发酵工艺:真菌液态深层发酵的工艺特点及其相关发酵产物的应用

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本文作者:南京工业大学胡博士

文章编辑:发酵大师网小张同学(江南大学硕士)

 

液态发酵也称液态深层发酵,是在抗生素发酵技术基础上发展起来的,沿用了传统发酵生产工艺。1948年Humfeld首先提出用发酵法来培养真菌菌丝体,20世纪80年代后国内外纷纷开展这一技术的研究与应用探讨。上海农科院、广东微生物所、河北微生物所、辽宁微生物所等单位在真菌深层培养方面的研究也取得了丰硕的成果,并有一些发酵产物陆续走向市场现已被研究适于深层发酵培养的大型真菌超过50种。

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一、真菌深层发酵的工艺和特点

真菌的深层发酵是在抗生索发酵技术基础上发展起来的,故沿用了传统的发酵生产工艺,即菌种分离纯化→母种→摇瓶种子→种子罐发酵→发酵罐深层发酵

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有关培养基配方的研究包括碳源、氮源、碳氮比、无机盐、微量元素、维生素、生长因子、增粘剂等。有关发酵过程中参数控制的研究包括接种量、温度、搅拌速度、通气量、pH值、菌丝形状、发酵液中菌丝体个数和重量等。在诸多报道中,针对碳氮源选择方面做的工作较多,选料包括单糖、双糖、多糖、谷物类、马铃箬、豆类、麩皮、蛋白胨、肉汤等。

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真菌深层发酵工艺流程

采用液体发酵技术生产菌丝体,周期短、成本低、产量大,有工业化生产前景具有以下几个特点:

1.1 原料来源广泛

真菌的液体发酵可用工业淀粉、山芋粉、豆粕、麸皮等廉价工农业产品为原料,还可利用工业废水如木材水解液、各种大豆深加工废水、玉米深加工废水及淀粉废水等作为原料。

1.2  生产周期短

由于生化反应器内装有通气搅拌系统、温度调节系统、pH值调节系统和培养基补给系 统等装置,能控制最佳培养条件。因此,真菌液体发酵一般仅需要3〜10d就可积累大量菌丝体和具有生理活性的次生代谢产物。而固体培养基则30〜60d。

1.3 工业化生产

在生化反应器内通过控制最佳培养条件来培养菌丝体,不受季节限制,生产工艺规范,而固体栽培要较大的空间且条件难以控制,受季节影响极大,且容易受到病虫客的侵袭。

1.4 产生的活性物质多

真菌在液体发酵过程中除产生菌丝体外,还会在发酵液中产生多糖、多肽、生物碱、萜类化合物、甾醇、酶、核酸、氨基酸、维生素、植物激素等多种具有生理活性的物质。研究表明,有很多真菌液体发酵的菌丝体多糖含最远高于子实体。在液体发酵密环菌菌丝体的报道中,从发酵液中提取的粗多糖约为子实体的10倍。

 

真菌深层发酵产物的应用

2.1 作为液体菌种栽培真菌

利用深层发酵工艺生产真菌菌种。生产条件稳定,有利于机械化、自动化,菌丝体生长均匀一致,菌龄整齐,周期短,产量高,便于大规模工业化生产。其不足之处在于不便储藏,设备条件和人员索质要求较高,技术难度大,但通过研究人员不断的研究,其不足终将逐步解决并趋于完善。

2.2  用于食品、药品、保健品的开发

利用深层发酵法获得的菌丝体的营养成分和特殊成分的含量及生理活性作用均与子实体相似,有些特殊成分的含量还远高于子实体。其发酵产物直接作为食品还未被人们接受,但被加工成口服液、营养液、食品添加剂、饮料等已逐渐被人们所接受。另外利用液体发酵技术,通过菌丝体对微量元索如锗、硒、锌、碘等进行富集,已为开发功能性食品提供了一条可行的途径。如将KI溶液加入到液体培养基中,可使液体培养的金针菇、平菇、黑木耳菌丝体含碘显著增加。在液体培养基中加入无机锌,金针菇有显著的吸附作用并可形成有机锌。

在液体培养基中加入无机锌,金针菇有显著的吸附作用并可形成有机锌。

 

适用于深层培养的部分真菌

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部分真菌液体深层培养产物的药理作用及临床应用

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2.3  饲料蛋白

通过对金针菇、灵芝和糙皮侧耳深层培养菌丝体的营养成分进行分析,发现其粗蛋白、粗脂肪和总糖含量分别为:粗蛋白23.9%、13.1%、23.3%;粗脂肪1.2%、2.2%、1.5%;总糖41.4%、56.3%、64.8%。因此在饲料行业开发潜力巨大,其蛋白质含量丰富,氨基酸品种齐全而胜于普通饲料。利用食药用真菌深层发酵获得菌丝体蛋白为传统生产蛋白提供了新的途径,缓解了其制备的压力。

2.4 保健美容化妆品

食用菌具有丰富的营养价值、保健和药用疗效,含有多糖类、核苷类、多肽氨基酸类和萜类等主要功效成分具有抗氧化、抗衰老、美白和保湿等功效、灵芝和茯苓等食用菌是古代养生家用来服食,以求延缓哀老、进行美容的妙药,银耳有独特的去除脸上雀斑和黄、黑斑的功能,有润泽肌肤、美化容颜的作用、利用菌丝体的抽提物加入化妆品,生产抗皱润肤的美容佳品,如将灵芝、虫草菌丝体应用于洗脸液中,还有银耳面膜、灵芝营养霜等均有广阔的应用前景。

真菌液体深层发酵工程应在基础理论和应用技术需要进一步突破,解决当前在生产实践中出现的突出问题,比如进一步大规模发酵生产的研究运用以及高效稳定发酵液的研究探索,为真菌液体深层发酵工程技术提供更好的技术支撑。

 

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