真菌發酵技術與方式探究范文
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中國藥用真菌資源豐富,是世界上使用藥用真菌治病最早的國家之一,靈芝、茯苓、豬苓和雷丸等藥用真菌在《神農本草經》中就已被分別列項論述,這些藥物至今仍沿用不衰。藥用真菌大多屬于囊菌亞門、擔子菌亞門和半知菌亞門。中國已報道的食用菌近1000種,人工栽培種類近70種。有藥用價值的真菌有300多種,而迄今真正作為藥物使用的只有20~30種,是大型真菌種類中的極少部分。發酵工程是指采用工程技術手段,利用生物(主要是微生物)和有活性的離體酶的某些功能,為人類生產有用的生物產品,或直接用微生物參與控制某些工業生產過程的一種技術。闡述藥用真菌發酵水平主要影響因素。
1藥用真菌發酵主要方式
1.1藥用真菌的固體發酵
將一種或多種藥用真菌接種到適宜的固體培養基表面,在適宜的培養條件下進行生長繁殖的方法稱為藥用真菌的固體發酵。古代固體發酵是中藥炮制的一種方法,中藥通過發酵炮制達到提高藥效、改變藥性、降低毒副作用等目的。神曲、紅曲、淡豆豉和百藥煎等均是通過傳統固體發酵而成的中藥,其發酵方式屬于固態發酵。發酵方式、培養基和培養條件等因素對發酵中藥其質量產生重要影響。參與發酵的微生物類群有多種菌種,其中霉菌是微生物發酵的主要功能菌群。古代固體發酵屬于自然發酵,發酵條件不好控制,所以中藥質量的高低也存在一定的波動。在培養條件方面,中藥炮制人員在長期發酵炮制中藥的生產活動中積累了較為豐富的實踐經驗,但受當時科學技術發展水平的限制,溫度和濕度等培養條件參數的控制無法準確控制,所以在中藥的發酵炮制過程培養條件控制方面有較大的主觀性。中藥的發酵炮制在發酵菌種、培養基成分和培養條件等方面都難于客觀地準確控制。因此,經傳統固體發酵炮制的中藥其質量的穩定性難于保證。從20世紀60年代起,篩選適合的藥用真菌發酵工程菌,以富含碳、氮及礦物質等各種營養成分的農副產品作為發酵培養基,在無菌條件下將活化的單一藥用真菌工程菌接種到滅菌的發酵培養基上,控制培養條件進行固體發酵。與傳統固體發酵相比,現代固體發酵工藝更易于控制。
1.2藥用真菌的液體發酵
通過對藥用真菌發酵工藝的控制,使藥用真菌在最適培養基和最適培養條件等最優條件下生長,呼吸作用所產生的代謝廢氣又能及時排放,新陳代謝旺盛,在短期內能獲得大量的菌絲體和富含自身次生代謝產物的發酵液。針對藥用真菌的單菌種液體發酵的研究已成為研究的熱點。靈芝、冬蟲夏草、云芝、竹黃、豬苓、密環菌和猴頭菌等藥用真菌的液體發酵都有報道。邵偉等用液體搖瓶培養探討了茯苓液體發酵培養的最適培養條件,表明茯苓液體發酵的最適溫度、搖瓶裝量、搖瓶轉速、培養基初始pH分別為26℃、150mL/500mL形瓶、100~150r/min、pH5.0~5.5。認為茯苓菌絲球直徑一般在0.75~0.80mm時,菌絲體收率較高。
李羿,萬德光等探討了茯苓發酵罐補料液體發酵的發酵工藝。在發酵培養第48、60、72、84h時,分別以0.33%、0.67%、0.67%和0.33%的葡萄糖濃度補料效果最佳,使菌絲干重從10.74g/L增長到11.95g/L,菌體產量提高率達11.27%。同時,使發酵時間從168h縮短為120h。結果表明,單一酵母膏或蛋白胨均不適宜于靈芝的生長,而含有酵母膏0.5%和蛋白胨0.5%的復合氮源則適宜于靈芝的生長。初始葡萄糖濃度在2.0%~6.5%內,其濃度大小對靈芝的生長和產物的生物合成將產生較大影響。較高初始濃度葡萄糖將有利于靈芝胞外多糖產量的提高。當初始葡萄糖濃度為5%時,靈芝生物量可高達16.7g/L(干重),胞內多糖達1.19g/L,靈芝酸達212.3mg/L。
1.3藥用真菌的多菌種混合液體發酵
藥用真菌液體混合發酵中由于多種藥用真菌間的協同效應使其能更有效地利用發酵培養基質中的纖維素等有機物質,解除發酵降解產物的阻遏效應。另外,依賴混合發酵中多種藥用真菌豐富的酶系,還有望生成新的活性化合物。因為藥用真菌液體混合發酵較單菌種液體發酵有更高的生物轉化效率所以藥用真菌液體混合發酵的研究正越來越受到科研人員的重視。
2藥用真菌的研究
能否選好的藥用真菌是提高發酵水平高低的關鍵因素。人們最初是從自然界中篩選所需要的藥用真菌,但利用這種方法得到的藥用真菌的產量一般都比較低。20世紀40年代后,利用紫外線、激光和化學誘變劑等物理化學誘變因素來處理藥用真菌,使其產生突變,再篩選出符合要求的優良藥用真菌。陳石良等以灰樹花Gr9801為出發菌株,采用紫外線連續誘變,經分離純化和馴化等方法,以斜面生長速度和液體搖瓶發酵產多糖總量為監測指標,篩選出一株遺傳上相對穩定的適應液體培養的灰樹花菌株GrUv04,該菌株在綜合PDA培養基上生長速度快,菌體豐滿純白。經馴化后在液體培養基中發酵生長力強,生物量達1.97%,發酵多糖總量達216mg/100mL,分別較出發菌株提高129.1%和75.6%。筆者將茯苓孢子懸液經紫外線照射后,通過茯苓優良菌種篩選模型篩選得到茯苓優良菌株P6。菌株P6搖瓶發酵后每升發酵液中菌絲體干重達11.92g/L,較出發菌株P0提高了7.58%。菌株P6傳代培養后進行搖瓶液體發酵,實驗結果表明其具有良好的遺傳穩定性。
3藥用真菌培養基的研究
藥用真菌培養基的組成對其發酵水平高低有很大的影響。藥用真菌發酵培養基從最先僅僅是提供藥用真菌生長代謝所需的碳源、氮源等成分的營養培養基,逐步發展到采用不同的中藥材為底物組成不同的藥性培養基,或在營養培養基中添加具有中藥材活性成分組成復合培養基。選擇適當的中藥加入藥用真菌深層發酵基質,中藥中的成分可對藥用真菌的代謝產物起到增效的作用。
在發酵培養基中添加中藥成分對藥用真菌自身的生長代謝將產生重要的影響。楊海龍,吳天祥等[9]將適量的黃芪、薏苡仁、枸杞子、當歸、玄參、山藥、黨參、等提取液添加到靈芝液體發酵培養基中,研究其對靈芝液體發酵的生物量和代謝產物胞外多糖的影響,發現其中的部分成分可促進靈芝的生長或代謝產物的產生。楊海龍等報道了以中藥薏苡仁為培養基的靈芝液體發酵,研究結果表明最適培養基中薏苡仁的含量為3.59%,薏苡仁可促進靈芝的生長。原因可能是薏苡仁中脂肪酸與靈芝細胞膜結合,從而利于靈芝從培養基中攝入營養物質,促進靈芝生長。對藥性培養基中中藥材底物的選擇及藥性培養基對藥用真菌發酵水平影響的研究還有待進一步深化。
4討論
藥用真菌發酵方式、發酵工程菌和發酵培養基對真菌發酵水平有很大的影響藥。隨著發酵方式的進一步研究,特別是藥用真菌的多菌種混合液體發酵機理的深入研究,將大大提高真菌發酵的水平。上述研究工作的進展必將提高中國藥用真菌的發酵水平,促進中國藥用真菌在醫療保健領域發揮其更大的作用。
