国家高技术研究发展计划863计划.docx

1、国家高技术研究发展计划863计划课题类型：1.探索导向类 申请受理编号： 2.目标导向类 国家高技术研究发展计划（863计划）专题课题申请书 技术领域名称： 现代农业技术领域 专题名称： 农产品生境控制与质量分子检测技术申请指南技术方向： 农业生物质转化和土壤地力修复技术课题名称： 废弃中药渣的生物资源化技术研究 申 请 人： xxxxxx 依托单位： xxxxxxxxxxx 中华人民共和国科学技术部二 六 年 九 月 十 六 日填 写 说 明一、请严格按照表中要求填写各项。二、专题课题申请人可以是自然人或法人。若自然人申请课题，需有课题依托单位，申请人为该自然人；若法人申请课题，法人是当然的

2、依托单位，封面中的申请人应填写法人名称，申请负责人由法人指定。每个课题申请只能有一个申请人和一个课题依托单位。三、申请书中第一次出现外文名词时，要写清全称和缩写，再出现同一词时可以使用缩写。四、组织机构代码是指课题承担单位组织机构代码证上的标识代码，它是由全国组织机构代码管理中心所赋予的唯一法人标识代码。五、附件中相关材料需要以电子文档方式上传，具体要求详见国家科技计划项目申报中心网站中的863计划申报用户手册。 六、审核意见和声明中需填写课题依托单位/协作单位负责人姓名和申请人姓名，单位管理员提交国家科技计划项目申报中心后，即视为审核意见和声明有效，申请人和课题单位负责人需对申请书内容的真实

3、性和有效性负责。一、基本信息课题名称废弃中药渣的生物资源化技术研究行业领域农 业预计完成年限4课题密级公开级预期成果类型专 利、新工艺申请（负责）人信息姓 名xxxxx性 别男出生日期19xx.xx.xx职 称教 授最高学位硕 士从事专业环境工程所在单位xxxxx固定电话xxxxx传真号码xxxxx移动电话xxxxx电子信箱xxxxx 证件类型身份证证件号码xxxxx依托单位信息单位名称xxxxx单位性质xxxxx通讯地址xxxxx邮政编码xxxxx所在地区xxxxx单位主管部门教育部联系电话xxxxx组织机构代码xxxxx传真号码xxxxx单位成立时间1999年电子信箱xxxxx 协作单位信

4、息单位名称单位性质组织机构代码xxxxx研究所事业性科研单位xxxxx课题经费来源（万元）总经费148.0申请863计划资助98.0其它国家级资助(包括部门匹配)地方政府匹配银行贷款自有资金50.0其它资金经费备注自有资金证明见附件所在单位xxxx xxxx研究所xxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx研究所xxxxxxxx研究所xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 课题参加总人数 12 。 其中：高级职称 6 人， 中级职称 4 人， 初级职称 0 人， 无职称 2 人； 其中具有：博士学位 3 人， 硕士学位 5

5、 人， 学士学位 4 人， 其它 0 人； 合计：投入 195 人月。二、课题组主要研究人员情况在课题中分担的任务总体规划设计总体规划设计药渣预处理微生物筛选废水处理沼气发酵酶分离酶分离反应器研制微生物筛选微生物筛选药渣预处理课题组中职务(组长、副组长或成员）组 长副组长参加人参加人参加人参加人参加人参加人参加人参加人参加人参加人为本课题工作时间（人月）20202020202010101052020专 业环境工程生物科学环境科学生物工程环境保护环境工程发酵工程生物科学环境工程微生物学环境工程环境工程职务主 任所 长主 任主 任职称教 授/博 导副 研教 授讲 师讲 师讲 师助 研助 研副教授教

6、 授研究生研究生出生日期1955.11958.81955.91970.071969.051973.121974.101970.101968.071967.081982.071982.09性别男男女男男男男男男男男男姓 名xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx序号1234567891011122.1课题组长、副组长资历情况(从事过的主要研究任务及所负责任和作用，主要研究成果、发明专利和获奖情况，在国内外主要刊物上发表论文情况，完成其它科技计划课题情况，特别是近五年取得的与本申请课题相关的研究成果情况。字数要求1000字以内)课题

7、组长：xxx，男，xxxx年生，教授，博士生导师，xxxx贡献杰出人物。1980年毕业于xxxx大学化学系，1993年7月于xxxx大学获环境工程硕士学位。1995年开始招收环境工程专业硕士研究生，1999年晋升为教授并被学校聘为博士生导师。曾任中国xxxx杂志编委，现为xxxx学会理事。长期担任本科生及研究生xxxx、xxxx、xxxx、xxxx等课程的讲授，主编、副主编高等教育出版社、农业出版社面向21世纪课程教材、国家“十五”规划等教材10部。参编国内本科生、研究生教材3部。主持完成了 “xxxx ”、 “xxxx”、“ xxxx”以及“xxxx”等国家、省级和企业重大科研课题 9 项，

8、获国家发明专利2项，获xxxx、xxxx科技进步奖各一项。发表各类研究论文50篇，招收研究生25名，研究方向为资源清洁利用。课题副组长：xxxx，男，xxxx年生，副研究员。1982年毕业于xxxx大学生物系，现任xxxx研究所所长。长期致力于科研、推广、工程建设、经营、管理等项工作。2000年参加xxxx，2001年参加xxxx的MBA培训班学习，作为发明人申请并获得中国实用新型专利授权一项，中国发明专利两项，还有五项中国发明专利正在申批中。2005年主编出版了xxxx（xxxx出版社出版），主持完成xxxx科学院重点项目“xxxx”，通过验收，申请获得发明专利1项，申请获得“xxxx”批号

9、；主持完成xxxx科技攻关项目“xxxx”，申请发明专利1项；主持xxxx科技项目“xxxx”，申请发明专利4项，该项目技术已经应用于实际生产中。2.2课题组长、副组长目前承担863计划和其它国家科技计划课题情况（包括人员姓名、承担课题名称、课题经费数、课题起止时间、所属科技计划名称等信息）姓 名承担课题名称课题经费数（万元）课题开始时间课题结束时间所属科技计划xxxxxxxx1322004.42007.4国家环保示范项目xxxxxxxx52005.32007.12xxxx攻关项目xxxxxxxx1502005.32006.12xxxx招标项目其他说明事项： 2.3课题组长及课题组主要成员是否

10、曾就相同或类似课题向863计划和国家其它科技计划提出申请（如有，请说明申请人姓名、申请科技计划名称、申请课题名称、申请时间、申请结果等情况，并说明与本课题申请的关系）课题组长及课题组主要成员没有曾就相同或类似课题向863计划和国家其它科技计划提出申请。三、课题情况3.1课题简介（简要说明课题的目的意义、主要研究内容、预期目标等。字数要求1000字以内）3.1.1课题的目的和意义 解决中药加工过程普遍存在的药渣污染问题，保证我国中药产业和农业发展的可持续性。 充分利用传统中药生产过程产生的废弃生物质资源，进行多元化开发，高效利用，减少污染，提高废弃生物质资源的利用效率。 加快中草药产区的经济良性

11、发展，为当地农业增效和农民增收开辟“第三战场”。 为解决中草药产区群众的“三农”问题提供一定的理论和技术支撑，为中药残渣这一宝贵的农业资源生物转化开辟新途径。3.1.2主要研究内容 中药渣生物转化预处理技术和工艺研究。 纤维素高效转化微生物的筛选及其酶的分离制备。 高效转化淀粉微生物的筛选及淀粉的酶法糖化工艺技术研究。 淀粉、纤维素糖化及酒精发酵技术研究。 淀粉、纤维素酒精发酵后残渣和废液的厌氧制沼气、好氧发酵生产蛋白饲料、有机复混肥制作和废水达标排放的研究。 自动排渣给热式沼气反应器研制。3.1.3预期目标 解决西北地区中草药加工企业主要废弃物中药渣中残余的活性和非活性物质资源化综合利用过程

12、中技术和工艺问题。 确定中药渣残余活性成分的再提取的工艺方法、路线和操作优化的条件。 确定中药渣残余非活性成分的再提取的工艺技术条件。 确定用生物或物理、化学的方法对活性成分和非活性成分再提取后的中药残渣进行脱毒化处理的方法、优化的处理条件等。 筛选出适宜于中药渣纤维素预处理的方法、技术路线，并确定其优化的工艺条件。 筛选出能高效转化中药渣中淀粉和纤维素的微生物或酶制剂，并确定微生物或酶法糖化的优化的工艺条件和酶的固定化技术。 筛选出能够直接利用淀粉、纤维素转化成酒精的微生物，筛选出能够转化木糖和寡聚糖为酒精的微生物，并确定酒精固体发酵的优化条件。 研制出自动排渣给热式沼气反应器。确定酒精固体

13、发酵废渣和少量废水厌氧处理的优化的工艺条件和筛选出能够高效降解经一级厌氧处理后的废水的好氧微生物。 筛选出能够高效、快速降解纤维素的厌氧微生物或微生物菌剂，并确定其有机复混肥转化和制备的工艺路线和操作条件。3.2课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势，课题主要研究技术国内外专利授权情况3.2.1课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势：近年来,随着世界各国对中医的关注，以及对中医药独特疗效的肯定，中药新品种的研制日趋高潮,颇具规模的现代化药厂对中药品种日渐青睐,我国中药材种植规模急剧扩增。到目前为止，人工栽种面积已达2000万亩，发展中药材种植和生产已经成为一些地区，特别是广大山区丘陵地区农民增

14、收的主要渠道。然而，中药材加工厂利用一定溶媒提取中药材有效成分后产生大量药渣。据估算，全国每年生产产生的药渣近亿吨。陕西、湖北仅黄姜提取皂素一项每年产生的废渣就达100多万吨。药渣一般为湿物料,极易腐败,产生腐臭味(在夏季尤为严重),药渣要及时运出生产厂区,否则易导致厂区环境和药品生产的污染。因此，对于处理药渣，制药厂面临和承受着环境和经济的双重压力，如何科学有效地处置药渣已经成为困扰制药厂良性发展的一大难题。目前，药渣和普通市政固体废弃物采用同样的方法进行处理，一般采取焚烧或土地填埋的方法，有些甚至长期堆放在垃圾场，对周围环境造成了潜在的威胁。无论是基于资源或环境方面的考虑，将药渣作焚烧或填

15、埋处理都是极不科学的做法，土地填埋占用了大量土地资源，而焚烧造成了大气污染，更为重要的是造成了大量生物质资源的浪费。药渣中含有大量的粗纤维、粗脂肪、淀粉、粗多糖、粗蛋白、氨基酸及微量元素等，是极为宝贵的生物资源。因此，国内外许多研究者提出了一些药渣资源化处理措施，并积极展开了大量的研究实践活动。目前，我国对中药药渣处理的研究报道很多，对药渣利用也做了多种多样的有益尝试。主要包括：用药渣制作饲料或饲料添加剂、制作食用菌培养基质、作为有机肥培肥土壤、制作微生物絮凝剂培养基质、生产絮凝剂、用于动物防疫等等，其中用药渣制作饲料或饲料添加剂、制作食用菌培养基质、作为有机肥培肥土壤的研究相对较多。如：杨松

16、全等（2000年）发现，在肉猪饲料中添加35的党参、山楂、陈皮等药渣可促进肉猪生长，并能节省一些饲料投加量；王慧杰（2000年）利用含有板蓝根等60多种中药渣栽培平菇，发现菌丝长势强、菇形好、生物转化率也高；唐懋华等（2005年）利用中药渣与辅料配制成蔬菜育苗基质，理化性状良好，并能培育壮苗，促进蔬菜生长，提高蔬菜产量；唐懋华等人还将药渣用于生土熟化，发现药渣可改善土壤理化性状，使得土壤快速熟化。此外，还有许多关于用药渣生产花肥的研究报导。然而，这些研究尚不完善，还存在着一些问题有待进一步研究。比如，中药药渣用作饲料虽然有相当的积极意义，然而，药渣不同于粮食，成分非常复杂，有些物质甚至对人体有

17、害，因此，仅研究中药渣对动物的生长效应是不够的，还需对食用药渣后动物的生理特性、肉质以及相关毒理学内容进行分析研究。同样，目前对于中药渣作为有机肥培肥土壤存在类似的疑问，研究者一直没有对使用中药渣后研究对象的生理特性及产品品质作相关深入研究和阐述。而对于药渣制作食用菌培养基质的研究，不仅缺乏药渣对食用菌生理特性及产品品质影响的研究，对食用菌培养基质的处理也没有说明。此外，我国制药厂药渣的生产相对比较集中，而制作食用菌基质或培肥土壤等药渣消费方式相对比较分散。这些因素都给药渣应用的产业化均带来了不利影响，使得药渣资源化问题不能得到根本解决，有待我们进一步深入研究。国际上对于药渣研究报导很少，但对

18、于性质相仿的其它类型农业废弃物如果渣、作物秸秆等处理方法非常多，文献报道数以千计，一些技术已经非常成熟，并开始产业化。早期的研究大多集中在农业废弃物生产饲料、肥料、燃料（如沼气生产等）及工业材料（如活性炭）等方面。农业废弃物的处理方法的开发除了与废弃物性质有关外，还与当时科技水平及社会经济发展状况密切相关。近年来石油危机的频发，引起世界各国对未来液体能源供应不足的普遍担忧，利用生物技术将含有纤维素的农业废弃物制造酒精等石油替代品受到各国研究人员的关注，并很快成为的研究热点。到目前为止，已形成一套包括预处理、水解和发酵的完整技术体系。水解是其中比较关键的步骤，现在比较成熟的工艺是酸水解和酶水解，

19、酸法水解产物为六碳糖，糖的转化率较高，一般为50%左右，但稀酸水解对设备要求高，一般需要耐酸，耐热，耐压的特殊设备，水解产物不易控制，容易产生大量副产物。酶法水解设备简单，反应条件温和，副产物少以及不污染环境等优点，只是用纤维素酶生产酒精成本高，但这一问题有很大的研究和发展空间。因此，有许多相关的研究集中在酶解成本的降低。据报道，2004年酶转化费用仅为90年代的1/10。因此，酶解是今后发展的主要方向。农业废弃物制作酒精等燃油替代品终于由过去的美好假设变为现实。但到目前为止，国内外利用生物技术对药渣生物质转化的系统研究还没有报导，药渣中含有大量粗纤维、粗脂肪、淀粉、粗多糖等物质，具备转化酒精

20、等能源的基本条件，但他同时还含有多种不利于生物质转化的活性物质。如何兴利除弊，有待我们进行深入细致地研究。3.2.2 内外相关技术知识产权情况：生产燃料乙醇：1）美国国家可再生资源实验室（NREL）开发的同时糖化发酵工艺；2）中科院工程研究所的纤维素生物酶固态发酵糖化乙醇的工艺；3）秸秆固态发酵酒精反应器（专利号：2208272）；4）酵母菌利用木糖和葡萄糖生产酒精的方法（专利号：00310121829）；5）用秸秆固态发酵生产酒精的方法（专利号：2116592）；6）一种利用玉米秸秆制备酒精和调配饲料的方法（专利号：00410010002）。3.3课题主要研究内容、拟解决的技术难点和主要创新

21、点，现有研究基础3.3.1主要研究内容本课题的主要研究内容有以下六个方面： 中药渣生物转化预处理研究。主要内容有：对中药渣残余的活性成分进行再提取的技术研究，对中药渣残余的无活性成分进行再提取的技术研究，对中药渣残余的纤维素、淀粉等进行物化预处理的研究，对中药渣残余的抑制微生物生长和酶转化的抑制物进行脱毒化处理研究。其目的是将中药渣残余的活性成分的提取物制备成药用的饲料添加剂、兽药和生物农药，来增加中药资源的利用率和经济效益；将中药渣中无活性的蛋白质、脂肪油、挥发油等物质的提取物作为动物饲料蛋白、人用蛋白、轻工或能源工业的原料以及药用的基质和敷料等；将中药渣中残余的纤维素进行化学、物理和生物处

22、理，使纤维素结晶结构破坏和蓬松、木质素结构破坏或去除，为后续纤维素的酶法或微生物转化创造条件；利用特殊的假单孢杆菌、芽孢杆菌、枯草杆菌、黄杆菌、酵母菌、真菌等微生物将中药渣残余的抑制微生物生长和酶转化的高分子抑制物进行转化，达到脱毒的目的，为淀粉、纤维素等的生物转化创造条件。 纤维素高效转化微生物的筛选及其酶的分离制备。其主要的研究内容有：降解纤维素的微生物的筛选，用细胞融合或化学、物理诱变进行筛选微生物的诱变处理，高效降解纤维素的诱变微生物的筛选，用筛选的高效降解纤维素的诱变微生物进行纤维素酶的发酵生产。其目的为筛选得到能高效降解纤维素使其转化为可发酵性糖或直接转化成酒精的诱变微生物菌株，并

23、通过发酵生产得到该微生物菌株的高效纤维素酶，为纤维素的醇化、糖化和饲料化及制备有机肥提供生物催化剂。 淀粉高效转化微生物的筛选及淀粉的酶法糖化的工艺技术研究。其主要的研究内容有：能够直接利用淀粉一步法转化成酒精的微生物的筛选，淀粉的双酶法或复合酶法糖化的工艺和操作条件的优化研究，。其目的为筛选得到能够直接利用淀粉一步法高效转化成酒精的微生物，简化了淀粉醇化工艺的步骤，降低成本，提高产量；筛选、优化出中药渣残余淀粉酶法糖化所用酶的种类、工艺流程、操作条件，降低糖化的时间，提高淀粉的转化率和糖液质量，解决糖化液过滤速度慢的问题。 淀粉、纤维素糖化液酒精发酵技术研究。其主要的研究内容有：可高效转化还

24、原糖、木糖和低分子量寡聚糖为酒精的微生物的筛选，筛选的微生物细胞固定化酒精连续发酵工艺技术条件的优化。其目的为得到可高效转化还原糖、木糖和低分子量寡聚糖为酒精的微生物，提高淀粉、纤维素糖化液的利用率，降低下一步废水处理的负荷；用微生物细胞固定化连续发酵进行酒精生产，可降低生产成本、简化生产流程，减少设备投入，增加酒精生产的产量和中药渣的处理规模。淀粉、纤维素固体发酵酒精的技术研究。其主要的研究内容有：在筛选出能够高效直接利用淀粉、纤维素转化为酒精的微生物的基础上，对其固体发酵的工艺条件进行优化。其目的为减少液体酒精发酵的废液排放对环境的污染，也可以减少操作成本。淀粉、纤维素酒精固体发酵后残渣和

25、少量废液厌氧制沼气、好氧发酵生产蛋白饲料、沼渣制作有机复混肥和废水达标排放的研究。其主要的研究内容有：固体酒精发酵后废渣和少量废液的一级厌氧生物处理进行沼气制备时的污泥驯化、启动、运行条件和反应器的研究；厌氧处理液好氧生物处理进行蛋白饲料制备时的微生物筛选、驯化和运行条件优化的研究；好氧处理液物化处理达标排放时的工艺筛选、处理条件优化研究。其目的是将淀粉、纤维素固体酒精发酵后的残渣和少量废液转化为沼气、蛋白饲料，沼渣转化为有机复混肥。实现以废治废、清洁生产，使中药渣的资源化处理产品更加多元化，单位产品的成本和能耗大大降低，增强其市场竞争力和推广应用的潜力。(7)自动排渣给热式沼气反应器研制。农

26、业生物质经物理、化学和高效纤维酶预处理后，其中的淀粉和大部分易转化的纤维将会被转化为酒精，剩余的难转化纤维、色素和木质素等有机物可通过厌氧发酵制作沼气，沼渣是很好的天然有机肥，具有改良土壤，增加土壤养分、提高粮食产量和农产品品质的功能。然而，由于现有的沼气反应池无法自动排渣和给热，存在使用安全和产气不稳定及产气率低的问题，严重制约沼气产业的应用和推广。自动排渣给热式沼气反应器可以解决上述问题，其研究的内容主要有：颗粒污泥的固定化研究，固定化污泥颗粒的流态化研究，气、水、污泥分离的高效三相分离器的研究，自动排渣装置的研究，高效热能转化装置的研究等。其目的为研制出一种适合于淀粉和纤维素固体酒精发酵

27、后废渣和少量废液的自动排渣给热式沼气反应器，使废物的厌氧处理过程实现连续化、高效化、沼气产气率更稳定和操作更方便。3.3.2拟解决的技术难点本课题拟解决的技术难点有： 通过对废弃的中药渣的再提取的研究，解决废弃的中药渣中残余的主要活性和非活性物质资源化利用的技术难点。 通过对再提取后的中药渣的脱毒处理，解决中药渣生物处理过程对微生物和酶抑制作用明显、转化率低的技术难点。 通过对脱毒后中药渣残留的大量纤维素进行物理、化学或生物处理，使包裹纤维素的木质素破坏或除去，使纤维素的结构破坏和膨松，解决纤维素生物转化过程与生物催化剂接触面积小、传质阻力高、酶的用量大、转化率低的技术难点。 通过使用特种微生

28、物或特种淀粉酶、糖化酶、复合酶，对脱毒后中药渣残留的大量淀粉进行生物糖化转化，解决传统淀粉糖化过程中，糖化时间过长、糖化液黏度大、过滤时间长、糖液分离不彻底的技术难点。 通过微生物的筛选和诱变处理，得到特种微生物，对脱毒后中药渣残留的大量淀粉和纤维素进行一步法的固体醇化转化，解决传统淀粉、纤维素醇化工艺路线长、操作复杂、转化率低和污染严重的技术难点。 通过微生物的筛选和诱变处理，得到特种的酒精发酵的微生物，并对其进行固定化的研究，再对脱毒后中药渣残留的大量淀粉和纤维素的糖化液进行固定化细胞的连续酒精发酵的转化，解决传统糖化液醇化过程中总糖利用率低、抑制作用明显、生产周期长、转化率低、自动化程度

29、低、生产规模小的技术难点。 通过对自动排渣给热式沼气反应器的研制，解决脱毒后中药渣残留的大量淀粉和纤维素固体醇化后废渣和少量废液的厌氧生物处理过程中耐有机负荷小、水力停留时间长、污染物去除率低、沼气产气率不稳定、操作复杂、排渣困难和处理效率受温度敏感性强的技术难点。 通过对废弃的中药渣的再提取、大量残留的淀粉、纤维素的生物转化和生物转化后废渣和少量废液的三级生物处理，解决了废弃的中药渣生物转化过程中，容易产生二次污染的技术难点。3.3.3主要创新点 通过中药渣主要的活性和非活性残留物质的再提取和分离纯化技术，扩大废弃的中药渣资源的综合利用率，扩展了相关行业的原料来源的途径，降低了中草药加工制造

30、过程的成本，减少了对环境的污染程度。 对再提取后中药渣进行脱毒化处理，为中药渣中大量残留的淀粉和纤维素的生物转化，排除了明显的抑制作用，为其进一步的资源化转化和清洁生产创造了条件和可能，进一步扩大了废弃的中药渣的综合利用的程度。 对经脱毒化处理后的大量残留的淀粉和纤维素进行生物转化，生成燃料酒精、沼气、蛋白饲料、有机复混肥，最终使废水达标排放。改变了传统的中医药生产过程中产品单一、污染严重、效益低下的缺点，使中医药的生产实现产品的多元化、污染物零排放，减少2次污染，达到循环经济和清洁生产的目的。 对中药渣中大量残留的纤维素进行生物或理化预处理，有效的破坏或去除了木质素，使纤维素的结构破坏，增大了其比表面积，为其糖化和酒精发酵阶段降低传质阻力，提高转化率创造了条件。 对中药渣中大量残留的纤维素，用从秦岭山区分离纯化得到的特种微生物产