姬松茸發酵條件的優化及其動力學分析

曹新志,趙迎慶,游見明,劉　佳,任林生

(1.四川理工學院生物工程學院,四川自貢 643000;2.山東省臨沂思科生物科技有限公司,山東臨沂 276000)

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姬松茸發酵條件的優化及其動力學分析

曹新志1,趙迎慶2,游見明1,劉佳1,任林生1

(1.四川理工學院生物工程學院,四川自貢 643000;2.山東省臨沂思科生物科技有限公司,山東臨沂 276000)

在搖瓶條件優化的基礎上對姬松茸分批發酵動力學進行了3 L發酵罐分配發酵研究,基于Logistic和LuedekingPiret方程描述姬松茸菌體生長、胞外多糖、底物消耗的代謝規律。結果表明最適培養條件為轉速152 r/min、通氣0.58 m3/h、接種量6%、溫度24.6 ℃、pH6.4。在此條件下，胞外多糖含量6.955 g/L，菌體干重1.420 g/100 mL。菌體生長和胞內活性多糖生成是同步的,得到描述分批發酵過程的動力學數學模型和模型參數,同時對實驗數據與模型參數進行了驗證比較,模型計算與實驗結果較好擬合。產活性多糖屬于偶聯型以及模型可用于預測發酵過程。

姬松茸,液體發酵,胞外多糖,動力學分析

姬松茸(AgaricusblazeiMurill)又稱“巴西蘑菇”、“小松菇”、“柏氏蘑菇”,在分類學上隸屬于真菌門(Aumycota)、擔子菌亞門(Basidiomycotina)、層菌綱(Hymenomycetes),傘菌目(Agaricales),蘑菇科(Agaricaceae),蘑菇屬(Agaricus)[1],是1種珍稀的食藥兼用真菌[2]。在巴西圣保羅市周邊的草原、秘魯、美國加利福尼亞州、福羅里達州都有自然生長的姬松茸。1945年首次被美國真菌學家A.Murrill發現。1967年比利時的海涅曼博士鑒定其為新種與雙孢菇同屬[3]。隨后,姬松茸傳到日本。1992年我國福建省從日本引進了姬松茸并進行栽培。此后才由福建傳到其他各個省份[4]。由于栽培姬松茸的溫度、濕度等條件比較苛刻,所以我國北方很少栽培姬松茸。

在以往對姬松茸液體發酵的研究中,大都停留在搖瓶發酵階段,但是要實現其大規模發酵生產就必須經歷發酵罐的放大實驗,所以從搖瓶到發酵罐的放大是發酵產品開發過程中的一個重要環節。但與搖瓶發酵相比發酵罐的發酵溫度、pH、罐壓、溶氧、轉速等發酵參數更容易檢測和控制,二者的區別主要體現在發酵罐可以對各項指標實時監控,同時兩者在供氧能力和剪切力上也有較大的差別。本研究在搖瓶發酵工藝的基礎上進行了3 L發酵罐的發酵條件優化,期望為進一步工藝放大提供依據。

同時本文還研究了姬松茸的菌體生長動力學和基質消耗動力學以及胞外多糖產生動力學,應用動力學模型可以預測菌絲體的生長狀態,可以更為方便的通過動力學模型實現對發酵過程的優化控制,同時這也為姬松茸液體發酵進一步放大培養奠定基礎。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

姬松茸菌種(AgaricusBlazeiMurill)華中農業大學菌種保藏中心提供;工業玉米漿天津利發隆化工科技有限公司;蔗糖、麥粒自貢農貿市場;液體母種發酵培養基馬鈴薯200 g,麩皮10 g,蔗糖20 g,KH2PO42 g,MgSO4.5H2O 0.2 g,蒸餾水1000 mL,pH自然;液體發酵培養基[5]蔗糖57.5 g/L,工業玉米漿2.05 g/L,KH2PO42 g/L,MgSO4.5H2O 0.2 g/L,VB10.01 g/L,蒸餾水1000 mL,pH自然;麥粒培養基煮熟的麥粒200 g,蔗糖10 g,KH2PO42 g,MgSO4.5H2O 0.2 g,碳酸鈣10 g,pH自然。

Biotech-3BGH 3 L發酵罐上海保興生物設備工程有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1Plackett-Burman設計Plackett-Burman設計法是一種兩水平實驗設計方法,該法實驗次數少同時可以將眾多的考察因素的影響效應作主次排序,因此該方法被廣泛的應用到生物工藝過程優化中[6]。

根據前期實驗以及食用菌發酵罐發酵的規律,實驗選取的因素及編碼水平見表1,以菌體干重、胞外多糖含量為評價指標,利用design-expert 8.0軟件進行Plackett-Burman實驗設計。

表1　Plackett-Burman實驗設計因素水平及編碼表Table 1　The factor and coding of the Plackett-Burman

1.2.2中心復合實驗響應面分析法(Response Surface Analysis)是一種從多因素系統中尋求最佳條件的數理統計方法[7],最常用的是二次回歸旋轉中心組合實驗設計(Central Composite Design)和中心復合實驗設計(Box-Behnken)[8]。利用design-expert 8.0軟件對實驗數據進行二次回歸擬合得二次回歸方程,通過響應面分析,分析模型顯著性、各因素的主效應和交互效應,進而尋求最優影響因子的水平,最終得到最適液體發酵條件。

對于二因子數學模型可表述為:

Y=a0+a1x1+a2x2+a12x1x2+a11x12+a22x22

式(1)

上式中,Y為響應值即姬松茸胞外多糖含量,a0為截距,a1、a2、a11、a22均為回歸模型的系數。

根據Plackett-Burman實驗設計結果進行Box-Behnken實驗設計,以溫度、轉速、通氣、pH為自變量,接種量控制在8%,分別用A、B、C、D表示,并用-1、0、1代表編碼水平,以胞外多糖含量Y作為響應值,實驗因素水平見表2。

表2　實驗因素水平Table 2　The factor of the Box-Behnken

1.2.3動力學模型的建立在分批發酵過程中,發酵模型往往是根據微生物生長、菌體代謝以底物消耗之間關聯建立的,然后通過實踐不斷的去驗證模型的準確性,這樣才能更好的去控制發酵過程。在本章節的研究中主要按菌體生長、底物消耗、胞外多糖的積累三者之間的關系來對姬松茸液體發酵動力學模型進行研究。

1.2.4姬松茸菌體生長動力學模型目前對微生物菌體生長動力學模型應用廣泛的是Monod方程[9],Monod方程為典型的非結構模型,該模型著眼于整個微生物群體的變化,不考慮個體細胞水平的變化,但相關表明研究Monod方程僅適用于細胞群體生長緩慢且細胞密度較低的發酵環境[10],發酵過程中不應存在高濃度底物抑制、代謝物反饋抑制、營養物不足等導致的菌體生長緩慢現象。通過實驗發現當發酵液中蔗糖濃度小于4.5 g/L時菌體生長速率明顯下降并伴有溶菌現象,這說明發酵液中的限制性底物對菌體生長的限制性不能忽略,因此Monod方程不能做用作姬松茸菌體生長動力學模型。

分批發酵生長環境固定,所以在培養基各營養成分固定情況下,從姬松茸發酵代謝分析可知,菌體生長會有一個最大值點,根據以上假設姬松茸菌體生長曲線應為S型,這與種群生長規律類似,在研究限制空間種群增長規律時應用廣泛的則為Logistic方程。Logistic方程是典型的S型曲線[11],這說明Logistic方程可以很好地反映分批發酵過程中菌絲體生長規律。Logistic方程模型見公式(2)。

μ=dX/dt=μmax(1-X/Xmax)

式(2)

式(2)中X:菌絲體干重,單位g/100 mL;t:發酵時間,單位h;μ:比生長速率;μmax代表最大細胞比生長速率;Xmax代表最大菌體濃度,單位g/100 mL。將(2)式積分得:

X(t)=(X0eμmaxt)/[1-X0/Xmax(1-eμmaxt)]

式(3)

表3　Plackett-Burman實驗設計及響應值Table 3　Plackett-Burman experimental design and results

式(3)中X0代表初始菌體濃度,單位g/100 mL。

在發酵剛開始時,X值比Xmax要小很多,所以此時(X0/Xmax)接近于0可以忽略不計,說明菌體呈現指數生長,但當X值比Xmax相當的時候,這時說明菌體生長緩慢或者菌體停止生長。在對姬松茸進行分批發酵實驗中,發現Logistic方程具有很好的適應性。

1.2.5姬松茸胞外多糖生成動力學模型胞外多糖是姬松茸發酵過程中分泌到細胞外的產物,根據搖瓶實驗和發酵罐結果可知,胞外多糖在發酵初期有少量合成,當發酵進入平穩期后胞外多糖開始大量合成,因此可以將姬松茸胞外多糖合成類型歸于部分相關型。目前對于此類型產物合成的動力學模型廣泛采用Luedeking-Piert模型[12-14]:

dp/dt=α(dx/dt)+βX(a≠0,β≠0)

式(4)

式(4)中α為生長相關系數,β為非生長相關系數,dP/dt為胞外多糖生成速度,P為胞外多糖濃度g/L。

當t=0,P=P0時,將式(2)代如式(4)得:

dp/dt=αμmax(1-X/Xmax)+βX(a≠0,β≠0)

式(5)

對式(5)積分得:

P(t)=P0+α[X(t)-X0]+β(Xmax/μmax)ln[1-X0/Xmax(1-eμmaxt)]

式(6)

1.2.6底物消耗動力學模型根據發酵的搖瓶實驗和發酵罐實驗結果,姬松茸對蔗糖的利用呈現倒S形。培養中蔗糖主要有三個方面的用途:姬松茸菌體生長消耗；維持姬松茸正常各項生命活動消耗；合成胞外多糖消耗。因此姬松茸底物消耗動力學模型可以表示為:

-dS/dt=(1/YX/S)(dx/dt)+(1/YP/S)(dP/dt)+mX

式(7)

式(7)中YX/S代表姬松茸菌體得率系數,單位g/g;YP/S代表姬松茸胞外多糖得率系數,單位g/g;S為蔗糖濃度,單位g/L;m為姬松茸菌體維持系數。

將式(2)與式(4)帶入式(7)中得:

-dS/dt=(1/YX/S)[μmax(1-X/Xmax)]+(1/YP/S)[αμmax(1-X/Xmax)+βX]+mX

式(8)

對式(8)積分得:

S(t)=S0-(1/YX/S+α/YP/S)[X(t)-X0]-(β/YP/S+m)(Xmax/μmax)ln[1-X0/Xmax(1-eμmaxt)]

式(9)

式(9)中S0代表當t=0時蔗糖初始濃度。

1.3測定方法

1.3.1殘糖的測定DNS法測定還原糖[15],Roe比色法測定蔗糖[16]。

1.3.2生物量的測定參照周選圍生物量測定方法[17]。

1.3.3總糖的測定苯酚-硫酸法[18]。

1.3.4溶氧(DO)消耗的測定發酵液溶氧采用溶氧電極進行測定。培養基滅菌結束循環水浴降溫至發酵溫度,向培養基通風攪拌至溶解氧達到飽和,此時溶氧電極讀數定義為100.0。

1.3.5發酵液pH的測定采用pH電極進行測定測定。

1.3.6發酵設備及培養基的滅菌實驗選用食用油作為消泡劑,滅菌前往發酵罐內滴加幾滴食用油,然后用牛皮紙包住空氣過濾器,尾氣出口由里到外依次用棉花、紗布、牛皮紙包裹,滅菌前用夾子夾住與罐體相連的硅膠管,然后在0.1MPa蒸汽滅菌20 min。

2　結果與討論

2.1Plackett-Burman設計

2.2因素主次的確定

2.2.1以姬松茸菌體干重為響應值影響因素主次的確定利用design-expert 8.0軟件以姬松茸菌體干重為響應值對實驗結果進行分析,分析結果如下表4。

由表4中的“Prob>F值”可以對實驗影響因素主次做出排序,因素主次順序依次是A>B>E>C>D,即:溫度>轉速>通氣>pH>接種量。由表4中的顯著性檢驗(p<0.01),可以看出溫度、轉速、通氣、pH,4個因素對姬松茸液體發酵有著極顯著的影響。

表4　偏回歸系數及顯著性檢驗Table 4　Partial regression coefficients and their significance test

注:“**”表示影響極顯著(p<0.01),表5同。

表5　偏回歸系數及顯著性檢驗Table 5　Partial regression coefficients and their significance test

2.2.2以姬松茸胞外多糖為響應值影響因素主次的確定利用design-expert 8.0軟件以姬松茸胞外多糖為響應值對實驗結果進行分析,分析結果如下表5。

由表5中的“Prob>F值”可以對實驗影響因素主次做出排序,因素主次順序依次是A>B>E>C>D,即:溫度>轉速>通氣>pH>接種量。由表4中的顯著性檢驗(p<0.01),可以看出溫度、轉速、通氣、pH,4個因素對姬松茸液體發酵有著極顯著的影響。

經過實驗發現無論是以菌體干重還是以胞外多糖為響應值,溫度、轉速、通氣、pH,4個因素都對實驗有著極顯著的影響。所以在接下來的研究實驗中對溫度、轉速、通氣、pH,4個影響因素進行進一步的實驗。

2.3中心復合實驗

表6　中心復合實驗設計及結果Table 6　Design and results of Box-Behnken design

續表

實驗順序實驗號X1X2X3X4菌體干重(g/100mL)胞外多糖(g/L)122700001.3406.73813230-1010.8736.597142600001.3796.77015500-1-11.1076.536161810-101.0075.513172800001.2956.865181401-101.2416.67719130-1-101.0836.44620700-111.1746.5532121-1000.8075.399222010101.0915.76323411000.8255.4302411-10011.0236.1342517-10-101.1356.0152610100-10.8535.536271601101.1446.778289-100-11.1716.257291210010.9655.638

表7　回歸模型方差分析Table 7　Analysis of variance of regression model

注:“*”表示影響顯著(0.01

2.4擬合模型的建立及顯著性檢驗

在實驗中發現姬松茸菌絲生物量和多糖含量變化存在不平行性,生物量的提高不一定使有效成分多糖含量提高,所以姬松茸發酵條件優化將以多糖產量是考慮的最終因素。

利用design-expert 8.0軟件對實驗結果進行分析,結果見表6。

數學模型經二次回歸擬合,得以胞外多糖回歸方程預測模型:

Y=-26.4268+1.1408X1+0.0409X2+2.956X3+3.0946X4-2.9167X1X2+0.03X1X3+0.0433X1X4-4.6667X2X3+5.4167X2X4-0.3975X3X4-0.0283X12-2.1694X22-0.3533X32-0.374X42

利用design-expert 8.0軟件對二次回歸模型進行分析,得到溫度、轉速、通氣、pH,4個因素之間的立體分析圖和等高線圖。結合圖1、圖2及design-expert 8.0軟件綜合分析得到姬松茸液體發酵胞外多糖最大值點:溫度24.6 ℃、轉速152 r/min、通氣0.58 m3/h、pH6.4,此時胞外多糖7.0179 g/L(預測值)，菌體干重達到1.472 g/100 mL(預測值)。

圖1　溫度和轉速對胞外多糖響應面圖Fig.1　Response surface for alternative effects of temperature and rotational speed on extracellular polysaccharide

圖2　溫度和pH對胞外多糖響應面圖Fig.2　Response surface plots for alternative effects of temperature and pH on extracellular polysaccharide

實驗優化出發酵溫度24.6 ℃,考慮到發酵過程溫度的波動性以及結合實驗規律,最終確定姬松茸液態發酵溫度范圍24.6 ℃。為了證實上述優化條件的可靠性,所以對優化條件進行3次以上的驗證性實驗,結果表明當溫度24.6 ℃、轉速152 r/min、通氣0.58 m3/h、pH6.4時,胞外多糖含量6.955 g/L,菌體干重1.420 g/100mL,同理論值相比,相對誤差分別為3.66%和0.904%。因此實驗得到的姬松茸3 L液體發酵條件具有一定的可靠性和真實性。

2.5姬松茸3 L發酵罐發酵曲線及其動力學分析

為了了解姬松茸液體發酵培養條件優化后對菌體干重和胞外多糖含量的影響,在發酵過程中每隔12 h進行取樣,測定姬松茸發酵過程中菌體干重、胞外多糖、殘糖含量的變化,并對姬松茸液體發酵曲線進行簡單的分析。結果見圖3～圖8。

圖3　姬松茸分批發酵動力學曲線Fig.3　The dynamics curve in batch fermentation of Agaricus Blazei Muril

2.5.1姬松茸菌體生長動力學在發酵剛開始時,X值比Xmax要小很多,所以此時X0/Xmax接近于0可以忽略不計,說明菌體呈現指數生長,但當X值比Xmax相當的時候,這時說明菌體生長緩慢或者菌體停止生長。在對姬松茸進行分批發酵實驗中,發現Logistic方程具有很好的適應性[19]。

式(3)可以表述為ln[X/(Xmax-X)-t]的函數,即:

ln[X/(Xmax-X)]=μt-ln[(Xmax/X0)-1]

式(10)

通過實驗數據X0=0.004 g/100 mL,Xmax=1.417 g/100mL,以ln[X/(Xmax-X)]對t作圖可得μmax=0.0602 h-1,將模型參數帶入式(3)得姬松茸菌體生長的動力學方程:

X(t)=0.004e0.0602t/1-(0.004/1.417)(1-e0.0602t)

利用origin 8.0軟件對實驗數據進行非線性擬合得姬松茸菌體生長動力學模型非線性擬合曲線,見圖4。

圖4　姬松茸菌體生長擬合曲線Fig.4　The fitted curve on the growth of mycelium of Agaricus Blazei Murill

擬合方程相關系數R2=0.9616(0.01

2.5.2姬松茸胞外多糖生成動力學當姬松茸菌體生長處于穩定期時,dX/dt=0,X=Xmax,所以此時Luedeking-Pirct方程dP/dt=βX,即:

β=(1/Xmax)(dP/dt)

式(11)

圖5　姬松茸分批發酵動力學曲線Fig.5　The dynamics curve in batch fermentation of Agaricus Blazei Muril

由于μmax、X0、Xmax均為已知,通過origin 8.0軟件可以計算出當具體生長趨于穩態時dP/dt=0.156,帶入式(11),即可得出β=0.1101。

令a(t)=X(t)-X0,b(t)=Xmax/μmaxln[1-(X0/Xmax)(1-eμmaxt)],這時姬松茸胞外多糖動力學模型可以寫成:

P(t)=P0+αa(t)+βb(t)

式(12)

當t=0時,根據實驗數據可得P=P0=0.026,所以:

P(t)=0.026+αa(t)+βb(t)

式(13)

式(13)可以看做P(t)-a(t)的一次函數,對其作圖,可得直線斜率α=1.118。將模型參數μmax、X0、Xmax、α、β帶入方程(6)得姬松茸胞外多糖生成的動力學方程:

P(t)=0.026+1.118[X(t)-0.004]+0.1101(1.417/0.0602)ln[1-(0.004/1.417)(1-e0.0602t)]

利用origin 8.0軟件對實驗數據進行非線性擬合得姬松茸胞外多糖生成的動力學模型非線性擬合曲線,見圖6。

圖6　姬松茸胞外多糖生成擬合曲線Fig.6　The fitted curve on the extracellular polysaccharide of Agaricus Blazei Murill

擬合方程相關系數R2=0.9828(0.01

姬松茸基質消耗動力學

圖7　姬松茸分批發酵動力學曲線Fig.7　The dynamics curve in batch fermentation of Agaricus Blazei Muril

令α1=1/YX/S+α/YP/S,b1=β/YP/S+m,此時式(9)可以表述為:

S(t)=S0-α1[X(t)-X0]-b1(Xmax/μmax)ln[1-(X0/Xmax)(1-eμmaxt)]

式(14)

按照2.5.2中求解α、β的方法即可得出a1、b1的數值,即:a1=3.82、b1=0.087。將模型參數μmax、X0、Xmax、a1、b1帶入方程(14)得姬松茸基質消耗動力學方程:

S(t)=57.5-3.82[X(t)-0.004]-0.087(1.417/0.0602)ln[1-(0.004/1.417)(1-e0.0602t)]

利用origin 8.0軟件對實驗數據進行非線性擬合得姬松茸基質消耗的動力學模型非線性擬合曲線,見圖8。

圖8　姬松茸基質消耗擬合曲線Fig.8　The fitted curve on the substrate consumption of Agaricus Blazei Murill

擬合方程相關系數R2=0.9873(0.01

3　討論

在實驗中發現姬松茸菌絲生物量和多糖含量變化存在不平行性,生物量的提高不一定使有效成分多糖含量提高,所以姬松茸發酵條件優化將以多糖產量是考慮的最終因素。

本研究實在搖瓶發酵的基礎上進行的3L發酵罐的放大實驗,實驗過程中不能進行全程自動化控制,人工抽樣檢測可能會對實驗結果帶來一定的影響,需要進一步的實驗對其深入研究。

4　結論

在本章節的研究中確定了3 L發酵罐最適培養條件:溫度24.6 ℃、轉速152 r/min、通氣0.58 m3/h、pH6.4、接種量6%。經驗證實驗,在此條件下菌體干重1.420 g/100mL,胞外多糖含量6.955 g/L,同理論值相比,相對誤差分別為3.66%和0.904%。

實驗還對姬松茸分批發酵中菌體干重、胞外多糖、殘糖含量的變化進行動力學分析并建立數學模型,所得擬合方程如下:

姬松茸菌體生長動力學方程

X(t)=0.004e0.0602t/1-(0.004/1.417)(1-e0.0602t)

姬松茸胞外多糖生成動力學方程

P(t)=0.026+1.118[X(t)-0.004]+0.1101(1.417/0.0602)ln[1-(0.004/1.417)(1-e0.0602t)]

姬松茸基質消耗動力學方程

S(t)=57.5-3.82[X(t)-0.004]-0.087(1.417/0.0602)ln[1-(0.004/1.417)(1-e0.0602t)]

[1]Lv WH,Cong W,Cai ZL. Improvement of nisin production in pH feed-back controlled,fed-batch culture by Lactococcus lactis subsp. Laois[J]. Biotechnology Letters,2004,26:1713-1716.

[2]王艷,聶志勇,賀瑛,等.超聲波協同復合酶法提取姬松茸多糖[J].天然產物研究與開發,2009,21(5):866-870.

[3]張勝友.新法栽培姬松茸[M].武漢:華中農業大學,2010:2.

[4]張卉,劉長江.姬松茸生理活性物質的研究進展[J].沈陽農業大學學報,2003,34(1):59-62.

[5]趙迎慶,曹新志,熊俐,等. 響應面法在姬松茸液體發酵培養基優化中的應用[J]. 2014,14(4):120-126.

[6]陳志杰,韓永斌,沈昌,等.Plackett-Burman設計在靈芝生長及產胞外多糖主要影響因子篩選中的應用[J].食品科學,2005,26(12):115-117.

[7]朱會霞,孫金旭.Nisin液體發酵工藝條件的響應面分析優化[J].中國乳品工業,2009,37(8):31-34.

[8]郝學財,余曉斌,劉志鈺,等.響應面方法在優化微生物培養基中的應用[J].食品研究與開發,2006,27(1):38-41.

[9]Bailey JE,Ollis DF.Biochemical Engineering Fundamentals[M].New York:McGrawl-Hill Book Company,1996.

[10]肖冬光.微生物工程原理[M].北京:中國輕工業出版社,2004.

[11]Avadhani SK,Zheng ZX,Kalidas S.A mathematical model for the growth kinetics and synthesis of phenolics in oregano shoot cultures inoculated with Pseudomonas species[J].Process Biochem,1999,35:227-235.

[12]Murat E,Ferda M.A kinetic model for actionrhodin production by Streptomyces coelicolor A3(2)[J]. Process Biochem Eng J,2003,14:137-141.

[13]Murata K,Kimura A.Cloning of a glutathione biosynthesis in E.coli B[J].Appl Environ Microbiol,1982,44:1444-1449.

[14]Jong Pil Park,Young Mi Kim,Sang Woo Kim et al.Effect of aeration rate on the mycelial morphology and exo-biopolymer production in cordyceps militaris[J].Process Biochemistry.2002,37:1257-1262.

[15]周帥,唐慶九,楊焱,等.藥用真菌粗多糖蛋白含量測定方法[J].食用菌學報,2010,17(1):72-75.

[16]蔡武成,袁厚積.物物質常用化學分析法[M].北京:科學出版社,1982.

[17]周選圍.姬松茸液體培養基的篩選[J].中國食用菌,2001,20(2):32-34.

[18]張惟杰.糖復合物生化研究技術[M].杭州:浙江大學出版社,1994.

[19]李永泉.發酵工程原理和方法[M].杭州:杭州大學出版社,1995.

Optimization of submerge fermentation conditions ofAgaricusBlazeiMuril and dynamics analysis

CAO Xin-zhi1,ZHAO Ying-qing2,YOU Jian-ming1,LIU Jia1,REN Lin-sheng1

(1.Department of Bioengineering,Sichuan University of Science and Engineering,Zigong 643000,China;2.Shandong Linyi Sike biological technology Co.,LTD,Linyi 276000,China)

The 3 L fermentation tank allocation fermentation research aboutAgaricusBlazeiMuril batch fermentation dynamics was conducted on the basis of shaking flask conditions optimization,the metabolic regulation ofAgaricusBlazeiMurill bacteria growth,extracellular polysaccharide,substrate consumption were described based on Logistic and Luedekingpiret equation. The results showed that the optimum culture conditions were the stirring rate of 152 r/min,ventilation quantity of 0.58 m3/h,inoculation amount of 6%,temperature of 24.6 ℃ and pH at 6.4. Under the optimized conditions,1.420 g/100 mL for dry weight of mycelium,6.955 g/L for the amount of exopolysaccharides were achieved. Bacteria growth and the activity of intracellular polysaccharide generated were synchronous,the dynamic mathematical model and model parameters of describing the batch fermentation process were obtained,at the same time,the validation comparition about experimental data and model parameters were conducted,the model calculation and the experimental results had a good fitting. The active polysaccharide was classified as coupling model and the model could be used to predict the fermentation process.

AgaricusblazeiMurill;submerged cultivation;exopolysaccharides;dynamic analysis

2014-09-02

曹新志(1965-)，男，博士，教授，研究方向：食品生物技術，E-mail:caoxinzhi@163.com。

TS201.1

A

1002-0306(2016)03-0170-08

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.028