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裂褶菌是一种大型食药两用真菌,具有很高的食用和经济价值。裂褶菌多糖(Schizophyllan,SPG)是可从裂褶菌子实体、菌丝体以及发酵液中提取的一种活性多糖,因具有显著的抗癌和免疫调节活性而倍受关注。本论文利用裂褶菌的生长特性,以农副产品资源(小麦麸皮、玉米芯)的增值转化和功能性多糖的获取为目的,重点开展裂褶菌固体发酵培养特性、多糖提取技术以及功能性质等方面的研究。
首先,优化了固体发酵产裂褶菌多糖的发酵培养基。利用单因素实验对影响裂褶菌多糖产率的培养基配比、初始水分含量、无机盐和生长因子等因素进行初步筛选,得出培养基初始水分含量50%、麦麸和玉米芯添加量之比8:2的较优条件;筛选出可促进多糖产生的无机盐、生长因子等四个因子:利用二次旋转正交试验和响应面分析得出α-萘乙酸钠、CaO、MgSO4、VB1四因子的最佳添加量分别为:0.1%、0.5%、0.001%、和0.5%。在此培养基条件下,裂褶菌多糖的产率达到9.83±0.39%(g/100g干基,以下同),比未优化前(6.55±0.29%)提高了50.07%。在此基础上,采用50L的固体发酵罐,对固体发酵产裂褶菌多糖的工艺进行放大。结果显示:固体发酵罐搅拌条件下裂褶菌菌体生长及多糖生成的速率要比静置培养的快,在5d时即达到生长顶峰。
对裂褶菌多糖的固体发酵过程进行了研究,确定裂褶菌菌体生长和多糖的合成属于生长偶联型。基于Logitic方程和Luedeking-Pirct方程建立了裂褶菌固体发酵生成裂褶菌多糖的菌体生长、产物合成和底物消耗的动力学模型,并对模型参数进行了非线性回归。结果显示:裂褶菌多糖的产量与菌体生长速率和底物消耗量均有关系,最大比生长速率为0.7385d-1。模型预测值和实验值有良好的拟合性,菌体生长、多糖合成、底物消耗3条曲线的相关指数(R值)分别为0.9926、0.9916、0.9884,表明所建立动力学模型能够准确定量描述裂褶菌多糖的固态发酵过程。
对于裂褶菌多糖的提取方法和工艺进行了研究,比较了热水、超声以及微波提取三种提取方法。结果显示,微波辅助提取条件下的多糖得率最高,达到12.32±0.27%,比传统热水提取最佳工艺条件下的高出70.6%,比超声辅助提取的高49.2%。所得到微波辅助提取的适宜条件为:微波载液量3.5W/mL,作用时间8min,料水比1:20。
用凝胶渗透色谱与多角度激光光散射联用仪(GPC-MALLS)测定了所提取裂褶菌多糖的分子量。结果表明,热水提取的裂褶菌多糖(以下简称HWES)中含有3个分子量(MW)超过百万级的多糖组分,其中以4.654×107Da组分所占比例最高,达到55.5%;微波提取多糖(以下简称MES)中只含有两种不同分子量的组分,分别为1.265×105 Da和3.823×104 Da,质量百分比分别为60.8%和39.2%。与HWES相比,MES的分子量下降了2~3个数量级。黏度测试结果显示MES的零剪切黏度明显低于HWES;黏弹性测试结果亦可证实MES的平均分子量明显小于HWES,且前者的分散程度较小。由此推论,微波提取除了能够增加多糖的溶出外,还使得大分子的裂褶菌多糖发生了显著降解。
对所提取MES和HWES在化妆品中的应用性能进行了研究。采用单一保湿剂体外实验和人体保湿实验两种方法,与对照品(甘油)和商品多糖(燕麦β-葡聚糖)进行了比较研究。结果显示:在体外保湿实验中,RH62%条件下,24h内保湿性大小顺序为:甘油>MES>HWES>燕麦β-葡聚糖>空白;RH85%条件下,4h内保湿性大小顺序为:甘油>HWES>MES>燕麦β-葡聚糖>空白,4h以后,MES的保湿率大于HWES。人体保湿实验结果显示:裂褶菌多糖的保湿效果优于燕麦β-葡聚糖,MES的综合保湿效果较HWES更好,尤其是使用1h以内的即时锁水保湿性更强。综合评价MES的保湿性能优良,具备开发作为日用化妆品中保湿剂的潜力。