基于纳米芯板和激光质谱检测的甘蔗渣生物预处理及增效转化研究

This study focus on the difficulty and bottleneck problem of high value conversion of the bagasse biomass. Nanostructure-nnitiator mass spectrometry(NIMS) detection method will be used to biomass pretreatment and Synergistic transformation research. The intent of this project is to study the process of bagasse pretreatment by Ganoderma lucidum fungus. First, the expression of lignocellulolytic enzymes in different phase of the lifecycle of Ganoderma lucidum will be characterized. Second, the influences of lignocellulolytic enzymes on the morphological structure changes, the main bagasse components degradation and the accumulation of Ganoderma lucidum fungus metabolites will be systematic investigated. Then the synergies of lignocellulose degradation enzymes and feed microorganism in degradation of fungus chaff will be researched, and the technology and products for efficiency biodegradation of bagasse are developed. Finally, on the basis of nutrition composition analysis and animal feeding experiment evaluation for the characteristics of bagasse after biological pretreatment and synergistic transformation, the fungus chaff feed additives are prepared, which provide a new approach of biomass utilization.

本研究针对固体废弃生物质甘蔗渣高值转化利用难点和瓶颈问题，首先构建应用于生物质预处理和增效转化研究的纳米芯板和激光质谱检测的高通量分析方法。研究利用灵芝菌预处理降解甘蔗渣，通过表征不同阶段灵芝菌木质纤维素酶系的表达差异，系统研究木质纤维素酶的表达与蔗渣形态结构、甘蔗渣组分降解规律、灵芝菌代谢产物积累之间的关系。研究商品木质纤维素降解酶制剂、饲料用微生物对灵芝菌糠二次协同增效降解作用和规律，开发出甘蔗渣生物降解增效技术与产品。研究灵芝菌生物预处理和增效转化后的甘蔗渣饲用特性，通过营养功能成分分析和动物喂养实验评价，制备甘蔗渣灵芝菌糠饲料添加剂，为废弃生物质资源化利用建立新途径。

本研究针对固体废弃生物质甘蔗渣高值转化利用难点和瓶颈问题，首先构建基于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）的高通量分析检测技术。研究生物酶、益生菌预处理前后灵芝菌降解甘蔗渣特性，通过表征不同阶段灵芝菌木质素降解酶系的表达差异动态变化，结合基因组测序、转录组测序等技术挖掘灵芝木质素降解关键酶候选基因chr1g0020201（漆酶基因）、chr3g0036331（锰过氧化物酶基因）。利用RT-PCR技术分析发现以蔗渣为碳源培养灵芝产漆酶、锰过氧化物酶基因表达量最高，分别比对照组（葡萄糖碳源）表达量高了8.25倍和17.86倍。研究灵芝降解蔗渣过程形态结构、甘蔗渣组分降解规律；通过MALDI-TOF-MS分析灵芝菌功能成份变化，建立灵芝功能成份超声波微波组合协同高效提取技术，并通过自由基清除实验、斑马鱼抗氧化实验评价灵芝功能成份活性，结果发现灵芝三萜提取物对LPS诱导斑马鱼产生的氧化应激具有明显的抑制作用，当样品浓度为0.06mg/mL是可完全消除LPS对斑马鱼产生的氧化应激作用。建立了灵芝菌糠二次协同增效发酵技术，通过营养功能成分分析和肉鸡饲喂实验评价，结果可见灵芝饲料可明显提升饲喂鸡抗病能力和增重效率。本项目具有良好的产业应用前景，可有效助力乡村振兴与固体废弃物资源化利用产业发展。