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灵芝菌丝体深层发酵工业化生产的研究

   日期:2011-01-12     来源:发酵工业网    作者:发酵网    浏览:2054    评论:0    
  

近 20 年来,现代工业发酵生产技术的发展突飞猛进,人们开始研究利用深层发酵技术来实现大规模生产真菌的产品,如:双孢蘑菇、密环菌、猴头菇菌、冬虫夏草菌、灵芝菌等十多种真菌已开始工业化深层发酵生产。事实证明,利用发酵技术生产真菌,具有容积大、产量高、生产周期短、无任何污染等特点,它已成为医药和保健品、化妆品等原料的重要生产 方 式 。
本 文 主 要 针 对 灵 芝 工 业 化 生 产 研 究 。 灵 芝(Ganoderma lucidum)担子菌纲多孔菌科灵芝属植物。灵芝菌主要成分是灵芝多糖,在我国古代的医药典籍《神农本草经》中,将其列为中药上品,现代医药已经证明,灵芝功效作用可以概括为八个方面:(1)抗血栓形成;(2)增强造血功能;(3)改善高血脂症;(4)防止动脉硬化;(5)调节中枢神经;(6)提高免疫功能、(7)具有抗癌、抑制肿瘤作用,(8) 延缓衰老。由此可见,人类对灵芝的开发利用,将步入一个全新的阶段,药食合壁、中西结合,将使灵芝为人类健康作出新的贡献。
本人经过多年的研究,从深山野生灵芝(赤芝)中分离出灵芝菌丝体菌种,其菌丝体干粉中多糖含量达到70g/kg 以上(野生灵芝中多糖含量为25~30g/kg),它比野生灵芝的多糖含量高两倍以上。经 1m3 种子罐中试以及 20 批 10m3 发酵罐扩大生产,其菌丝体干粉纯多糖含量达到 60g/kg 以上,收率为8kg/m3(与发酵液体积比),发酵生产周期平均为 150h。针对目前人工种植灵芝生产周期长,占地大,产量低,品质不稳定等缺点,本工艺采用生物工程技术(深层发酵法)进行工业化生产,有生产周期短,占地少,产量高,品质稳定,多糖率高等特点。本人认为这是一条值得推广的新工艺。
1 材料与方法
1.1 灵芝菌种   自制。
1.2 原材料
1.2.1 主要原料
  玉米粉、豆粕粉、葡萄糖、酵母
1.2.2 生长因子    维生素B1。
1.2.3 矿质元素    磷酸二氢钾、硫酸镁。
1.2.4 其它物质    豆油。
1.3 主要设备
1.3.1
二级种子罐 2 台,容积 1m3,定容 0.7m3,4 叶一档搅拌,转速 90r/min。
1.3.2
发酵罐 2 台,容积 10m3,定容 7.5m3,4 平一档搅拌,转速 90r/min。进风口采用环型分布器。
1.3.3
外环循蒸发器2 台,蒸发量为500kg/h。
1.3.4
均质机 1 台。
1.3.5
高速离心喷雾干燥机 1 台,蒸发量为 10kg/h。
1.4 培养基配方和控制条件
1.4.1 二级种子罐和发酵罐配方 
  玉米粉2%,豆粕粉1.2%,葡萄糖 1.5%,酵母膏 0.2%,磷酸二氢钾 0.12%,硫酸镁0.04%,豆油0.2%,维生素 B1 50mg/L,pH 值自 然 。
1.4.2
二级种子罐和发酵罐控制条件
1.4.2.1 培养基灭菌  
  罐内空消,蒸汽压力为1.5kg/cm2。罐内实消,夹层加热至100℃,直接加热至120℃,蒸汽压力为1kg/cm2,保温 30min。
1.4.2.2 培养条件 
  罐内空气压力为0.4~0.5kg/cm2温度为(27 ±1)℃,通风量为:0.3~0.5(m3/m3·s)。
1.4.2.3 二级种子质量指标  
  种龄为44h;pH值从6.0降至 3.5;镜检菌丝体长分枝,菌丝壁上易见“芽头与锁状联合”,无杂菌;培养基的菌丝体湿净重为 1 0 ~15g/100ml,气味清香,菌丝体球多,稍粘稠。
1.4.2.4 发酵罐终止质量指标
  生产周期为 150h;pH值从 6.5降至 3.5;镜检菌丝壁上无明显“芽头与锁状联合”,并有少量菌丝体自溶,无杂菌;发酵液的菌丝体湿净重为73~81g/100ml。
1.4.2.5 外环循蒸发器控制条件  
  蒸发温度为70℃,真空度为0.08MPa 以上。
1.4.2.6 均质控制条件 
  要求压力150MPa。1.4.2.7 喷雾干燥控制条件     进风温度为150℃,出风温度为 80~90℃。干粉含水量少于 9% 以下。
1.5 主要工艺流程
斜面菌种→一级摇床种子→二级种子罐菌种
                                              
浓缩液均质←外环循蒸发器浓缩←发酵罐扩大培养
         ↓
高速离心喷雾干燥机干燥→灵芝菌丝体干粉→成品
2 结果与讨论
2.1 二级种子单罐生产情况
从二级种子单罐的批报上分析:(1)种龄为44h;(2)pH 值从 6.0 降至3.5;(3)镜检:菌丝体长分枝,菌丝上易见“芽头与锁状联合”,无杂菌;(4)培养基的菌丝体湿净重达到13.2g/100ml,(5)气味清香,菌丝体球多,稍沾稠。整个批报数据符合二级种子生产工艺要求。


2.2 发酵单罐生产情况
从发酵单罐的批报上分析:(1)生产周期为150h;(2)pH值从6.5降至3.4;(3)镜检:菌丝壁上无明显“芽头与锁状联合”,并有少量菌丝体自溶,无杂菌;( 4 ) 发酵液的菌丝体湿净重为77g/100ml。(5)放罐后培养基体积为 7.5m3,经均质和喷雾干燥后菌丝体干粉重量为65kg,干粉收率为8.67kg/m3,干粉中纯多糖含量为65g/kg,纯多糖重量为4.225kg。


2.3 连续 20 批中选择有代表性的 10 批发酵生产情况
从表 3中 10 批发酵生产情况可知:生产周期平均为150h;pH 值从 6.5 降至 3.5;放罐后灵芝菌丝体经均质和喷雾干燥后其干粉平均每罐重量为 66.1kg,干粉平均收率为8.76kg/m3,干粉中纯多糖含量为68.5g/kg,每罐纯多糖重量为4.225kg。镜检菌丝壁上无明显“芽头与锁状联合”,并有少量菌丝体自溶,无杂菌。实践证明本工艺方案是成功的,是值得推广的新工艺。


3 发酵工艺条件结果分析
3.1 接种量   
 接种量是整个发酵关健所在,本工艺始终保持在接种量 1 0 % 。它大大提高了设备的利用率,降低了发酵周期,减少了杂菌污染机会。
3.2 营养条件的控制
3.2.1 碳源  
  本工艺主要采用玉米粉、豆粕粉、葡萄糖,实际生产证明总糖不能超过 3.5%,特别是还原糖(葡萄糖)的用量不能超过 3%,否则由于浓度过高而溶液渗透压过高,菌丝体中的水份会被吸到溶液中去,造成细胞脱水死亡。一般我们选择总糖量在 3% 左右,还原糖控制在 1.5% 左右。
3.2.2 氮源  
  氮源是灵芝菌丝体主要物质,氮源过少会导致菌丝体生命力较弱,出现菌丝体提前自溶。本工艺除玉米粉、豆粕粉中带入的氮源外,再采用酵母膏补充氮源,实践证明培养基中玉米粉2%,豆粕粉1.2%,葡萄糖 1.5%,酵母膏 0.2%,碳氮比是最佳的。3.2.3 生长因子用量的控制  
  灵芝菌丝体生长中需要一定量维生素类物质,特别是维生素 B ,它在灵芝生长过程中不能自己合成,必需从外界补充。实践证明在培养基中加入维生素 B1 50mg/L(培养基),能促使菌丝体生长粗状。
3.2. 矿质元素用量的控制  
  灵芝菌丝体生长需要矿质元 素 , 如 铁 、 镁 、 磷 、 钾 、 钠 、 铜 、 锰 、 钼 、铬等。这些元素只有磷是灵芝细胞核的一种主要成分,钾和镁是灵芝生长过程中辅酶主要的激活剂,其它矿质元素需要量甚微,大多数培养基中都有,实践证明只要加入磷酸二氢钾 0.12%,硫酸镁0.04% 就能达到灵芝菌丝体的生长要求。
3.2.5 温度的控制   
  温度是菌丝体中酶反应的必须条件,在高温条件下酶反应快,菌丝体生长也快,但菌丝体容易衰老,不易积蓄多糖。在低温条件下,各种酶反应不协调,菌丝体也就停止生长。实践证明本菌种最佳生长温度为(27 ± 1)℃。
3.2.6 溶解氧的控制 
  无菌的氧气也是灵芝生长必备的条件,菌丝体深层发酵过程中氧气过多过少都会影响菌丝体生长。而培养基中溶解氧与通风量、罐压、搅拌的转速有关。通风量过大,易导致菌丝体衰老,并增加杂菌带入的机会;罐压过高,二氧化碳的含量增加,抑制灵芝菌丝体生长;搅拌的转速过快,导致菌丝体纤维组织损坏,培养基的稠密度增加,影响氧气在培养基中的溶解度。实践证明:通风量在1:0.3~0.5m3/m3·h,罐压0.5kg/cm2,转速90r/min 左右,灵芝菌丝体生
长条件最佳。
3.2.7 pH值的控制 
  灵芝菌丝体生长过程中要求培养基呈微酸性状态,即 pH 值为 5.5~6.5 为最佳。当 pH值低于 3.5 时,菌丝体就停止生长,并产生自溶现象。实际生产过程中培养基采用自然状态时,即pH 为5.5~6.5。当菌丝体的pH 值降到3.5时,其灵芝菌丝体中多糖含量已达到设计要求,故培养基中不再加入酸碱缓冲剂。
4 结  论
经过20 批容积为10m3,定容为7.5m3 发酵罐正常试验,生产周期平均为150h; pH 值从 6.5 降至3.5;放
罐后灵芝菌丝体经均质和喷雾干燥后其干粉平均每罐重量为 66.1kg,干粉平均收率为8.76kg/m3,干粉中纯多糖含量为68.5g/kg,每罐纯多糖重量为4.225kg。镜菌丝壁上无明显“芽头与锁状联合”,并有少量菌丝体自溶,无杂菌。试验证明本工艺方案是成功的,值得推广的新工艺。

 
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