降压协同微波对病死畜禽水热处理中间产物转化途径的调控机制

The disposal and high value utilization of the dead livestock and poultry are the pressing problems in livestock and poultry breeding industry. As a potential processing technology, hydrothermal treatment has the advantages of short reaction period and no pre-drying processing, which can not only realize the conversion and separation of organic components but also achieve the biosafety disposal of the dead livestock and poultry and high value utilization of their products. At present, the main aim of the hydrothermal treatment of animal-based biomass is to obtain single-phase products. However, the higher content of nitrogen and lipids has an influence on the quality of oil-phase or aqueous-phase products. This project intends to reduce the pressure and add microwave irradiation during the process of hydrothermal treatment, resulting in obtaining multi-objective products. Model animal-based biomass materials are selected to investigate the mass and the energy balance of the depolymerization and conversion of organic components during the hydrothermal treatment process, and to clarify the main reaction in hydrothermal process and the interaction among the organic components. On this basis, this study carried out through choosing the model compounds and the model animal-bases biomass in the condition of reducing the pressure and adding microwave irradiation. The morphology, structure, components and function groups of products were analyzed to reveal the mechanism of regulating the transformation pathway of the intermediates in the hydrothermal conditions with microwave assisting. This project will provide a scientific foundation for the biosafety disposal of dead livestock and poultry and the high value utilization of their products from the hydrothermal treatment.

病死畜禽的处理及高值化利用是目前畜禽养殖业中亟待解决的问题之一，水热转化技术由于反应快，无需脱水，可实现有机组分的转化与分离，有利于病死畜禽安全处理及产物的高值化利用，是一种具有发展潜力的处理技术。但目前这类动物基生物质水热转化技术仍以单相产物为目标，且高氮或高脂类组分存在影响油相或水相产物品质。本项目拟通过过程中途降压并辅助微波作用，将水热处理过程变为微波辅助下带水热解过程以调控中间产物转化途径并获得多目标产物。首先选取模式畜禽，研究其有机组分水热处理时转化过程的质能平衡，明确其水热转化的主体反应和交互作用；在此基础上，采用降压和微波协同的过程调控方式，从模型化合物和模式畜禽两个层面，通过对反应过程中各相物质的形态、结构、组分与基团分析，解析模式病死畜禽从水热转化过程到微波协同的带水裂解过程变化对中间产物转化途径调控的作用机制，为动物基生物质多目标产物高值利用奠定科学基础。

病死畜禽的处理及高值化利用是目前畜禽养殖业中亟待解决的问题之一，水热转化技术由.于反应快，无需脱水，可实现有机组分的转化与分离，有利于病死畜禽安全处理及产物的高值化利用，是一种具有发展潜力的处理技术。但目前这类动物基生物质水热转化技术仍以单相产物为目标，且高氮或高脂类组分存在影响油相或水相产物品质。本项目首先以模式猪为研究对象，研究了常规水热液化过程中反应温度、反应时间和总固含量对猪体水热液化产物分布与产物特性的影响，探讨了常规水热液化过程各组分转化与互作机理；以模式鸡为研究对象，采用微波水热处理技术，研究了反应过程参数对病死鸡微波水热产物分布的影响，探讨不同过程参数对病死鸡的关键营养元素迁移分布的作用机制，对比分析微波水热和常规水热2种处理方法对模式鸡水热转化主要目标产物的影响，结果表明微波水热可促使N元素向水相产物迁移，其生物油有更佳的可燃性和综合燃烧特性。在此基础上，为了揭示组分间的作用机制，以牛血清白蛋白、甘油-油酸和葡萄糖作为其主要组分的模型化合物，通过系统降压与微波协同，探究各组分模型化合物在不同水热温度下的反应节点、反应途径以及各组分模型化合物间相互作用规律；按照不同饲养阶段模式猪主要组分的比例调整3种模型化合物的配比，研究不同配比下模型化合物的微波水热转化特性以及其相互作用规律，揭示了蛋白质类、脂肪类和糖类的模型化合物各组分间交互作用的影响，并通过两步水热处理工艺，研究关键工艺参数对中间产物和目标产物的调控作用，结果显示两步水热处理可以提高水相产物氨基酸的含量，但过高的反应温度与反应时间均不利于氨基酸向水相中富集。通过多角度多层次的研究，解决了高脂高蛋白类动物基生物质水热液化过程中各组反应途径及组分间交互作用机制和水热液化过程向带水裂解过程转变以及微波外场对动物基生物质各组分转化途径的调控机制两个关键科学问题，为动物基生物质多目标产物高值利用奠定科学基础。