中应用的研究进展
杨倩,刘贵锋,吴国民,孔振武
生物质化学工程    2020, 54 (2): 40-50.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.02.007
摘要176)   HTML2)    PDF(pc) (639KB)(162)    收藏

木质素是自然界储量丰富的可再生天然酚类高分子,可替代传统化石资源应用于聚合物材料合成。木质素分子结构中的大分子刚性骨架可赋予材料独特的力学性能和热稳定性。但木质素化学组成和分子结构复杂、反应活性低,限制了在聚合物材料领域的应用。化学降解是一种高效、高选择性且应用广泛的降解方法,经化学降解处理得到的木质素低聚物具有活性官能团多、反应活性高、溶解性好等优点,有利于拓展木质素在聚合物材料领域的高附加值应用。重点综述了近年来国内外有关木质素化学降解及其降解产物应用于聚合物材料的研究进展。

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6. 预处理稻壳及其与杨树锯末掺混燃烧特性和燃烧动力学分析
王华山,房瑀人,张天航,刘华,王春生
生物质化学工程    2020, 54 (3): 1-8.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.03.001
摘要156)   HTML7)    PDF(pc) (595KB)(245)    收藏

采用热重技术对稻壳(DK)和杨树锯末(JM)燃烧进行分析,考察了不同预处理方式对稻壳燃烧特性的影响,并研究了不同升温速率及稻壳和杨树锯末掺混质量比对掺混燃烧特性及燃烧动力学的影响。结果表明:水洗及酸洗可使稻壳燃烧TG-DTG热重曲线向高温区移动,最大失重速率及对应失重温度升高。水洗使稻壳综合燃烧特性指数提高2.5×10-7~5.9×10-7%/(min2·℃3),而酸洗使稻壳综合燃烧特性指数下降11×10-7~11.9×10-7%/(min2·℃3)。不同预处理后稻壳在挥发分析出燃烧阶段的活化能高于未处理稻壳,酸洗后稻壳焦炭燃烧阶段活化能降低16.94 kJ/mol,而水洗使稻壳焦炭燃烧阶段活化能升高。提高稻壳添加比例,混合燃料着火温度和燃尽温度降低。随着升温速率的提高,混合样品综合燃烧特性指数和残余率升高。70%稻壳和30%杨树锯末混合燃料在升温速率40℃/min下燃烧产生协同效应。

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7. 咖啡渣活性炭的制备、表征及其对Cr(Ⅵ)的吸附机制研究
任杰,万力,陈楠纬,杨帆,孙水裕,任随周
生物质化学工程    2020, 54 (4): 1-8.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.001
摘要156)   HTML9)    PDF(pc) (2147KB)(188)    收藏

以碘吸附值为评价指标,活化时间、活化温度和浸渍比为影响因素,采用响应面法试验设计对磷酸活化法制备咖啡渣活性炭的工艺条件进行优化,并通过静态吸附试验研究了不同吸附时间、溶液pH值和吸附温度条件下,活性炭对水溶液中Cr(Ⅵ)吸附性能的影响,最后利用Langmuir、Freundlich吸附等温方程、准一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内部扩散方程进行拟合。试验结果表明,制备咖啡渣活性炭的最佳工艺条件为活化时间1 h、活化温度498℃、浸渍比1.72;在此条件下活性炭得率为30.4%,碘吸附值为(799±16)mg/g,比表面积为1 006 m2/g,孔容为0.779 cm3/g、微孔孔容为0.051 cm3/g、平均孔径为3.088 nm。较低pH值和较高温度能够促进活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附;Langmuir等温方程能够更好地描述活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附效果;活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附分3个阶段:快速吸附阶段、慢速吸附阶段和吸附平衡阶段,10 min内可完成吸附总量的79%,360 min内达到吸附平衡,该吸附过程符合准二级吸附动力学方程。分析表明咖啡渣活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附主要为单分子层的化学吸附。

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8. 生物质发电厂飞灰制备生物炭的研究
梁光兵,李艳红,訾昌毓,张远琴,彭昭霞,赵榆林,赵文波
生物质化学工程    2020, 54 (2): 21-26.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.02.004
摘要148)   HTML7)    PDF(pc) (2752KB)(157)    收藏

以生物质发电厂飞灰为原料,经过酸液除杂、矿物质脱除处理后,从飞灰中分离出生物炭。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)和N2的吸附/脱附等对生物质飞灰和生物炭进行表征。研究结果表明:生物炭约占飞灰总质量的13.7%。制得的生物炭芳香度约为28.4%,脂肪碳含量较高,且含氧官能团丰富。生物炭的比表面积为128.98 m2/g,总孔体积为0.08 m2/g,平均孔径为3.4 nm,表面疏松粗糙、孔隙明显且伴随羟基分布,表面活性较高,具备实际生产应用的价值。

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9. 油茶壳微孔活性炭的制备及表征
费海燕,田亚萍,李晗,范方宇,王昌命,郑志锋
生物质化学工程    2020, 54 (3): 25-30.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.03.004
摘要146)   HTML4)    PDF(pc) (2633KB)(129)    收藏

以油茶壳为原料,经炭化、KOH活化,制备微孔活性炭。考查了活化温度、活化时间和碱炭比对微孔活性炭碘吸附值和产率的影响,并采用正交试验优化了制备条件。研究结果表明:活化温度800℃、活化时间180 min、碱炭质量比3.5:1时,活性炭的碘吸附值达3 221 mg/g,产率51.2%。采用比表面积孔隙分析仪测定了氮气吸附/脱附等温线,计算得BET比表面积为1 755.72 m2/g,平均孔径为2.15 nm,总孔容为0.328 cm3/g,微孔孔容占总孔容的55.8%;SEM分析可见活性炭表面具有大量孔隙结构;FT-IR分析表明活化促进了—CH3、—OH热解,活性炭中仍保存含氧官能团。

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10. 赤泥对玉米秸秆催化热解生物油的影响规律研究
王一青,王丽红,张安东,汤文谈,李志合,蔡红珍
生物质化学工程    2020, 54 (3): 18-24.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.03.003
摘要145)   HTML1)    PDF(pc) (733KB)(132)    收藏

将经过不同温度煅烧的赤泥与玉米秸秆按照一定质量比混合,在500℃下进行催化热解实验,研究赤泥对玉米秸秆生物油组成的影响规律。经TG-DTG和XRD分析发现:600℃煅烧后赤泥(RM600)中含水矿物失水,1 000℃煅烧后赤泥(RM1000)中碳酸盐类化合物分解完全,并且发生了烧结反应。对生物油进行GC/MS分析发现:经过干燥的赤泥(RM)和600℃煅烧的赤泥对羧酸酮基化反应具有明显促进作用,酸类的量降低,酮类的量相应增加,同时对呋喃类的生成也有促进作用。其中,干燥赤泥降酸作用更明显,玉米秸秆与赤泥质量比1:5时,生物油中酸类的量由未添加赤泥时的23.85%降至0.90%。此外,2种赤泥对糖类和醛类都有抑制作用,而1 000℃煅烧的赤泥发生烧结反应,催化作用大幅降低,对生物油组分影响较小。

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11. 木质素纳米颗粒的制备及其功能化应用研究进展
刘学,李淑君,刘守新,李坚,陈志俊
生物质化学工程    2020, 54 (5): 53-65.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.05.008
摘要141)   HTML3)    PDF(pc) (10179KB)(123)    收藏

木质素是一种天然生物质资源,来源广泛,成本低廉。近年来,利用纳米技术将木质素制备成木质素功能化纳米颗粒极大推动了木质素的利用,同时显著解决了传统材料无法解决的突出问题。详细介绍了木质素功能化纳米颗粒的自组装法、机械法、聚合组装法、冻干炭化法等制备方法及其在催化剂、助剂、吸附剂、紫外防护和抗氧化、抗菌、载体材料、聚集诱导发光材料等领域的应用研究,展望了木质素纳米颗粒的应用前景。指出实现木质素纳米颗粒的可控制备、功能化修饰,将有利于推动木质素功能化纳米颗粒在环保、能源、催化和生物医学等领域的进一步应用。

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12. 糖苷类化合物非水相生物催化结构修饰的研究进展
杨荣玲,吴婷婷,赵祥杰,聂泽坤,王朝宇
生物质化学工程    2020, 54 (3): 54-60.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.03.008
摘要138)   HTML2)    PDF(pc) (533KB)(134)    收藏

介绍了非水相生物催化的现状,包括常用催化剂种类如游离酶、固定化酶和全细胞催化剂,常见的非水相催化介质如有机溶剂体系、无溶剂体系、离子液体体系以及超临界流体介质体系,阐述了糖苷类化合物的去糖基化修饰、糖基化修饰、酰化修饰以及甲基化修饰等方法,并叙述了结构修饰对化合物性质的影响,如提高化合物的溶解度、增强化合物的稳定性以及提升化合物的生物活性等,简单介绍了目前糖苷类结构修饰化合物的相关应用。

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13. 生物质灰硅资源高附加值利用的研究进展
彭昭霞,李艳红,陈亿琴,梁光兵,黄勇,訾昌毓
生物质化学工程    2020, 54 (2): 61-66.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.02.009
摘要134)   HTML7)    PDF(pc) (1633KB)(147)    收藏

生物质灰中含有具备化学活性的无定型硅,能用于合成高附加值产品。对生物质灰的组成、结构等方面进行了概述。在利用生物质灰合成凝胶方面,总结了近年利用生物质灰合成干凝胶、气凝胶、水凝胶的研究进展。综述了近年来利用生物质灰中的硅资源制备锂离子电池阳极材料、催化剂材料等方面的研究进展。通过对生物质灰硅资源的应用分析,提出生物质灰有望成为生产高附加值硅基材料的低成本前驱体来源,为生物质灰在工业上的资源化利用提供了重要的发展方向。

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14. 木屑生物炭的制备及其对Pb 2+的吸附特性研究
常帅帅,张学杨,王洪波,李梅,谭珍珍
生物质化学工程    2020, 54 (3): 37-44.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.03.006
摘要133)   HTML2)    PDF(pc) (2524KB)(244)    收藏

以松木(SM)和楠木(NM)木屑为原料,分别在300、450、600℃下制备了6种木屑生物炭,通过扫描电镜、孔径与比表面积分析仪、傅里叶红外光谱仪和热重分析仪对生物炭的理化性质进行了表征,并探讨了金属离子(Na+、K+、Ca2+)和pH值对生物炭吸附Pb2+的影响,同时研究了其吸附动力学。研究结果表明:在相同制备条件下,随着热解温度升高,生物炭的比表面积和孔容积增大,其最可几孔径呈下降趋势,楠木生物炭的比表面积(23.2~311.4 m2/g)均大于松木生物炭(17.6~210.6 m2/g);FT-IR分析表明,热解温度的升高使生物炭芳香化程度增强,有助于生物炭与Pb2+形成稳定的结构。楠木生物炭对Pb2+吸附量(46.92~77.12 mg/g)高于松木生物炭(34.90~62.79 mg/g);溶液中的Na+和K+不利于生物炭对Pb2+的吸附,Ca2+有利于Pb2+的去除。生物炭对Pb2+的吸附均符合准二级动力学方程,颗粒内扩散模型分析表明吸附受多种因素共同影响。

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15. 蒲草叶基活性炭的制备及性能研究
李瑶,于淼,吕冬,王立娟
生物质化学工程    2020, 54 (3): 9-17.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.03.002
摘要127)   HTML6)    PDF(pc) (3728KB)(155)    收藏

以蒲草叶(CL)为原料、CO2为活化剂,采用两步法制备蒲草叶基活性炭(CL-AC)。利用SEM和BET对CL-AC的结构和形貌进行表征。结果表明CL-AC具有发达的孔隙结构。活化温度800℃、活化时间20 min条件下制得的活性炭样品(CL-AC3)的比表面积最高,达到570.03 m2/g。5 000次循环后,CL-AC3的电容保持率为90.56%。当电流密度为0.5 A/g时,比电容达到111 F/g。采用单因素试验对CL-AC3吸附亚甲基蓝的条件进行优化,结果表明,较优吸附条件为吸附剂投加量12.5 mg、溶液初始质量浓度50 mg/L、温度303.15 K、吸附时间300 min,该条件下吸附量达到199.22 mg/g。亚甲基蓝在CAC上的吸附过程遵循准二级动力学模型和Langmuir等温线,吸附过程是自发吸热。

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16. 活性炭改性技术研究进展
建晓朋,许伟,侯兴隆,刘石彩
生物质化学工程    2020, 54 (5): 66-72.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.05.009
摘要124)   HTML9)    PDF(pc) (1690KB)(154)    收藏

活性炭拥有独特的物理化学特性,广泛应用于工业、民用及国防等诸多领域,具有不可替代的重要作用。普通的活性炭已经不能满足人类在生产和生活中日益扩大的需求,所以进一步研究活性炭改性技术成为目前的热点。总结了活性炭在化学改性(氧化改性、还原改性、酸碱改性、金属负载改性和等离子体改性)和物理改性(高温热处理改性和微波改性)两方面取得的研究成果,比较了不同改性方法的技术特征,并对活性炭改性技术的未来发展进行了展望。

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17. 脱氢枞基含氮衍生物的抑菌活性研究
翟兆兰,吕仆,赵平,宋湛谦,商士斌,饶小平
生物质化学工程    2020, 54 (5): 1-7.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.05.001
摘要123)   HTML8)    PDF(pc) (648KB)(152)    收藏

采用平板计数法研究了脱氢枞酸(1)和脱氢枞基含氮衍生物(脱氢枞胺(2)、脱氢枞酸酰胺衍生物(3a~3m)、脱氢枞胺(取代)苯甲醛Schiff碱衍生物(4a~4i))对6种病原真菌的抑制活性。结果表明:脱氢枞胺的抑菌活性优于脱氢枞酸,脱氢枞胺(取代)苯甲醛Schiff碱衍生物的抑菌活性优于脱氢枞酸酰胺衍生物。其中含卤原子的脱氢枞胺(对氯)水杨醛Schiff碱(4d)、脱氢枞胺(间氟)苯甲醛Schiff碱(4f)、脱氢枞胺(对氟)苯甲醛Schiff碱(4g)、脱氢枞胺(对氯)苯甲醛Schiff碱(4h)具有较强的抑菌活性,4h在质量浓度为180 mg/L时对灰葡萄孢、腐皮镰孢和芸苔链格孢的抑制率达100%,抑制率接近阳性对照物放线菌酮。进一步测定了脱氢枞胺(取代)苯甲醛Schiff碱衍生物4d4f4g4h在不同质量浓度下对6种病原真菌的抑菌活性。结果发现4种化合物在不同质量浓度下对灰葡萄孢和芸苔链格孢均具有较好的抑制活性。化合物4f在22.5 mg/L时对6种病原真菌的抑制率最高,均大于95%,而4g在22.5 mg/L时的抑制率却最低,并且4h在45 mg/L时的抑制率较高,上述结果表明苯环上卤原子的取代位置和类型均会影响其在不同质量浓度下的抑菌活性和最佳抑菌活性的质量浓度。

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18. 1-脱氧野尻霉素控释微丸的制备工艺优化及其药动学研究
孙照英,赵华南,刘志明
生物质化学工程    2020, 54 (3): 45-53.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.03.007
摘要121)   HTML2)    PDF(pc) (1950KB)(59)    收藏

1-脱氧野尻霉素控释微丸采用挤出滚圆和流化床方法进行制备。首先使用羟丙基甲基纤维素和微晶纤维素等辅料制备分散体、丸芯,再使用羟丙基甲基纳米纤维素邻苯二甲酸酯作为主要包衣材料进行包衣,并装入胶囊。采用SEM观察微丸的微观形态,以及测定其产率、脆碎度、密度、水分含量和粒径分布等物理性质,研究结果显示微丸性质符合中国药典标准规定。在体外释药试验中,溶出介质和放置方式对药物释放无显著影响,释放过程符合Baker-Lonsdale模型。对比研究1-脱氧野尻霉素原料药、分散体微丸和控释微丸在比格犬体内的控释特性,结果表明:与1-脱氧野尻霉素原料药相比,分散体微丸和控释微丸分别使1-脱氧野尻霉素的生物利用度提高了183.37%和243.87%。此外,1-脱氧野尻霉素控释微丸的体内-体外研究的相关性分析可知体外溶出和体内吸收之间呈现良好的线性关系。

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19. 基于专利的纳米纤维素技术现状与分析
尚玮姣,王璐
生物质化学工程    2020, 54 (4): 49-56.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.04.008
摘要120)   HTML0)    PDF(pc) (3503KB)(85)    收藏

通过智慧芽专利分析系统收集国内外纳米纤维素专利数据,运用定量的专利分析、专利地图聚类及多主路径方法,对纳米纤维素专利公开趋势、专利权人地域分布、主要专利权人、高被引专利、主要技术领域和技术演化路径进行分析。结果表明:纳米纤维素专利技术处于快速发展阶段,是国内外研究的热点;美国、中国、日本、印度、芬兰等国家处于领先地位;我国纳米纤维素专利申请以大学为主,专利数量众多,在世界范围内排名第一,但缺乏高质量、高影响力的专利,影响力有待提高;纳米纤维素的制备方法一直是重点,且应用领域非常广泛。

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20. 化香果提取物体外抑菌活性研究
徐曼,汪咏梅,张亮亮,胡新宇
生物质化学工程    2020, 54 (2): 15-20.   DOI: 10.3969/j.issn.1673-5854.2020.02.003
摘要119)   HTML4)    PDF(pc) (532KB)(61)    收藏

研究了化香果提取物对水产常见9种致病菌嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)、温和气单胞菌(Aeromonas sobria)、豚鼠气单胞菌(Aeromonas caviae)、维氏气单胞菌(Aeromonas veronii)、迟钝爱德华菌(Edwardsiella tarda)、副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)、鼠疫耶尔森氏菌(Yersinia pestis)、大肠杆菌(Escherichia coli)和金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的抑菌活性。研究结果表明:化香果提取物对9种细菌均具有抑制作用,最小抑菌浓度为4.50 g/L。对每种细菌而言,抑菌效果随化香果提取物质量浓度的增加而增强,其中对大肠杆菌的抑制能力最强,IC50值为0.035 g/L;金黄色葡萄球菌次之,IC50值为0.053 g/L。对雌雄小鼠急性经口毒性试验结果表明化香果提取物对小鼠的急性经口半数致死量(LD50值)分别为5 010和7 940 mg/kg体质量,表明化香果提取物属于实际无毒级。

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