磁场影响水溶液冰晶的试验及装置

为寻找生物组织低温无损保存的新方法,研究了磁场对KMnO4溶液冰晶形成的影响.建立了不同形式的磁场发生装置,包括旋转磁场、方波叠加正弦波磁场、50kHz磁场.为保证样品降温过程慢速均匀,运用虚拟仪器技术建立了温度测控系统.使用低温显微系统对磁场影响下样品冰晶的形态进行了记录.结果表明,低频旋转磁场对生物溶液冰晶的形成产生了影响,尤其50kHz交变磁场对溶液中冰晶的生长具有较为显著的抑制作用,说明在易于产生的低冷冻速率下,交变磁场对生物组织的低温无损保存研究具有重要意义,适合实际应用.     

冬鲽血清蛋白的抗冷冻机理

在南极和北极的一类鱼的血清中，有一种抗冷冻蛋白（ＡＦＰ）．它们能够保护这类鱼在低于一般鱼的冰点以下生存．这是一种非依数性效应．为了解释观测到的热滞（冰晶生长点和溶点的差），本文提出一个吸附的抗冷冻蛋白能够在冰晶生长方向引起冰晶表面弯曲的模型，在生长动力学的基础上并考虑抗冷冻蛋白在溶液和冰晶中的不同溶解度，计算了冬鲽抗冷冻蛋白溶液的热滞，得出与实验较符合的结论．     

化学工程与技术学科方向带头人

节能及可再生能源方向秦贯丰,男,1960年7月生,教授、留学归国博士。在奥克兰大学(The University of Auckland)和科技孵化园中的Freezecon公司工作多年,从事乳品和食品(溶液)的冷冻浓缩技术研究。特别深入研究了冷冻浓缩过程中冰晶的结晶动力学,相变非稳态传热学,冰晶与浓缩液的分离提纯机理以及冷量回收和系统优化问题,并为国际知名乳品大公司研制了新型的冷冻浓缩原型机。     

冷冻浓缩法处理高盐废水的研究进展

工业生产过程产生大量高盐废水，水质成分复杂，含有大量Na⁺、Cl^-、SO₄^2-等盐离子及有毒物。传统高盐废水处理技术仍存在效率低、运行成本高的特点，冷冻浓缩作为一种高效清洁且无二次污染的处理技术而得到广泛关注，但冷冻浓缩所制备的冰晶存在杂质是当前亟待解决的问题。总结了近年来冷冻浓缩技术在高盐废水处理领域的研究进展。对冷冻时间、冷冻温度、初始溶液浓度等关键参数进行研究；通过浸泡、重力、加水等净化方法对杂质冰晶进行净化；为了加快脱盐进程和提高脱盐效果，探究了成核剂和超声波辅助冷冻浓缩的方法，并对冷冻浓缩技术的能耗进行了经济性分析；最后对技术发展进行了总结和展望，以期对冷冻浓缩处理高盐废水的发展和实践提供一定的参考。     

交变电场作用下离子扰动对KMnO4水溶液相变过程的影响

为探索生物材料低温保存的新方法,以质量分数为0.9%的KMnO4溶液为实验样品,将其置于-30℃低温环境中冷冻,同时施加交变电场(频率为50 Hz~100 kHz)干扰,通过显微观察研究交变电场对含盐溶液液-固相变过程的影响.研究发现,交变电场作用对溶液中冰晶生长具有明显的抑制作用,形成的纯水冰晶体积明显减小,离子分布趋于均匀,部分区域可能形成微晶冰或含盐冰.分析认为,对于强电解质溶液,交变电场作用下产生的离子扰动是影响含盐水溶液液-固相变过程的主要原因.     

单极层状冷冻法处理苦咸水

采用单极层状冷冻方法淡化苦咸水,可以获得回收率高、质量好的冰晶.分别取500、1.000、2.000、3.000、5.000.mg/L苦咸水在-2、-4、-6、-8、-10、-12、-14、-16、-18、-20.℃的条件下冷冻,观察分析脱盐率、冷冻温度、冷冻速率、成冰率和苦咸水浓度之间的关系,结果表明:随着冷冻速率增大或者溶液浓度增加脱盐率下降,冷冻速率主要受冷冻温度影响,成冰率主要受冷冻速率和冷冻时间的影响,而溶液浓度对冷冻速率没有明显影响.随水样浓度由低到高,其最佳冷冻温度范围分别为:-6～-10.℃、-4～-8.℃、-6～-10.℃、-2～-6.℃和-2～-8.℃.在成冰率分别为9.5%、9.3%、7.0%、7.8%和8.5%时,各水样的脱盐率达到最高值,分别为94.3%、80.6%、64.8%、68.1%和59.2%.     

热源塔盐溶液冷冻再生特性研究

针对热源塔冬季运行时的溶液再生问题,提出一种基于冷冻法的溶液再生方式,进行盐溶液冷冻再生特性试验研究,得到了含冰率、冰内盐浓度、剩余溶液浓度随冷冻时间的变化规律,探讨过冷度、冷冻温度和初始溶液浓度对盐溶液冷冻脱盐特性的影响.试验结果表明:随着过冷度的增大,瞬间结冰量越多,结冰速率越快,含冰率和冰内盐浓度均增加;随着冷冻温度的不断降低,含冰率、冰内盐浓度和剩余溶液浓度均不断升高;随着初始溶液浓度的变化,溶液含冰率存在先升高后降低的趋势,当初始溶液浓度达到10%时出现最佳值,此时含冰率约为80%.     

第一类鱼抗冻蛋白分子对冰晶表面平衡结构的影响

根据冰晶生长理论,在一定的生长驱动力作用下,冰晶界面生长机制和动力学规律决定于冰晶界面的微观结构.从大分子溶液热力学性质出发,得到了结合抗冻蛋白后冰晶表面微观平衡结构的变化,并讨论了这种变化对冰晶生长形态的影响.结果显示抗冻蛋白造成冰晶表面微观平衡结构改变,是抗冻蛋白溶液中冰晶生长的形态与纯水中冰晶生长的形态有显著区别的原因之一.     

超声辅助冷冻对湿面筋蛋白中可冻结水含量及冰晶粒度分布的影响

超声辅助食品冷冻过程是一种新的技术。本文通过对湿面筋蛋白中可冻结水含量及冰晶粒度分布的检测,研究超声辅助食品冷冻过程中冰结晶的热力学机制。用差示扫描量热仪测定了不同冷冻环境下湿面筋蛋白中可冻结水的含量,结果可见：超声辅助冷冻和液氮浸渍冷冻的湿面筋蛋白中可冻结水的含量比传统冷冻过程的高。用扫描电镜间接观察和分析了冷冻的湿面筋蛋白中冰晶的形状和粒度分布,表明适当的功率超声能加速湿面筋蛋白的冷冻过程;超声辅助和液氮浸渍冷冻的湿面筋蛋白中冰晶细小且分布均匀,可减少冷冻时对面筋蛋白网络结构的破坏。显示超声辅助冷冻是改善冷冻食品品质的实用技术。     

冷冻环境对湿面筋蛋白中可冻结水的影响

用差示扫描量热仪测定了不同冷冻环境下湿面筋蛋白中可冻结水的含量,探讨了超声辅助食品冷冻过程中冰结晶的热力学机制;用扫描电镜间接观察和分析了冷冻湿面筋蛋白中冰晶的形状和粒度分布.结果表明:360W、440W超声辅助冷冻和液氮浸渍冷冻的湿面筋蛋白中可冻结水占总水含量的比例分别为67.3%、70.8%和77.0%,均比传统冷冻过程的(56.9%)高;不同环境下冷冻的样品其热力学特征各不不同;适宜功率的超声能加速湿面筋蛋白的冷冻过程,削弱面筋蛋白和水分子之间的相互作用力;超声辅助和液氮浸渍冷冻的湿面筋蛋白中冰晶细小,直径在4μm以内且分布均匀,可减少对面筋蛋白网络结构的破坏;与高能耗的液氮浸渍冷冻法相比,超声辅助冷冻是一种更实用的改善食品品质的技术.     

生物组织冻结相变过程的数值模拟

建立了生物组织(含正常生物组织和肿瘤)冻结过程的传热模型.生物组织作为一种多孔介质,其相变发生在一个温度范围内,且存在一个固相与液相共存的糊状过渡区.采用显热容法模拟了生物组织冻结过程中的传热和冰晶增长过程.模拟结果显示,在冻结过程中,冷刀的初始温度越低,冷刀的降温速率越快,生物组织内温度下降和冰晶增长的速率越快.结果还表明组织中液相流动会增加生物组织内传热和冰晶生长的速度.计算结果为冷刀设计和冷冻外科手术提供了理论依据.     

Inhibition of bacterial ice nucleators by fish antifreeze glycoproteins

Certain bacteria promote the formation of ice in super-cooled water by means of ice nucleators which contain a unique protein associated with the cell membrane. Ice nucleators in general are believed to act by mimicking the structure of an ice crystal surface, thus imposing an ice-like arrangement on the water molecules in contact with the nucleating surface and lowering the energy necessary for the initiation of ice formation. Quantitative investigation of the bacterial ice-nucleating process has recently been made possible by the discovery of certain bacteria that shed stable membrane vesicles with ice nucleating activity. The opposite effect, inhibition of ice formation, has been described for a group of glycoproteins found in different fish and insect species. This group of substances, termed antifreeze glycoproteins (AFGPs), promotes the supercooling of water with no appreciable effect on the equilibrium freezing point or melting temperature. Substantial evidence now indicates that AFGPs act by binding to a growing ice crystal and slowing crystal growth. As the ice-nucleating protein surface is believed to have a structure similar to an embryonic ice crystal, AFGPs might be predicted to interact directly with a bacterial ice-nucleating site. We report here that AFGPs from the antarctic fish Dissostichus mawsoni inhibit the ice-nucleating activity of membrane vesicles from the bacterium Erwinia herbicola. The inhibition effect shows saturation at high concentration of AFGP and conforms to a simple binding reaction between the AFGP and the nucleation centre.     

啤酒废酵母中RNA和β-(1,3)-D-葡聚糖的综合提取

为实现RNA和β(1,3)-D-葡聚糖的综合提取,通过碱-酶提取法和优化稀碱提取条件,研究了温度、NaOH质量分数对RNA提取的影响.结果表明:温度为100℃,NaOH质量分数为4％时,提取率为7.65％,纯度为70.24％.进一步比较中性蛋白酶和碱性蛋白酶对β-(1,3)-D-葡聚糖提取的影响,发现中性蛋白酶得到的产物较多,纯度较高,实验结果为进一步的工业化生产奠定了基础.     

ZnO薄膜的正交实验设计及其分析

采用溶胶-凝胶工艺在Si(111)衬底上制备了ZnO薄膜,考虑影响晶体质量的4个因素,应用正交实验法进行了工艺优化;利用X射线衍射仪对薄膜的晶体结构进行了分析讨论.结果表明,当陈化温度50℃、预处理温度200℃、退火温度650℃和Zn2+浓度0.35 mol/L时,ZnO薄膜的C轴择优取向度最高.     

热滞蛋白活性的化学动力学的进一步研究

根据热滞蛋白溶液中抗冻分子与冰晶表面相互作用特点，提出了热滞蛋白在冰晶表面吸附的动力学理论，导出了热滞蛋白活性的表达式．计算了各种热滞蛋白溶液的热滞值，得到了与实验结果符合较好的结论，并讨论了热滞蛋白分子在冰晶表面吸附反应过程中的协同效应     

西红柿汁的多级冷冻浓缩研究

在果汁的悬浮式冷冻浓缩过程中,对于低浓度的果汁为避免冰晶夹带过多,减少能耗和原材料的损失,通常采用多级浓缩的方式得到高浓度果汁。本文以西红柿汁为原料,先后进行了四级的冷冻浓缩,将西红柿原汁从4.2°Bx浓缩5.8倍到24.4°Bx,对试验数据回归模型参数,采用龙格一库塔法进行数值积分求得模型解,建立了西红柿汁的四级冰晶生长动力学模型。模型建立后再对四级浓缩的生长曲线进行综合比较。试验结果表明:在每级的浓缩过程中都经历了缓慢浓缩,加速浓缩,缓慢浓缩三个阶段,同时随着冷冻浓缩的级数增加,浓缩速度逐级放缓,浓缩时间逐级延长,特别是在较高级别的浓缩的中后期,出现了试验数据部分低于拟合数据的现象,该阶段可以认为是冷冻浓缩过程中的一个"关键控制点",这点为指导工业生产中的冷冻浓缩提供一定的理论依据和实践参考。     

抗冻蛋白活性的吸附动力学模型

根据抗冻蛋白溶液中抗冻蛋白分子与冰晶表面相耳作用特点，提出抗冻蛋白与冰晶表面相互作用模型。进而，利用饱和分数与抗冻活性之间的关系，给出抗冻活性与抗冻蛋白浓度的理论关系。根据此关系做出了与实验数据符合较好的抗冻活性与抗冻蛋白浓度关系的理论曲线。另外，对抗冻蛋白分子与冰晶表面相互作用的特点作了进一步的讨论．     

辛酸沉淀-凝胶过滤法提取猪血清IgM

使用辛酸沉淀-凝胶过滤法提取猪血清中免疫球蛋白IgM,并通过其纯度鉴定等探讨提纯效果.通过辛酸沉淀法粗提免疫球蛋白,再结合Sephadex G200凝胶过滤法纯化获得IgM,利用SDS-PAGE电泳法和AlphaEaseFC凝胶成像分析软件测定其分子量和纯度、Bradford法测定提取蛋白浓度并计算其得率.结果显示辛酸粗提能够去除大部分杂蛋白,凝胶过滤获得两个洗脱峰,其中第一峰通过电泳鉴定含有IgM,纯度63.8%,得率1.28 mg/ml血清.利用辛酸沉淀-凝胶过滤法能够获取纯度和得率都较高的IgM,纯度可满足普通要求的实验和应用.     

对氯甲苯氨氧化法制备对氯苯腈实验综合性实验研究

设计了对氯甲苯氨氧化制备对氯苯腈的综合研究性实验,采用浸渍法制备了VPO/SiO2催化剂,并用XRD、FTIR和SEM对催化剂进行表征,在内径30 mm的石英管固定床反应器上采用正交设计进行工艺条件实验,考察了反应温度、氨比以及空气比对反应的转化率、摩尔产率和选择性的影响。在经过筛选的最佳反应条件下,使用VPO/SiO2催化剂,PCT转化率92.24%、PCBN摩尔产率86.01%,生成的对氯苯腈为白色针状结晶,纯度高于99%。