白灵菇深层发酵条件的优化

孟俊龙,闫辉,杨杰,钟华,郭亮,充娜,常明昌

(1.山西农业大学 食品科学与工程学院,山西 太谷030801;2.山西省食用菌工程技术研究中心,山西 太谷030801;3.山西农业大学园艺学院,山西 太谷030801)

白灵菇(Pleurotus nebrodensis(Inzengae)Quél.)又名白灵侧耳、白阿魏蘑,属担子菌亚门,层菌纲,伞菌目,侧耳科,侧耳属[1,2]。白灵菇色泽洁白,脆嫩可口,香味浓郁,在国外有“蚝菇王”的美誉,在我国新疆民间有“天山神菇”的美称,是一种营养和保健价值均较高的珍稀菇类[3～5]。

白灵菇的栽培虽然已经得到了广泛的推广,但是白灵菇后熟期较长,子实体的分化需要低温刺激,这一要求较为苛刻,使得白灵菇的生产对季节具有较强的依赖性,尽管夏季可通过制冷机人工降温,但是能源消耗大大增加,生产成本也相应增加,且较长的生产周期导致劳动强度大,受气候、环境的影响大,易污染[6]。利用液体深层发酵生产菌丝体在某些方面作为子实体的替代品,具有明显的优越性。深层发酵生产菌丝体具有生产周期短,产量高,劳动强度低,易控制,菌丝体易分离,便于工业化生产等特点,仅从能源消耗上就大大降低了生产成本,且对发酵液的开发利用具有较高的附加效益。本试验对影响白灵菇深层发酵的条件进行了研究,以期得到白灵菇深层发酵的最优配方。

1 材料与方法

1.1 供试菌株

供试菌株白灵菇1号为山西省食用菌工程技术研究中心引进并经过驯化的优良菌株。

1.2 培养基[7]

PDA综合培养基:马铃薯200 g,葡萄糖20 g,蛋白胨1.6 g,KH2PO43 g,MgSO41.5 g,VB110 mg,琼脂20 g,水1000 mL,pH自然液体培养基:不加琼脂的PDA综合培养基。

1.3 菌种活化[8]

将供试菌株白灵菇1号从保藏试管中接到PDA斜面培养基上于25℃黑暗培养至长满试管。

1.4 液体菌种制备

250 mL三角瓶,装液量80 mL,接入大小为0.5 cm2活化后的斜面种3块,25℃静置24 h,160 r·min-125℃下培养6 d。

1.5 培养条件的单因素选择[9,10]

1.5.1 碳源的选择

液体培养基氮源为米糠5%,KH2 PO4 0.3%,MgSO40.1%,VB110 mg·L-1,初始 pH 7.0,分别取碳源为玉米粉4% 、玉米淀粉4% 、玉米粉2%+玉米淀粉2%、玉米粉2%+蔗糖2%、玉米淀粉2%+蔗糖2%,考察不同碳源对菌丝生物量的影响。将制备好的液体菌种接入装有70 mL液体培养基的250 mL三角瓶中,接种量15%,接种后25℃静置24 h,160 r·min-125℃下培养6 d,取整瓶发酵液在3500 r·min-1下离心15 min,收集湿菌丝体在60℃下烘干至恒重,电子天平称重,计算生物量(g·L-1),设3次重复。

1.5.2 氮源的选择

液体培养基碳源为玉米淀粉4%,分别取氮源为黄豆粉0.5% 、豆饼0.5% 、麸皮5% 、米糠5%、酵母膏0.3%,考察不同氮源对菌丝生物量的影响,其余同1.5.1。

1.5.3 培养基初始p H的选择

用1 mol·L-1的盐酸和 1 mol·L-1氢氧化钠将液体培养基的初始pH分别调为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0,碳源为玉米淀粉 4%,氮源为米糠 5%,其余同1.5.1,考察不同初始pH对菌丝生物量的影响。

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1.5.4 接种量的选择

接种量设 1% 、5% 、10% 、15% 、20%五个处理,碳源为玉米淀粉4%,氮源为米糠5%,其余同1.5.1,考察不同接种量对菌丝生物量的影响。

1.5.5 装液量的选择

碳源为玉米淀粉4%,氮源为米糠5%,其余同1.5.1,分别取装液量为 30 mL、40 mL、50 mL、60 mL、70 mL、80 mL,考察不同装液量对菌丝生物量的影响。

1.6 正交试验设计

在单因素试验的基础上,分别对碳源、氮源、初始p H、装液量、接种量进行5因素5水平的正交试验,重复三次,试验因素及其水平设定见表1。

表 1 正交试验设计Table 1 Orthogonal test factors and levels

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 碳源

图1表明以玉米淀粉(2)作为碳源时菌丝生物量最高;含有玉米淀粉的(2、3、5)比不含玉米淀粉的(1、4)生物量要高;不添加蔗糖的(1、2)比对应的添加蔗糖的(4、5)生物量要高。这就说明,在所选用碳源中,白灵菇菌丝体利用玉米淀粉的能力是最强的,其次为玉米粉,利用蔗糖的能力低于玉米淀粉和玉米粉。因此,在我国北方地区的生产中,碳源应以廉价易得的玉米淀粉为主,价格较高的蔗糖应不予考虑。

图1 不同碳源对菌丝生物量的影响Fig.1 Effect of different carbon source on

2.1.2 氮源

不同氮源对菌丝生物量的影响如图2所示,以米糠作氮源具有明显的优越性,其次为麸皮、酵母膏,以豆饼效果最差。因米糠效果较好,加之廉价易得,所以在生产中优先考虑,在小麦产区则可以考虑使用麸皮。

图2 不同氮源对菌丝生物量的影响Fig.2 Effect of different nitrogen source on mycelial biomass

2.1.3 培养基初始p H

如图3所示,在选取的p H的5个水平上,随着碱性的增强,生物量呈增大趋势,其中p H为7时达到最大。p H为7～8时生物量相差并不明显。因此在液体培养中,白灵菇初始pH为7～8,在实际生产时只需控制在此范围即可。

2.1.4 装液量

图4表明,装液量在40～70 mL范围内,菌丝生物量是随装液量的增加而增加的,在70 mL水平上,生物量达到最大。装液量在70～80 mL时生物量相差并不明显,但装液量超过70 mL时在振荡过程中容易打湿棉塞,造成污染。在实际大规模生产中,发酵罐不存在这方面的问题,装液量可以适当加大。

图3 不同初始pH对菌丝生物量的影响Fig.3 Effect of different initial p H on mycelial biomass

图4 不同装液量对菌丝生物量的影响Fig.4 Effect of different broth content on mycelial biomass

2.1.5 接种量

从图5可以看出,随着接种量的增加,菌丝生物量不断增加,其中从5%提高到15%时菌丝生物量增加不大,但是接种量从15%提高到20%时生物量迅速提高。这是因为接种量加大的同时引入了更多的菌种培养基中的物质,如菌丝体生长过程中分泌的某些胞外酶等利于菌丝体生长的物质,使得菌种能够更快地适应新的培养基而较早地进入迅速生长阶段。这一现象对于实际生产中缩短生产周期是很重要的,但是成本也随之增加了。生产试验时可根据实际情况在15%～20%之间调整接种量。

图5 不同接种量对菌丝生物量的影响Fig.5 Effect of different inoculated size on mycelial biomass

2.2 正交试验结果

正交试验结果(表2)表明,所选取的5个因素的极差R均大于用于检测的空列F的极差R(2.1962),这表明此正交试验的结果是可信的。D因素(接种量)对菌丝生物量的影响最大,其次是A因素(碳源)、B因素(氮源)、C因素(初始p H)和 E因素(装液量)。装液量的影响程度最小进一步证明了白灵菇菌丝体生长阶段对氧气的需求是较少的。白灵菇深层发酵的最佳条件为A2B4C4D5E5,即液体培养基配方为玉米淀粉4%、米糠 5%、KH2PO40.3%、MgSO40.1%、VB110 mg·L-1,最佳装液量为70 mL(250 mL三角瓶),最佳接种量为20%,初始 pH 为7～8。

表 2 正交试验结果Table 2 Orthogonal test date

3 结论

本试验优化了白灵菇深层发酵的条件,通过L25(56)正交试验,确定了25 ℃,160 r·min-1条件下白灵菇深层发酵的最佳培养基配方为玉米淀粉4%、米糠 5%、KH2PO40.3%、MgSO40.1%、VB110 mg·L-1,最佳装液量为70 mL(250 mL三角瓶),最佳接种量15%～20%,初始p H为 7～8。

4 讨论

本试验确定的碳源、氮源都是效果最好且廉价易得的,这在实际生产中可以降低生产成本。由于本试验采用250 mL三角瓶摇床培养,结合三角瓶摇床培养的特点,故选取装液量的最高水平为80 mL(即最高不超过三角瓶容量的1/3),在实际生产中可以根据条件进行调整。在接种量的水平确定上,接种量的多少直接影响到生物量的增长速度,进而影响到生产周期,理论上接种量越大(如100%)生长速度越快,但那是毫无实际意义的,在生产中还要涉及成本问题,接种量越大成本越高,所以生产中可根据实际情况在15%～20%之间调整接种量。

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