生物發(fā)酵技術在食藥用真菌領域的應用現(xiàn)狀

李盡哲 耿 立 黃雅琴 馬俊義

(1.信陽農(nóng)林學院 生物與制藥工程學院，河南 信陽 464000；2.信陽市食藥用真菌選育與深加工重點實驗室，河南 信陽 464000；3.河南農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟與管理學院，河南 鄭州 450002）

生物發(fā)酵技術興起于20世紀80年代，其核心內(nèi)容是借助大規(guī)模通風發(fā)酵設備，大量地獲得菌絲體或其次級代謝產(chǎn)物。最初主要應用于食品、化工、醫(yī)藥等領域[1]。近年來，隨著綠色循環(huán)經(jīng)濟模式的發(fā)展，食藥用真菌這一傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在生物發(fā)酵技術的驅動下，產(chǎn)業(yè)模式、產(chǎn)業(yè)鏈條、產(chǎn)業(yè)效益等方面均有不同程度的提升。本文主要闡述和分析食藥用真菌發(fā)酵常見品種、常用培養(yǎng)基、基本工藝流程、發(fā)酵工藝流程控制，以及發(fā)酵后應用方向。

1 食藥用真菌發(fā)酵常見品種

近年來，根據(jù)目的產(chǎn)物不同，利用生物發(fā)酵技術生產(chǎn)的食藥用真菌主要分為兩大類：一類是以提升生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期或者降低生產(chǎn)成本為目的，發(fā)酵產(chǎn)物主要作為二級菌種（液體菌種）；另一類是由于子實體生產(chǎn)工藝不夠成熟，生產(chǎn)上必須采用菌絲體發(fā)酵方式，以獲得菌絲體，生產(chǎn)其衍生產(chǎn)品。發(fā)酵常見品種見表1。

表1 食藥用真菌發(fā)酵常見品種

2 食藥用真菌發(fā)酵常用培養(yǎng)基

食藥用真菌生物發(fā)酵主要分為固體發(fā)酵和液體深層發(fā)酵兩種。固體發(fā)酵常用的培養(yǎng)基是以甘蔗渣、麩皮、黃豆餅、麥糠、玉米粒、小麥、大豆等為主要原料，添加蔗糖、石膏等制作而成。這種類型的發(fā)酵在食藥用真菌生物發(fā)酵早期使用較多，其產(chǎn)品開發(fā)受到六神曲等藥物固態(tài)發(fā)酵過程啟發(fā)[2]。液體深層發(fā)酵的主要發(fā)酵過程與抗生素生物發(fā)酵過程較為類似，其培養(yǎng)基主要由碳源、氮源、無機鹽和微量元素、生長因子等組成。其中，碳源主要有糧食類產(chǎn)品（如玉米、馬鈴薯、木薯）淀粉、葡萄糖和糖蜜等；氮源的種類較多，主要有黃豆餅粉、花生餅粉、玉米漿、魚粉、麩皮、酒糟、尿素等。碳氮比是食藥用真菌生物發(fā)酵過程的關鍵因素，不同種類真菌的最適碳氮比各不相同，同一種類在發(fā)酵的不同時期所需碳氮比也有所差異。無機鹽和微量元素主要有磷、鎂、鉀、鐵、硫等，其主要作用是維持食藥用真菌菌絲體的生長、繁殖及細胞內(nèi)相關蛋白的穩(wěn)定性。在生長因子方面，不同食藥用真菌所需的生長因子有差異，主要有維生素類、氨基酸類、生物堿類；玉米漿和麥芽汁提取物中含有多種生長因子類物質(zhì)，常在食藥用真菌的生物發(fā)酵過程中作為生長因子添加物。此外，為使食藥用真菌的菌絲體生長健壯，經(jīng)常按照仿野生的原理，于發(fā)酵培養(yǎng)基中添加天然產(chǎn)物提取物，如在松乳菇的液體深層發(fā)酵過程中添加松樹葉提取物[3]，在桑黃菌的生物發(fā)酵中添加桑葉浸提液[4]。

3 食藥用真菌發(fā)酵基本工藝流程

食藥用真菌的固體發(fā)酵過程相對簡單，其主要工藝流程（圖1）類似于白酒固態(tài)發(fā)酵，不同之處在于菌種制備和后期的菌質(zhì)分離提取。菌種制備，主要采用食藥用真菌的菌種制備過程，由母種、原種到后期的發(fā)酵菌質(zhì)。有些食藥用真菌的固體發(fā)酵需要后熟過程，比如桑黃、牛樟芝菌需有后熟轉色過程，以積累更多藥用有效成分[6]；但有些食藥用真菌的發(fā)酵則不需要后熟，如猴頭菌的固體發(fā)酵，菌絲長滿后即可直接分離提取[5]。獲得菌絲體的后期處理，有的直接烘干粉碎做成初級加工產(chǎn)品，也有的分離提取菌絲體中的有效成分（如多糖、三萜類等）后，制成精深加工產(chǎn)品。

圖1 食藥用真菌固體發(fā)酵工藝流程

圖2 食藥用真菌液體發(fā)酵工藝流程

食藥用真菌的液體發(fā)酵工藝過程（圖2）同抗生素發(fā)酵很相似，主要差異在于發(fā)酵后期的菌絲體處理和分離提取方面。以生產(chǎn)菌種為主的食藥用真菌液體生物發(fā)酵，其最終目標是獲得大量活性強的菌絲體。因此，在發(fā)酵過程中需要控制其菌絲體處于對數(shù)期到穩(wěn)定期的過程，以保證接種后能迅速發(fā)菌。以獲得菌絲體為主的食藥用真菌生物發(fā)酵的最終目標是獲得大量富含藥用成分的菌絲體。其發(fā)酵過程需要考慮菌絲體中有效成分含量等，如香菇液體發(fā)酵過程要考慮菌絲體中香菇多糖含量等[7]。

4 食藥用真菌發(fā)酵過程控制關鍵點

由于食藥用真菌固體發(fā)酵中的可控制因素不多，因此，討論的重點是液體發(fā)酵工藝控制。與傳統(tǒng)抗生素液體發(fā)酵過程相比，食藥用真菌液體發(fā)酵過程控制更加精細，尤其是以生產(chǎn)液體菌種為目的的液體發(fā)酵技術。其具體控制因素主要有溫度、溶氧、酸堿度、泡沫、污染及菌絲狀態(tài)[8]。溫度控制要根據(jù)不同種類的菌絲生長和代謝產(chǎn)物積累的最適溫度進行，一般維持在22～30℃。溶氧控制，常見食藥用真菌的發(fā)酵中無菌空氣的通入量多在0.5～1.0 m3/min，在接種前期，由于菌絲量小，可適當減少無菌空氣的通入量；發(fā)酵中期，加大通氣量，同時適當提高攪拌速率，增大溶氧濃度，以促進菌絲生長；發(fā)酵后期，菌絲生長進入穩(wěn)定期及次級代謝產(chǎn)物合成期，需氧量減少，可以適當?shù)販p少通氣量。值得一提的是，在以獲得大量液體菌種為目的的食藥用真菌發(fā)酵的整個過程中，必須維持充足的通氣量，以保障菌絲體處于強活性狀態(tài)，使之滿足后期的接種發(fā)菌需要。由于如平菇等大多數(shù)食藥用真菌的液體發(fā)酵過程中，培養(yǎng)基的酸堿度會降低，因此需要向其培養(yǎng)基中加入氨水等堿性物質(zhì)，以維持合適的酸堿度，保證菌絲能夠快速生長[9]。在食藥用真菌液體發(fā)酵過程中，使用最多的消泡劑是天然油脂豆油和合成消泡劑聚氧丙烯甘油（泡敵）。由于豆油容易引起培養(yǎng)基酸敗，因此建議選用后者。食藥用真菌液體發(fā)酵的菌絲狀態(tài)控制，主要有4個方面：菌絲形態(tài)、菌絲含量、菌球狀態(tài)、有效成分含量（表2）。

5 食藥用真菌發(fā)酵應用方向

食藥用真菌發(fā)酵后的應用方向主要有4個（圖3）。第一個方向是食品，很多食藥用真菌營養(yǎng)豐富，保健價值突出，被廣泛地開發(fā)成各種飲料、食品等，尤其是一些馴化栽培技術還不夠成熟的種類，如松乳菇、牛肝菌、雞樅菌等[3,10,11]，利用生物發(fā)酵技術獲得大量的菌絲體，進而開發(fā)成各種功能飲料，這是一個重要的應用方向。第二個方向是藥品，食藥用真菌在緩解和治療慢性疾病方面具有顯著功效，因此被廣泛地開發(fā)成藥品。比如：以蛹蟲草菌粉為主料，用于緩解慢性腎病的百靈膠囊[12]；以云芝菌粉為主要原料，用于治療慢性肝炎的云星膠囊[13]。第三個方向是日化產(chǎn)品，主要集中在銀耳、靈芝、茯苓、蟲草等品種，把這類菌絲體提取物添加到日化產(chǎn)品中，發(fā)揮其美白養(yǎng)顏、嫩膚等作用[14]。第四個方向是替代傳統(tǒng)食藥用真菌栽培固體原種，這一應用方向得益于食藥用真菌液體菌種成本低、生長速度快、適合自動化控制、菌絲活力高等優(yōu)點[15]。借助生物發(fā)酵技術生產(chǎn)液體菌種，已經(jīng)在越來越多的食藥用真菌生產(chǎn)領域獲得應用。

表2 食藥用真菌液體發(fā)酵菌絲狀態(tài)控制

圖3 食藥用真菌發(fā)酵后應用方向