固态发酵是发酵基质中没有或几乎没有游离水的存在,并以气相为其连续相的发酵方式。水分在固态发酵过程中发挥着重要的作用,主要包括发酵基质营养的运输和热量的散发。随着发酵的进行,由于微生物的生长和发酵基质的水分蒸发,基质水分将会逐渐减少,进而影响了固态发酵效率。本研究通过低场核磁共振技术构建了发酵基质的水分检测方法,并通过保水剂供液的方式,研究保水剂对供液固态发酵的影响。本研究取得如下结果:(1)本研究基于土壤学等研究方法,构建了适合本研究发酵基质的测定方法,其主要的物性参数包括:含水量、比重、容重、比表面积、总孔隙度、比热容等。其中比重采用比重瓶法进行测定;容重采用环刀法进行测定;比表面积采用气体吸附法进行测定;比热容采用差示扫描量热法进行测定等。(2)利用低场核磁共振技术绘制的基质水分标准曲线,能准确反映基质的水分含量及水分形态,并比较了不同颗粒度和堆料密度下发酵基质的水分标准曲线。在不同颗粒度下,颗粒度越小,基质的主峰保留时间越短,如含水量为70%时,60目基质的主峰保留时间为59.13 ms,5目基质的主峰保留时间为90.78 ms,5目基质比60目大了 34.86%。在不同堆料密度下,-堆料密度越大,基质在相同含水量下的驰豫峰面积越大。通过低场核磁共振技术扫描发现,在固态发酵过程中,发酵基质中的水分主要以毛细管水的形式存在。随着微生物的生长利用和发酵基质的水分蒸发,发酵基质中的水分逐渐减少,其减少的水分主要为毛细管水,而吸附水的驰豫峰面积值却没有太大变化,占基质的水分比例也越来越高。同时发酵基质的横向驰豫时间在逐渐减小,说明发酵基质与水分之间的作用力加强。(3)保水剂的添加可以实现发酵基质毛细管水的在线供液,最佳的保水剂添加量为7.5g饱和保水剂/24.93 g湿基质(含水量70%),里氏木霉的滤纸酶活(FPA)和羧甲基纤维素酶活(CMC)最高,分别达到376.840 U/g和1025.968 U/g。里氏木霉的FPA酶活、CMC酶活和生物量得到了明显的提高,分别提高了 2.327倍、1.646倍和1.6倍。利用低场核磁共振技术扫描发酵基质发现,发酵基质的驰豫峰面积在逐渐减小,说明发酵基质水分在逐渐减少,但供液固态发酵的驰豫峰面积大于对照固态发酵的驰豫峰面积,说明保水剂的添加可以有效实现发酵基质供液。对比对照固态发酵(接菌)、冷模固态发酵(不接菌)和供液固态发酵(接菌+饱和保水剂)的主峰保留时间,发现在相同含水量的条件下,供液固态发酵基质的主峰保留时间要低于对照固态发酵和冷模固态发酵,从侧面反映出发酵基质物理结构的改变,进而说明了保水剂添加对固态发酵有促进作用。将对照固态发酵基质和供液固态发酵基质的物性参数进行比较,发现了供液固态发酵基质的表面积、孔隙度和比热容的最大值都比对照固态发酵的大,分别相对提高了 15.14%、1.66%和16.74%,说明供液固态发酵基质更有利于发酵基质的传质、传热和微生物的生长。