灰樹花(Grifola frondosa)的誘變及新菌株液態(tài)發(fā)酵不加或加硒米糠麩皮全料的研究.pdf

1、中國是一個盛產(chǎn)水稻和小麥的農(nóng)業(yè)大國，每年加工稻米和小麥面粉副產(chǎn)米糠超過1000萬噸、麩皮超過3000萬噸。尋求新的高效高值化深加工米糠和麩皮的新技術，對提升中國農(nóng)業(yè)及相關企業(yè)的競爭力具有重要意義?；覙浠ㄊ且环N藥食兩用真菌，富含多種營養(yǎng)物質，具有多種生理活性功能，如增強免疫力、輔助抗腫瘤治療、護肝等?；覙浠ǖ母鞣N酶可降解米糠和麩皮。液態(tài)發(fā)酵是一種快速、可工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)技術。為高效高值化轉化利用米糠和麩皮，本文的研究主題是利用灰樹花誘變新

2、菌株液態(tài)發(fā)酵不加或加硒米糠和麩皮全料獲得所需產(chǎn)物，如灰樹花菌絲體、菌絲多糖、富硒菌絲和富硒多糖等產(chǎn)物，涉及菌株誘變、發(fā)酵工藝、發(fā)酵動力學、富硒發(fā)酵工藝、富硒發(fā)酵動力學等新問題，具體研究內容和結果如下所述。
　　(1)針對已有灰樹花菌株Grifolafrondosa CCTCC M2011113，進行紫外或微波誘變改良，以求獲得能更好降解米糠和麩皮的灰樹花新菌株。分別經(jīng)過連續(xù)10批誘變處理和培養(yǎng)皿培養(yǎng)初篩、復篩及搖瓶發(fā)酵篩選，得到紫

3、外誘變新菌株Grifola frondosa JSULIU-D1和微波誘變新菌株Grifola frondosa JSULIU-D2各一株。在100mL米糠和麩皮培養(yǎng)基中液體發(fā)酵，Grifola frondosa JSULIU-D1和Grifola frondosaJSULIU-D2的菌絲原料混合物干重分別為1.7g和1.6g，菌絲混合物多糖分別為110mg和135mg，兩新菌株生長速度快，達到1.02mm/h，菌絲混合多糖較Grifo

4、lafrondosa CCTCC M2011113分別提高20％和50％，但紫外誘變新菌株發(fā)酵原料較徹底，相對較優(yōu)。
　　(2)對Grifola frondosa JSULIU-D1的發(fā)酵工藝進行了研究，包括10個單因素影響試驗，培養(yǎng)基均勻設計試驗，10L、50L和500L罐放大試驗。
　　單因素及水平范圍為轉速60～210r/min、溫度16～36℃、米糠濃度20～100g/L、麩皮濃度20～100g/L、磷酸二氫鉀濃度0

5、～3.6g/L、七水硫酸鎂濃度0～3.6 g/L、接種量4～20％、發(fā)酵醪pH3～11、250mL錐形瓶裝50～200mL、發(fā)酵時間2～12 d。6個研究指標為分離出的菌絲干重、殘渣干重、干物質失重、菌絲多糖重量、胞外糖重量和酵后總糖重量。測出了60條指標變化曲線，并對各因素對發(fā)酵的影響規(guī)律進行了分析，為發(fā)酵工藝的選擇提供了試驗和理論依據(jù)。
　　采用U15(54)設計表，對培養(yǎng)基進行初步的均勻設計U15(54)試驗研究，米糠濃度1

6、0～50g/L、麩皮濃度10～30g/L、磷酸二氫鉀濃度0～3.6g/L、七水硫酸鎂濃度0～1.6g/L，試驗指標為殘留原料的菌絲原料混合物干重、干物質失重、菌絲原料混合多糖重量、胞外糖量重、總糖重量，得到5個指標的模型方程，并由此分析出本研究階段所得的優(yōu)化培養(yǎng)基組成為:米糠50g/L、麩皮30g/L、七水硫酸鎂0.8g/L。其它較為合理的工藝條件為:裝樣體積分率40％， pH自然，接種量10％，轉速150r/min，溫度28℃，發(fā)酵時

7、間9d。發(fā)酵結果為:菌絲原料混合干重濃度30.9 g/L，干物質失重濃度25.5g/L，菌絲原料混合多糖濃度0.9g/L，胞外多糖濃度2.91g/L，總多糖濃度3.81 g/L。
　　實現(xiàn)10L、50L和500L發(fā)酵罐的放大試驗，得到各次試驗的投料和產(chǎn)物的概要表。500L罐的放大試驗采用的培養(yǎng)基組成為米糠74.34g/L、麩皮9.66g/L、磷酸二氫鉀3.6g/L、七水硫酸鎂濃度3.6g/L，以1m3原始發(fā)酵醪為基準，獲得17.0

8、kg絕干菌絲混合物，11.0kg胞外物質。
　　(3)采用U24(245)設計表，對100mL初始培養(yǎng)基中的米糠重量、麩皮重量、磷酸二氫鉀重量、七水硫酸鎂重量及時間5個因素和對應的水平進行均勻設計試驗，以純菌絲干重為指標，求得Grifola frondosa JSULIU-D1液態(tài)發(fā)酵米糠和麩皮全料經(jīng)驗動力學模型方程。根據(jù)經(jīng)驗模型方程求得本研究階段的菌絲干重濃度為指標的最優(yōu)發(fā)酵工藝為:培養(yǎng)基組成為米糠48.0 g/L、麩皮34.4

9、g/L、磷酸二氫鉀3.6 g/L、七水硫酸鎂1.8g/L，接種量10mL，100mL發(fā)酵醪裝樣于250mL錐形瓶，發(fā)酵溫度28℃，搖床轉速150r/min，發(fā)酵時間為5.44d，菌絲干重濃度為23.47±1.32g/L。
　　(4)采用U20(204)設計表，根據(jù)(3)的菌絲生長經(jīng)驗動力學模型方程，預測了100mL初始培養(yǎng)基組成的均勻設計20組試驗的不同時間的菌絲生長重量，并據(jù)此求出了理論動力學Logistic型模型方程及模型參數(shù)

10、μm和Cmax與米糠重量、麩皮重量、磷酸二氫鉀重量、七水硫酸鎂重量的回歸關系式。
　　(5)采用U24(245)設計表，對100mL初始培養(yǎng)基的米糠重量（1L醪的麩皮濃度對應為86.25-米糠濃度）、加硒重量、磷酸二氫鉀重量、七水硫酸鎂重量及時間5個因素和對應的水平進行了均勻設計試驗，分別測出了分離出的菌絲干重、殘渣干重、干物質失重、菌絲多糖重量、胞外多糖重量、總多糖重量、菌絲硒重、單位菌絲重的硒重及硒的轉化率等9個指標對應的數(shù)值

11、，并分別以菌絲干重、菌絲多糖重量、胞外多糖重量、菌絲硒重為指標，求取得到Grifolafrondosa JSULIU-D1液態(tài)發(fā)酵加硒米糠和麩皮全料的相應的經(jīng)驗動力學模型方程，根據(jù)以上方程求解的結果，推薦的較優(yōu)工藝是:米糠86.25g/L（可用低于25％的麩皮替代部分米糠）、麩皮0g/L、硒0.319mg/L、鉀鹽0.15g/L、鎂鹽0.15g/L，時間9d，所得菌絲干重濃度為35.44 g/L，菌絲多糖可達1.931g/L，菌絲硒濃度

12、為1.546mg/L，胞外多糖為2.43g/L。其它工藝條件為250 mL錐形燒瓶裝樣100 mL，接種量為10mL，發(fā)酵溫度28℃，搖床轉速150r/min。
　　(6) Grifola frondosa JSULIU-D1液態(tài)發(fā)酵加硒米糠和麩皮全料時，并且在250 mL錐形燒瓶中接種10mL，裝樣100 mL，發(fā)酵溫度28℃，搖床轉速150r/min不變，四個主要指標的最高濃度和條件分別為:菌絲干重濃度最高可達42.48 g/

13、L，其中菌絲硒為1.54mg/L，對應于米糠86.25 g/L、麩皮0g/L、硒0.319mg/L、磷酸二氫鉀3.6g/L、七水硫酸鎂3.6g/L，時間為8.93d;菌絲多糖濃度最高可達2.655g/L，對應于米糠86.25 g/L、麩皮0g/L、硒5.182mg/L、磷酸二氫鉀0.15g/L、七水硫酸鎂0.15g/L，時間為6.11d;胞外多糖最高可達9.231 g/L，對應于米糠0g/L、麩皮86.25 g/L、硒7.65mg/L、

14、磷酸二氫鉀0.15g/L、七水硫酸鎂3.6g/L，時間為12d;菌絲硒濃度最高可達3.995mg/L，對應于米糠86.25g/L、麩皮0g/L、硒7.65mg/L、磷酸二氫鉀0.15g/L、七水硫酸鎂0.15g/L，時間為12d。
　　(7)采用U20(204)設計表，根據(jù)(5)的富硒時的菌絲生長經(jīng)驗動力學模型方程，預測了100mL初始培養(yǎng)基的成分均勻設計20組試驗不同時間的菌絲生長重量，并據(jù)此求出富硒時的菌絲干重的理論動力學Lo

15、gistic型模型方程及其模型參數(shù)μm和Cmax與米糠重量（包括麩皮重量）、加硒重量、磷酸二氫鉀重量、七水硫酸鎂重量的回歸關系式。
　　(8)采用納米粉碎技術對凍干菌絲進行粉碎，用掃描電子顯微鏡(SEM)分析表征證明可以達到100％的破壁效果，為直接使用菌粉提供了依據(jù);對菌絲中的硒及重金屬Pb、Hg、 Cd采用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)進行了分析，所測重金屬殘留基本合格，開發(fā)產(chǎn)品應注意控制原料;對產(chǎn)物的游離氨基酸采用氨