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灰树花发酵工艺的研究进展

2020-08-26 12:18:16 来源: 食品安全导刊

　　灰树花发酵工艺的研究进展
　　
　　该文简要概述了近年来灰树花发酵工艺的技术研究，以灰树花菌种选育、液体发酵及固体发酵为切入点，阐明并总结了灰树花发酵工艺的现状，期望能给灰树花产业的发展提供理论指导和技术参考，促进该产业健康发展。
　　
　　关键词：灰树花；菌种选育；液体发酵；固体发酵
　　
　　近年来，菌类作为功能性食品和有益健康的药物来源变得很有吸引力。灰树花（Grifola frondosa），又称舞茸、云蕈、千佛菌，在日本、欧洲、北美和我国许多地区都有它的报道[1]。上世纪80年代初，日本率先开发出灰树花人工栽培技术后，不断有新的研究成果被报道，这些研究成果都表明灰树花具有多种药理作用[2-5]，加之酥脆的口感和浓郁的香气，被认为是十分珍贵的药食用真菌，有着“菌中王子”的美称。由此也导致了对灰树花的需求量上涨。
　　
　　随着发酵技术在灰树花产业中的运用，关于灰树花的发酵研究也被陆续报道，现今已发现灰树花菌丝体与子实体在药理和化学上的差异性较小[6]，运用发酵技术开发灰树花是可行的。为此，该文整理了近年来灰树花发酵工艺的技术研究，并对其进行了归纳和总结，期望能给灰树花的工业化生产与开发提供理论指导和技术参考，促进灰树花产业的健康发展。
　　
　　灰树花菌种选育
　　
　　优良菌种是发酵工业的基础和关键，也是显著提高产品产量和质量的前提。目前获取优良菌种的方式主要有自然选育和诱变选育，诱变选育与自然选育相比，突变的频率和变异的幅度要高很多[7]。正是如此，灰树花的菌种选育大多采用诱变育种。
　　
　　据陈石良等[8]报道，对灰树花实施连续紫外诱变后，得到的菌株能在液体培养基中快速生长，提高菌丝体含量和多糖总量的幅度分别有129.1%和75.6%。又有张建[9]经过试验得出灰树花紫外诱变时间为30 s，微波诱变时间为10 s，在20 L发酵罐中培养后，多糖含量和菌丝体产量都大大提高。郭嘉瑞[10]也采用类似的方式，先对灰树花菌丝进行70 s微波辐照，再进行15 min紫外线照射，选育了一株高产多糖的菌株，其胞内外多糖产量与菌丝体生物量都有较大提高。还有Chen Zhao等[11]将灰树花菌丝打碎后利用宇宙射线获得了高产胞外多糖的菌株。
　　
　　此外，还有利用原生质体进行诱变的报道。全卫丰[12]利用2%溶壁酶对灰树花菌丝进行酶解，发现酶解温度32 ℃，酶解3 h是制备灰树花原生质体的最佳参数，接着在距离样品20 cm处，用15 W紫外灯管照射60 s，最终菌丝体干重和胞内多糖含量都得到了很大提高。徐志祥[13]等也采用类似方法成功筛选出高产多糖的菌株。
　　
　　灰树花液体发酵工艺
　　
　　液体发酵技术最早出现在20世纪40年代的美国，此后被广泛运用于药食用真菌的培养，灰树花也不例外。
　　
　　在摇床培养阶段，一般以确定培养基组分和发酵条件为主。杨箐[14]和张医芝[15]通过优化培养基，都显著提高了菌丝体和多糖含量。杨浣漪[16]也通过培养基优化，提高了灰树花菌丝体生物量1.9倍、胞内多糖含量0.75倍以及β-葡萄糖苷酶活力2.71倍。具体摇床发酵工艺见表1。
　　
　　在小型发酵罐培养阶段，Lee等[17]采用自定向优化技术对5 L搅拌式发酵罐培养灰树花进行了优化，得出pH值 5.06、通气量1.16 vvm、搅拌速度166 rpm为最佳条件。继续培养发现pH值、溶氧和流体力学对菌丝形态有显著影响，进而会抑制胞外多糖产生。当菌丝形状为羽状菌丝团时，在最佳培养条件下，能得到最大生物量16.8 g/L，胞外多糖5.3 g/L。在5 L气升式发酵罐中进一步培养，也发现菌丝生物量和胞外多糖产量均低于搅拌式发酵罐。对于发酵罐类型如何选择，李炳功等[18]也有类似报道。Shih等[19]对5 L搅拌式发酵罐补料分批发酵和分批发酵进行了研究。结果显示，当培养基中葡萄糖浓度低于5 g/L时，进行葡萄糖分批补料，可大大增强灰树花菌丝生物量和胞外多糖的积累，且两者高于分批发酵。
　　
　　有时添加一定量果蔬汁、中药提取物、植物油、滑石粉和氧化铝等也可以提高产物含量。吴林秀[20]向灰树花液体培养基中加入果蔬汁，提高了菌丝体生物量。侯晓梅[21]等发现一定量的中药提取物可以显著提高灰树花胞外多糖。雷德柱等[22]往灰树花液体培养基中加入多种植物油，发现较低浓度的橄榄油可促使胞外多糖的形成，而较低浓度的豆油则可提高菌丝体含量。Hsieh等[23]证实在不同氧浓度下，添加橄榄油可提高菌丝生物量和多糖含量。在2008年，Hsieh等[24]又报道红花籽油、大豆油、葵花籽油都有利于灰树花菌丝生长，而红花籽油和葵花籽油却会抑制胞外多糖产生。然而Shih等[19]发现所有植物油都不能提高灰树花胞外多糖产量。杨箐[14]也于2009年提出1%的葵花籽油不利于形成灰树花多糖。还有报道通过滑石粉和氧化铝来提高灰树花菌丝体和多糖的[25,26]。这些都说明一定量的不同添加物对产物存在不同程度的影响。
　　
　　此外，通过磁场辅助、改进发酵设备来提高灰树花液体发酵工艺也被证明是有效的[27,28]。
　　
　　灰树花固体发酵工艺
　　
　　相比液体发酵，固体发酵基本不含游离水并且微生物在接近自然状态的情况下生长，可产生一些在液体发酵中不产生的酶或者其它代谢产物。Huang等[29]通过固态发酵，发现灰树花含有很高的植酸酶活性。当利用糙米作为培养基质时，显著的抗氧化特性会体现出来，同时黄酮类化合物和总酚含量也会提高。因此，利用菌类分解植酸，可以增加肌醇含量，提高发酵产物的生理活性。2008年，Svagelj等[30]提出湿度大于70%有利于灰树花菌丝在固体基质上的生长和多糖产生。刘伟民等[31]在2010年也提出水分和pH值对灰树花固体发酵的有很大影响。此外，根据Vaher等[32]的研究，Postemsky等[33]发现利用固态发酵含灰树花菌丝的麦麸可增强麦麸的抗氧化活性，这也说明利用固态发酵灰树花可产生高附加值的产品。
　　
　　灰树花作为一种珍贵的药食用真菌，其药食用价值已得到认可。但灰树花产业在发酵工艺方面还有很多地方亟需完善，比如提高优良菌种选育的概率，发酵放大工艺、发酵过程技术等。不管何种方式，都是为了尽可能地开发灰树花的药食用价值。随着消费者健康意识不断加强，已有很多灰树花产品被开发出来或者正在被开发，如灰树花保健饮料[34]，抗肿瘤药膳等[35]，这都表明该产业良好的发展趋势，相信该产业的前景一定是光明的。
　　
　　参考文献
　　
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　　作者简介：盛嘉俊，男，硕士研究生，研究方向为应用生物技术。
　　
　　盛嘉俊  邹艾一  何建辉
　　
　　广州市微生物研究所
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