樟芝深层液体发酵工艺及其多糖特性的研究

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樟芝(Antrodia camphorata)是新近发现的一种食药用真菌,因为其子实体具有的生物活性作用,引起广泛的关注;出于对保护环境、自然资源匮乏和子实体栽培技术尚未成功等因素的考虑,近年来,樟芝菌丝体深层发酵培养的研究进展迅速。多糖是樟芝中主要的生物活性因子,对樟芝深层发酵营养保健产品研究和开发有着重要的意义。本文研究内容包括樟芝深层发酵生物学特性、樟芝多糖和菌丝体产量为指标的最佳培养基配方的筛选、樟芝发酵工艺、樟芝菌丝体多糖提取工艺、樟芝深层发酵菌丝体营养成分分析,以及樟芝菌丝体多糖的理化特性、功能学特性等品质学性质的研究,并在此基础上开发出樟芝菌丝体多糖口服液。主要研究结果如下:(1)樟芝菌株鉴定rDNA序列分析樟芝菌株rDNA的ITS序列在NCBI上BLAST,进行同源性比对达99%以上,可判断所用菌株确实为樟芝菌株Antrodia camphorata。(2)樟芝菌丝体深层发酵生物学特性的研究十五种碳源对比实验结果表明:采用天然多糖类物质(米粉、面粉、玉米粉、甘薯粉、木薯粉)为培养基碳源,其樟芝菌丝体产量,明显高于双糖和单糖(麦芽糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、木糖、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖),也高于化学制剂多糖(可溶性淀粉、微晶纤维素)。三类氮源,对樟芝菌丝体产量的影响结果显示:有机氮高于铵态氮,铵态氮高于硝态氮。即有机氮(黄豆粉>玉米粉>蛋白胨)>铵态氮(酒石酸铵>氯化铵>磷酸氢二铵>硫酸铵)>硝态氮,樟芝不能利用硝态氮。樟芝菌丝生长最适合的碳氮比(C/N)为50:1~100:1;常量元素钠离子和镁离子对樟芝菌丝生长并不是必需的;钙、硫、磷、钾离子是樟芝菌丝生长所必需的,缺乏钾离子将显著地影响菌丝生长。微量元素Co对菌丝生长有抑制作用;分别添加6种维生素(生物素、核黄素、硫胺素、尼克酸、叶酸、抗坏血酸)对樟芝菌丝生长没有显著影响;樟芝菌丝适于酸性和中性条件下生长,pH4-8之间菌丝生长速度差异不显著,都生长较好;pH9以上菌丝不能生长;光照与黑暗下樟芝菌丝的生长没有显著差异。(3)樟芝菌丝体深层发酵培养基配方和发酵动力学的研究以樟芝菌丝体含量和樟芝多糖含量作为指标,采用L27(313)五因素三水平的正交设计,确定樟芝菌的深层发酵最佳的发酵培养基配方为:马铃薯20%+(黄豆粉0.5%+玉米粉0.5%)+(酵母膏0.15%+蛋白胨0.15%)+麸皮0.2%+(KH2PO40.05%+MgSO40.035%)。以樟芝菌丝体含量和樟芝多糖含量作为指标,采用U12(1212)三因素四水平的均匀设计,确定最佳的发酵参数:接种量为15%(V/V),种子菌龄为8d,培养温度为26℃。同时获得樟芝菌丝体干重为11克/升发酵液。通过发酵动力学的研究,掌握了樟芝发酵过程各项指标的变化规律:发酵4天以后,菌丝开始快速生长,氨态氮水平降低。在发酵后的第16天,菌丝生长到达了稳定期,之后有些老菌丝开始自溶,使氨态氮又有所回升。这一转折点作为菌丝对数生长转入稳定期的标志。(4)樟芝多糖提取工艺研究樟芝菌丝体中粗脂肪含量为11.61%(m/m),其中饱和脂肪酸占12.6%(v/v),不饱和脂肪酸占87.4%(v/v);樟芝菌丝体中粗蛋白含量为34.20%(m/m),总氨基酸含量为270.68mg/kg (m/m),达FAO标准的26.6倍,含有人体所需的8种必需氨基酸;樟芝菌丝体含常量元素K、Na、P、Ca、Mg和多种人体所需的微量元素Fe、Zn/ Mn、Cu、Mo、Cr、Se、Sr等;樟芝菌丝体中麦角甾醇的含量为19.55mg/g (m/m),总三萜的含量为2.81mg/g (m/m)。樟芝菌丝浸提的次数为2次时,可提取其中多糖的94%;利用超低温冷冻方法处理(冻融破壁作用)对樟芝多糖的提取具有很好的效果,其它方法处理的效果(超声波处理、液氮处理、冷冻干燥处理等)都比对照菌丝干燥法有不同程度的提高。利用响应面法优化樟芝多糖提取工艺和条件。建立了樟芝多糖提取方法的二次多项数学模型,验证了模型的有效性,并探讨了温度、时间、水料比三个因子的交互作用及其最佳水平范围,优化出樟芝多糖提取的外界条件为:温度120℃,时间110.4min,水料比.1:1.89。(5)樟芝菌丝体、发酵液多糖性质的研究对樟芝菌丝体提取液、樟芝发酵液在不同乙醇浓度下沉淀得到的多糖的理化性质、红外光谱和凝胶色谱特征等进行研究,结果显示:樟芝菌丝体多糖为棕褐色蓬松粉末,质轻,无特殊气味,易溶于水,不溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂,其比旋光度为48.31;樟芝菌丝体多糖与苯酚-硫酸试剂反应呈红色,与蒽酮试剂反应呈蓝绿色,与间苯二酚试剂反应呈紫红色,与KI-12不显色。红外光谱测定表明,不同乙醇浓度梯度沉淀的樟芝菌丝体、发酵液多糖具有多糖的特征吸收,并且其糖环为吡喃环。分步沉淀的樟芝菌丝体、发酵液多糖经高效液相色谱GPC柱分离各得到3-4个峰,计算得各组分的数均分子量和重均分子量。不同浓度乙醇沉淀处理对樟芝菌丝体、发酵液多糖分子量的影响表现在低浓度(65%)乙醇沉淀出较大分子量的多糖组分,而高浓度(75%、85%)乙醇沉淀出较小分子量的多糖组分。较高浓度乙醇沉淀的多糖,不管是樟芝发酵液多糖还是樟芝菌丝体多糖,体外试验表明都具有较高的清除超氧自由基的活性。樟芝菌丝体多糖ACP1和樟芝发酵液多糖ACP2的多糖含量分别为31.76%和38.09%,樟芝菌丝体多糖、发酵液多糖的提取率分别为1.59%和4.89%。樟芝菌丝体多糖ACP1和樟芝发酵液多糖ACP2的特性粘度[η]为1.982和.1.657。樟芝菌丝体多糖ACP1和樟芝发酵液多糖ACP2经高效液相色谱GPC柱分离后,各得到三个峰,高效液相色谱测定证明樟芝菌丝体、发酵液多糖中已完全除去蛋白质和小分子还原糖,因此,凝胶色谱图之间的色谱峰为大分子多糖。采用GPC软件计算样品各组分的数均分子量和重均分子量。樟芝菌丝体多糖ACP1和樟芝发酵液多糖ACP2为灰白色疏松纤维状粉末,红外光谱图及谱峰归属分析得出两种多糖样品均具有多个多糖特征吸收峰。樟芝菌丝体多糖ACP1和樟芝发酵液多糖ACP2的浓度达3g/L时,超氧自由基的清除率分别达到74.8%和76.9%。ACP1和ACP2经凝胶葡聚糖sephadexG-200柱层析分别洗脱出的精多糖单一主峰ACP1-1和ACP2-1,其超氧自由基的清除率分别达到54.7%和61.6%,说明樟芝菌丝体多糖和发酵液多糖具有较强的体外抗氧化能力。(6)樟芝菌丝体、发酵液多糖生物活性的研究樟芝菌丝体多糖和发酵液多糖对小鼠宫颈癌U14有显著抑制作用,其肿瘤抑制率分别为44.7%和77.2%,樟芝发酵液多糖的抑制率显著高于樟芝菌丝体多糖的抑制率。选择樟芝菌丝体多糖(胞内ACP1)和樟芝发酵液多糖(胞外ACP2)的低、中、高剂量组,分别为100、400、1600mg/kgBW三个剂量,连续灌胃30天,进行小鼠免疫功能试验。试验结果说明樟芝菌丝体多糖和樟芝发酵液多糖(ACP1、ACP2)对小鼠的细胞免疫、体液免疫、单核-巨噬细胞功能、NK细胞活性四个方面均有增强作用,且有剂量效应关系;樟芝发酵液多糖这四个方面的免疫功能都高于樟芝菌丝体多糖。(7)樟芝多糖口服液的研制以感官评价分数作为评定指标,采用正交实验设计,优化樟芝发酵多糖口服液的制备工艺。口服液中添加混合糖9.5%(白糖5%+果葡糖浆4.5%)、柠檬酸0.06%、黄原胶0.04%、乙基麦芽酚0.006%时,樟芝多糖口服液感官评价分最高,达92分。樟芝发酵多糖口服液中多糖含量达3.3g/100mL。
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