供液固态发酵基质水分特性演化规律及灵芝对水分演化的应答

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基本信息

  • 批准号:
    31871782
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C2003.食品微生物学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Environmental concern and energy security have aroused renewed interests in solid-state fermentation (SSF) owing to its special advantages of water and energy saving. Severe evaporation caused by metabolic heat removal results in liquid water losing. Hence, it requires available water supply in most SSF. The newly constructed water-supply SSF technology can effectively promote fermentation efficiency. However, how does the feed water migrate and transform in the fermentation for microbial utilization? How does the microorganism respond to the liquid? The process remains unclear and needs exploration. In this project, a water-supply SSF bioreactor, negative-pressure auto-controlled irrigation (NPACI) coupled with super absorbent polymers (SAPs), was constructed based on the principle of water states. Ganoderma lucidum ACCC53264, a kind of edible and medicinal mushroom, was chosen as the reference strain with pretreated sawdust and wheat straw as the fermentation substrate. Low-field nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance imaging (MRI), and heavy water labeling are used to analyze the evolutionary laws of the water occurrence characteristics including the transfer, mobility, distribution and transform of three forms of water, i.e, hygroscopic, capillary and free water. Accordingly, the model of changes in matrix physical structure during the fermentation process will be established. Then, the response of ACCC53264 to water evolution will be revealed. The results will provide theoretical basis and practical guidance for moisture controlling in SSF, and supply technical support for industrialization of modern water-supply SSF and promotion of edible and medicinal mushroom industry.
环境污染和能源危机加剧使天然具有节水、节能优势的固态发酵重新成为研究的热点。发酵中强烈的水分蒸散使多数微生物提出供液要求。新构建的供液固态发酵技术能够有效促进微生物固态发酵。然而供液水分在发酵中如何迁移、演化并为微生物利用?微生物又如何响应这些演化过程?这些关键问题亟待解决。本项目拟以食药用真菌灵芝Ganoderma lucidum ACCC53264为研究对象,以木屑、小麦秸秆为发酵基质,利用基于水分能态原理构建的负水势供液耦合保水剂固态发酵装置,采用低场核磁共振技术、重水标记等方法研究发酵中基质水分(吸湿水、毛管水和自由水)迁移和分布状态演化规律,建立发酵过程中基质物理结构变化模型。并解析菌株ACCC53264对基质水分演化的响应机制。预期研究结果为固态发酵水分可控化研究提供理论依据和实践指导,为实现供液固态发酵规模化和推动食药用菌产业升级提供技术支持。

结项摘要

环境污染和能源危机加剧使天然具有节水、节能优势的固态发酵重新成为研究热点。固态发酵虽然前景广阔,但发酵中强烈的水分蒸散使多数微生物提出供液要求,存在基质有效水分调控难题。新构建的供液固态发酵技术能够为微生物提供有效水分,促进固态发酵。项目研究了供液固态发酵基质水分特性演化规律并以食药用真菌灵芝Ganoderma lucidum ACCC53264为研究对象研究其对水分演化的应答,取得以下结果:.1)研究灵芝固态发酵体系中基质物性参数确定灵芝固态发酵最佳条件:湿料最适堆料密度550 kg/m3,颗粒度20目,堆料高度4 cm,起始含水量60%;分析固态发酵体系三相组成,证明了水分变异在三相变化中的最显著性作用;构建的保水剂等供液方式能够促进灵芝固态发酵产生物量和关键酶活:7%的水饱和保水剂添加量最佳,生物量增加44%,FPA、CMC、β-葡聚糖、GS和GR酶酶活分别增加14.98%、15.67%、11.7%、19.05%和32%;.2)利用低场核磁共振等技术准确解析水分在发酵中的形态变化和特性演化过程。结果表明:随着基质含水量的增加,低场核磁共振图谱最高峰保留时间增加,基质水分自由度也在逐渐增加。基质中水的存在和散失主要由毛管水控制。发酵结束,供液固态发酵的毛管水含量分别比对照和冷模固态发酵中高20.48%和17.20%,弛豫时间减少量最高,达56.53%。保水剂能通过持续不断释放毛管水缓解灵芝固态发酵过程中的水分散失;.3)利用比较转录组技术分析、筛选并验证了灵芝供液固态发酵体系关键转录差异表达基因和表达基因的生理功能;揭示了筛选的差异表达的编码MnP的基因通过ROS信号参与水分影响灵芝固态发酵生理功能;.4)解析了纤维素酶基因转录激活因子ClrB-1、ClrB-2以及水通道蛋白AQP响应水分供液的机制:供液通过促进ClrB-1、ClrB-2表达,提高纤维素酶酶活,促进生长和次级代谢产物积累;GlAQP通过ROS调控干旱胁迫下灵芝三萜合成,干旱胁迫前期和后期GlAQP对ROS水平和灵芝三萜合成具有相反影响且GlAQP与NOX之间存在相互调控作用。研究从微生物生理角度揭示了灵芝对供液固态发酵中水分演化的应答机制。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Mutations of Asn321 and Glu322 Improve Resistance of 4-Hydroxyphenylpyruvate Dioxygenase SpHPPDm to Topramezone
Asn321和Glu322突变提高4-羟苯基丙酮酸双加氧酶SHPPDm对Topramezone的抗性
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.2c02327
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Haiyan Wang;Peng Lei;Bin Liu;Jianchun Zhu;Qin He;Le Chen;Jian He
  • 通讯作者:
    Jian He
Increased efficiency of butanol production from spent sulfite liquor by removal of fermentation inhibitors
通过去除发酵抑制剂提高亚硫酸废液生产丁醇的效率
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2020.121356
  • 发表时间:
    2020-08-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    He, Qin;Chen, Hongzhang
  • 通讯作者:
    Chen, Hongzhang
Humidity Control Strategies for Solid-State Fermentation: Capillary Water Supply by Water-Retention Materials and Negative-Pressure Auto-controlled Irrigation
固态发酵湿度控制策略:保水材料毛细管供水和负压自动控制灌溉
  • DOI:
    10.3389/fbioe.2019.00263
  • 发表时间:
    2019-10-17
  • 期刊:
    FRONTIERS IN BIOENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    He, Qin;Peng, Huadong;Gu, Jiayu
  • 通讯作者:
    Gu, Jiayu
High-level stable expression of gene for preparation of chlorothalonil hydrolytic dehalogenase and its application in elimination of chlorothalonil inhibition on bioconversion of lignocellulosic biomass
百菌清水解脱卤酶制备基因的高水平稳定表达及其在消除百菌清对木质纤维素生物质生物转化抑制中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.jbiosc.2020.08.003
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Bioscience and Bioengineering
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Bin Ye;Yanfei Luo;Bangchao Zhong;Jianchun Zhu;Junwei Huang;Jiayu Gu;Ji;ong Jiang;Xin Yan;Jian He;Qin He
  • 通讯作者:
    Qin He
Isolation and characterization of a topramezone-resistant 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase (HPPD) from Sphingobium sp. TPM-19
鞘氨醇菌属中抗topramezone 4-羟基苯基丙酮酸双加氧酶(HPPD)的分离和表征。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Liu Bin;Peng Qian;Sheng Mengyao;Ni Haiyan;Xiao Xiang;Tao Qing;He Qin;He Jian
  • 通讯作者:
    He Jian

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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