河北省科技奖获奖成果推介

01

山楂活性物质分级提取与综合利用关键技术开发应用

项目属食品科学技术领域。山楂是河北省重要的食药同源资源，仅河北承德地区山楂年产量已超过60万吨。但目前山楂加工技术落后，产品以休闲食品为主，高附加值产品开发严重不足是制约我省山楂产业快速发展的关键问题。本项目经过7年的系统研究，解决了山楂活性物质分级提取、活性保持、改性与应用评价等关键技术问题，实现山楂全果精准与综合利用，对河北省山楂产品多样化开发和功能性附加值提升具有重要意义。

1. 突破山楂冷冻粉碎、黄酮提取与活性保持关键技术，解决了山楂工业化加工适应性差和营养保留率低的技术难题。实现山楂冷冻粉碎技术工业化，山楂破壁后120目以上粒度级别占比71.2%，破壁率达90.5%；研制超声辅助提取黄酮技术，提取效率提高21.5%；创新山楂黄酮微胶囊化技术，引入酪蛋白磷酸肽、硒等元素，山楂黄酮包埋率达到91.75%，缓释和活性保持效果有效提高；改性山楂黄酮制得黄酮螯合糖提高黄酮的溶解性与功能性。

2. 创新山楂活性物质分级提取关键技术，实现精准化利用。研制山楂果胶提取及酶法改性技术，制得山楂低酯果胶和果胶寡糖；延伸山楂果胶寡糖的生物防腐效用；创制山楂果酸提取技术，提取量可达177.48 mg/g，揭示山楂果酸生物学功能；创制山楂原液生物发酵技术、多糖、红色素、籽黄酮提取技术，实现山楂脱糖及黄酮、表儿茶素生物富集。

3. 创建山楂营养成分溯源与功能性评价体系，深度挖掘山楂功能性。以多糖、多酚、黄酮、花色苷等营养成分为评价指标，对铁山楂等7 种河北特产山楂的营养成分进行溯源，充分挖掘山楂食药同源属性；开发真菌多糖协同复配技术，评价黄酮复配物辅助降血脂、抗氧化、调节肠道微生态效果，利用组学技术揭示生物学活性机制。

4. 创制新型山楂功能食品，提高山楂产品附加值。攻克了山楂在食品中的减糖与防腐关键技术，开发了低糖、冻干、益生菌、功能饮料4大系列11款产品，优化生产工艺并完善配套工业化智能生产系统。

本项目突破了山楂深加工关键技术4项，完善配套智能生产系统1套，开发了山楂产品4大系列共11款；授权专利11件，其中发明专利6件，计算机软件著作权5件；发表论文9篇。项目成果在山楂食品龙头企业河北怡达食品集团有限公司和承德神栗食品股份有限公司推广应用，加工山楂产品20万吨，带动果农2000余户，近3年新增销售额42162.53万元，新增利润5301.98万元，产生了显著的社会与经济效益。

02

农业农村废弃物厌氧发酵气肥联产关键技术研发与应用

本项目属于三废处理与综合利用领域。

本项目针对我国规模化沼气/生物天然气工程厌氧发酵转化效率低、沼渣沼液制肥周期长、循环利用链不完善等瓶颈问题，开展高效厌氧发酵、沼渣沼液制肥、循环模式构建等核心技术研究，创新研发厌氧发酵气肥联产关键技术，创建“气-电-热-肥”种养循环近零碳排放“安平模式”，为提升我国规模化沼气/生物天然气产业整体技术水平作出了积极贡献，为推进农业农村减排固碳和助力实现国家碳达峰碳中和目标提供了有力技术支撑。

1. 创新研发出基于“秸秆微曝气生物强化水解预处理技术、多元物料混配调控技术、CSTR沼液回流和强化搅拌技术”的高效厌氧发酵集成技术。开发连续式秸秆微好氧水解高效预处理技术，可使沼气产量提高27.4%，产气高峰期甲烷含量提高33%。创新研发多元物料混配调控技术，物料组分分解和挥发酸转化效率可提高40%以上。集成创新“原料预处理-多元物料协同-反应器结构重整”CSTR高效稳定运行控制技术，容积产气率提高25%以上，工程运行效益提升15%以上。

2. 创新开发出高温堆肥菌剂和沼渣制肥技术及装备、沼液多级膜浓缩关键工艺。从堆肥样品中分离出具有较强纤维素降解能力的放线菌（TV-1）1株和细菌（BS-2、BS-8、BS40-4）3株，组配获得高温嗜热微生物菌剂LH，纤维素酶活性达到45.17 U/mL；以此为基础开发出高效沼渣堆肥装备，发酵周期缩短至5-10 d，发酵温度最高可达70-90℃，实现零渗滤、高腐熟。研发“陶瓷膜过滤-纳滤-反渗透”沼液多级膜浓缩技术，浓缩液营养物质浓度提高6~10倍，清液中COD、氨氮去除率超过90%。创制沼渣、沼液肥产品6个。

3. 创新凝练出高效“气肥联产-种养循环”技术路线，构建“气-电-热-肥”种养循环近零碳排放“安平模式”。构建“废弃物+清洁能源+有机肥料”三位一体的气肥联产技术路线，形成“农业种植、畜牧养殖、环保治理（秸秆、粪污处理）、新能源（沼气、生物天然气）、有机肥生产”的种养循环“安平模式”，率先在河北安平县全面应用，得到了时任国务院副总理汪洋同志充分肯定，并倡导在全国推广。

本项目供获得授权专利41件（国际专利2件、发明专利7件、实用新型32件）；获得软件著作权4项；发表论文28篇（SCI收录7篇、EI收录9篇）；出版著作5部；编制农业行业标准1项、河北省地方标准2项、中国质量认证中心技术规范1项。

本项目技术成果在河北、内蒙古、辽宁、山东等地36处规模化沼气工程、9处生物天然气工程中推广应用。近3年累计消纳粪污335.7万吨、秸秆70.27万吨，生产沼气12067万立方米、沼渣肥64.98万吨、沼液肥247.59万吨，推广沼肥26.67万亩；产生直接经济效益6.03亿元，新增利润9082万元，创造就业岗600多个；替代标煤10.73万吨，减排温室气体22.65万吨CO2当量，生态环境、经济和社会效益显著。

03

相变储能高效换热装置的关键技术创新及应用

为解决北方地区冬季雾霾问题，国家能源局2017年2100号文件明确有序推进供暖的“煤改电”工程，而采用直接用电成本是燃煤成本的3倍以上，但电能存在即发即用、不易存储的特点，尤其是新能源发电还存在随机性和间歇性，调峰困难更大的特点。采用本课题技术，可维持电力系统功率平衡与稳定，使填谷消峰措施得到有效落实，利用峰谷套利可降低电转化为热的费用40%以上，对于“双碳”目标的实现具有十分重要的意义。本课题在攻克相变储能在民用供暖和工业供热的技术难题方面有以下3方面的创新：

创新点1：发明了泡沫金属基高温相变蓄热复合材料、混合熔盐及其制备工艺，研制出基于石蜡、碳酸氧钠、硅酸铝、铝硅酸盐、硫酸钠和氟化物等合成的复合相变蓄热材料。该相变材料具有储热密度高，无毒、无味、无腐蚀、无污染、密度大、焓值高、稳定性强的特点，储能体积缩减为同类材质的1/2至1/5，产品经6000次循环后蓄热能力衰减小于5%。

创新点2：针对相变材料的传热和蓄热介质本身的流动与传蓄热的难题，研究了相变储热装置内部储/放热过程中的温度分布、传热速率和储放热效率，获得了熔盐受迫、自然和混合流体对流传热通用关联式。借鉴上述规律，提出了对储热装置内部采取不同直径蓄热管组合式排布设计方案；发明了新型三相交互式涡流换热器及相变材料强化传热装置，建立了适用于相变材料高效储热换热装置的设计方法。

创新点3：针对不同供热要求，将储热材料、储热和换热装置进行系统集成。开发出模块化产品，可根据不同散热功率及储放热时间进行模块化组合，实现储热模块的优化配置和分布式应用；利用相变储能材料相变时的恒温性能开发出精准控温热风供热装置，并在居民供暖、电力、油田及纺织行业中得到应用。

在民用供暖方面主要热源为电能和工业余热，其中利用谷电蓄热供暖项目在新疆、内蒙古、河北地区的多家单位社区进行了应用，近3年，改造供暖面积550多万平方米，累计新增销售收入6.21亿元，新增销售利润1.82亿元，为用户节省电费5.41亿元；用于远离集中供暖的远郊房地产行业，增加了楼盘附加值；利用钢铁行业余热进行储能供热项目改造15台套，累计新增销售收入0.31亿元。在工业用热方面主要用于热电厂、油田和纺织等企业，在热电行业利用储热装置进行了供汽时段的调整，近3年新增销售额1.87亿元，新增销售利润0.39亿元；在油田服务行业，利用太阳能集热和相变储能装置对原油进行升温降粘，新增销售额2亿元，新增销售利润0.5亿元；在纺织行业，采用蓄热装置，新增利润829万元。

近3年累计新增销售额12.02亿元，新增利润3.02亿元，为用户节省电费5.41亿元。减少二氧化碳排放83.16万吨，二氧化硫排放3326吨，氮氧化物2910吨。本技术在城市“煤改电”供暖改造、电力公司、油井改造项目及纺织工业领域中得到应用，取得了良好的社会效益和经济效益，为早日实现“双碳”目标贡献了力量。

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