培养基优化提高灰树花胞内多糖产量的研究
2014-07-02易明花等
易明花等
摘要:采用正交试验研究了碳源、氮源、无机盐对灰树花胞内多糖产量的影响。结果表明,灰树花胞内多糖最适的培养基配方为玉米粉的添加量为2.0%,黄豆粉的添加量为0.3%,KH2PO4的添加量为0.15%,此条件下胞内多糖产量为13.036 mg/100 mL,较优化前提高了121.7%。
关键词:灰树花(Grifola frondosa);胞内多糖;碳源;氮源;无机盐
中图分类号:TQ461 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2014)06-1378-04
Effects of Culture Medium Conditions on Intracellular Polysaccharides of
Grifola frondosa
YI Ming-hua1,WU Xiao-yan2,GUO Xun-jing2,CHEN Bi2
(Department of Life Science, Yuanpei College, Shaoxing University,
Shaoxing 312000, Zhejiang, China)
Abstract: The effects of carbon source, nitrogen source, inorganic salts on the production of intracellular polysaccharide of Grifola frondosa were studied by orthogonal test. The results showed that the optimal culture medium contained 2.0% corn powder, 0.3% soybean powder and 0.15% KH2PO4. Under this condition, the yield of intracellular polysaccharides was 13.036 mg/100 mL, 121.7% higher than that before optimization.
Key words: Grifola frondosa; intracellular polysaccharide; carbon source; nitrogen source; inorganic salts
灰树花(Grifola frondosa)是多孔菌属的一种大型真菌, 别称贝叶多孔菌、栗子蘑、佛菌、重菇等。研究表明,灰树花多糖已被证实是一种具有调节免疫力、抗肿瘤、治疗糖尿病、降低血药血脂等多种功效真菌多糖[1,2]。目前市场上开发有灰树花多糖产品,多数是从灰树花子实体里提取的,由于灰树花子实体的生长周期长,因此灰树花多糖及其制品的开发和推广受到一定的限制。
本研究从浙江省庆元县获得一株长势较好的灰树花菌株,试图采用液体发酵的方法,通过优化其生长所需要的培养基来促进灰树花多糖的产量。关于灰树花液体发酵产多糖的研究近年来的报道很多,多集中在胞外多糖的研究,而胞外多糖的测定受培养基添加组分的影响较大。因此本研究主要研究培养基组分对灰树花胞内多糖产量的影响。
1 材料与方法
1.1 材料
灰树花菌种引自浙江省庆元县食用菌科研中心;牛肉膏,蛋白胨,葡萄糖,维生素B1,KH2PO4,MgSO4等均为分析纯;土豆、玉米粉、黄豆粉为市售。
1.2 培养基
斜面和平板培养基:去皮马铃薯200 g,葡萄糖20 g,琼脂20 g,加去离子水至1 000 mL,pH 自然。
种子培养基[3]:去皮马铃薯200 g,葡糖糖20 g,蛋白胨2 g,KH2PO4 2 g,MgSO4 1 g,维生素B1 10 mg,加水至1 000 mL,pH自然。
基础发酵培养基[3]:葡萄糖22 g,蛋白胨3 g,KH2PO4 0.8 g,维生素B1 0.12 g,加去离子水至1 000 mL,pH自然。
1.3 试验方法
1.3.1 菌种活化 从保藏菌种的试管中挖取黄豆大小长有菌丝体的培养基1块,转接在平板培养基上,25 ℃恒温培养7 d,待菌丝体长出后,立即接种或贮存于4 ℃冰箱备用。
1.3.2 种子培养 参照文献[4]在三角瓶中装入液体培养基50 mL,从平板培养基上挖取黄豆大小已活化的菌丝体10块接入三角瓶中,130 r/min,25 ℃恒温培养5 d。 在接入发酵培养基前,采用镜检与斜面培养法结合检查菌种是否染菌,无杂菌污染方可使用。
1.3.3 胞内多糖的提取及测定
1)菌丝生物量的测定。取50 mL发酵液3 000 r/min离心20 min,去除上清液,沉淀55 ℃烘干,用分析天平称重,得菌丝生物量[5]。
2)胞内多糖的提取。微波辅助热水浸提法[6-8]。将培养好的菌液经4层纱布过滤后得菌丝体,蒸馏水冲洗干净后,置于干燥箱中70 ℃烘干至恒重,取干菌丝体粉末2 g,按料液比1∶40(g∶mL)加入蒸馏水,置于微波炉中,750 W加热10 min,放入沸水浴中30 min,1 000 r/min离心取上清液即为胞内多糖水溶液。
3)胞内多糖的测定。采用苯酚-硫酸法[9,10]。最大吸收波长的选择:吸取0.1 mg/mL葡萄糖标准品溶液0.6 mL,加去离子水至1 mL,在冰水浴中加入5%苯酚水溶液0.5 mL、浓硫酸5 mL,混匀,沸水浴2 min,冷水浴冷却,于400~600 nm扫描。
4)标准曲线制作。分别吸取0.1 mg/mL葡萄糖标准品溶液0.2、0.5、0.8、1.1、1.4、1.7 mL各3份,按最大吸收波长下方法测定,以浓度为横坐标,以吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。
1.4 单因素试验
在三角瓶中装入液体基础发酵培养基100 mL,10% 种子液接种,130 r/min,25 ℃恒温发酵10 d。研究不同碳源、氮源、无机盐对灰树花胞内多糖产量的影响[11,12]。
1.5 正交试验
在分析灰树花发酵单因素碳源、氮源、无机盐的基础上,选择玉米粉为碳源、黄豆粉为氮源、KH2PO4为无机盐,设计正交试验L9(34),因素与水平见表1。
2 结果与分析
2.1 标准曲线制作
通过对最大吸收波长的选择得出,最大吸收波长为485 nm处。根据葡萄糖浓度和最大吸收波长下的吸光度标准曲线绘制如图。由标准曲线得回归方程为Y=0.004 8x+0.145 9,R2=0.999 1,表明葡萄糖浓度在20~170 μg/mL范围内与吸光度呈线性关系。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 碳源及其添加量对灰树花胞内多糖产量的影响 在250 mL的三角瓶中,装入100 mL去葡萄糖的发酵培养基,分别添加浓度为2%葡萄糖、蔗糖、乳糖、淀粉及玉米粉。120 r/min,28 ℃恒温发酵10 d,每组重复3次。测定发酵液中菌丝、胞内多糖的产量(图2)。由图2可知,单糖、双糖和多糖都能促进灰树花的生长,多糖的效果优于单糖和双糖,其中多糖中玉米粉对灰树花的生长促进作用优于淀粉。在玉米粉添加的发酵瓶中,明显发现菌丝球较多、直径也较大,这可能是由于玉米粉中除淀粉外,还含有维生素等微量元素。
由图3可知,随着玉米粉的浓度上升,灰树花胞内多糖产量呈上升的趋势。当玉米粉的浓度为2.0%时,灰树花的菌丝和胞内多糖的产量均达到最高。随着玉米粉浓度的继续增加菌丝、胞内多糖的产量反倒下降,这可能是玉米粉的浓度太大抑制了代谢的正向进行。研究中还发现,较高的玉米粉浓度,容易导致菌丝直径过大,不利于发酵的进行。因此选择玉米粉的最适合浓度为2.0%。
2.2.2 氮源及其添加量对灰树花胞内多糖产量的影响 在250 mL的三角瓶中,装入100 mL去蛋白胨的发酵培养基,分别添加浓度为0.3%的牛肉膏、蛋白胨、大豆粉、硝酸铵、氯化铵。120 r/min,28 ℃恒温摇床发酵10 d,每组重复3次。由图4可知,灰树花对有机氮源的利用明显优于无机氮源;在有机氮源中,大豆粉的效果最为明显。这可能是由于大豆粉不仅能提供灰树花生长的优质蛋白质,同时还能提供丰富的纤维、脂肪酸和维生素,而这些物质为灰树花胞内多糖的积累提供了重要的营养基础。因此选择大豆粉作为最佳的氮源,同时考虑其浓度对灰树花胞内多糖和菌丝生物量的影响。
由图5可知,随着大豆粉浓度的增加,灰树花菌丝和胞内多糖产量都呈上升的趋势,当大豆粉浓度为0.3%时,灰树花菌丝和胞内多糖产量均达到最高。随着大豆粉浓度的继续上升,反而抑制了灰树花菌丝的生长和胞内多糖的积累。
2.2.3 无机盐及其添加量对灰树花胞内多糖产量的影响 无机盐能提供微生物细胞生长和代谢过程中所需要的除氮源、碳源以外的重要营养素,同时也是微生物酶系的重要激活因素。本试验分别以浓度为0.1%的CaCl2、MgSO4、ZnSO4、FeSO4、KH2PO4 5种无机盐接种于基础发酵培养基内,空白对照不添加,每组重复3次。120 r/min,28 ℃恒温摇床培养10 d,测定灰树花菌丝和胞内多糖的产量,结果见图6。由图6可知,Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、K+等离子对灰树花菌丝体的生长及胞内多糖的积累有一定的促进作用,其中KH2PO4和MgSO4的影响更为明显,考虑到KH2PO4既是灰树花菌株体内酶的激活因素,H2PO4-又是细胞膜生长的有效成分,同时较MgSO4有更好的溶解性,因此在灰树花的液体发酵过程中选择KH2PO4作为其生长所需要的无机盐。
2.3 正交试验结果
根据正交试验因素水平的设计,按照正交试验表L9(34),共进行了9组发酵试验,以菌丝体胞内多糖含量为指标,试验结果如表2所示。由极差R的大小,可知A为主要影响因素,C为最次要因素。因素主次关系为A>B>C。由表2可知,最佳工艺条件为A2B2C3,即,碳源玉米粉的添加量为2.0%,氮源黄豆粉的添加量为0.3%,KH2PO4的添加量为0.15%。用所得的最适发酵培养基与基础培养基进行比较,检验正交试验的优化效果。胞内多糖的产量为 13.036 mg/100 mL,比优化前胞内多糖产量(5.880 mg/100 mL)提高了121.7%。
3 小结与讨论
综上所述,灰树花发酵培养基碳源、氮源、无机盐的单因素研究得出:玉米粉为最适碳源,黄豆粉为最适氮源,KH2PO4为最适无机盐。通过正交试验得出,最适发酵培养基配方为玉米粉的添加量为2.0%,黄豆粉的添加量为0.3%,KH2PO4的添加量为0.15%,此工艺条件下,胞内多糖的产量为13.036 mg/100 mL,较优化前提高了121.7%。
灰树花胞内多糖产量受培养基的影响较为明显,本研究只对其中的氮源、氮源和无机盐进行优化,生长因子、发酵工艺条件等都会影响多糖的产量,这将是下一步继续研究的方向。
参考文献:
[1] 谢文佳,黄小玲.灰树花多糖的生物活性与研究进展[J].食用菌,2010(5):1-2.
[2] 徐铮奎.灰树花多糖抗癌作用及相关产品开发进展[J].上海医药,2010, 31(11):496-497.
[3] 杨 箐.灰树花发酵工艺优化及其发酵液成分的初步研究[D].天津:天津科技大学,2009.
[4] 李 磊.灰树花优良菌株的筛选及其液态发酵特性研究[D].郑州:河南工业大学,2010.
[5] 卜庆梅,来广生,王淑芳,等.深层发酵灰树花菌株的选育[J].食用菌,2005,27(4):18-19.
[6] 郑亚风,谢宝贵,徐培雄,等.正交法优化三种灰树花多糖提取工艺[J].食用菌,2008,30(5):55-57.
[7] 顾华杰,黄金汇,胡翠英,等.4种灰树花多糖测定方法的比较[J].江苏农业科学,2011,39(4):400-402.
[8] 安金双,王 迪,马士淇,等.响应面法优化灰树花中多糖超声波提取工艺的研究[J].食品研究与开发,2008,29(6):5-10.
[9] 李成元,蔡 晓.2种灵芝多糖含量测定方法的比较[J].中国药房,2009,20(18):1416-1417.
[10] 李 辉,罗佳波.苯酚一硫酸法测定围乐颗粒中总多糖的含量[J].中国药房,2008,19(9):685-686.
[11] 王艳萍,韩建涛,杨 箐,等.液态发酵条件对灰树花产胞外多糖产量的影响[J].中国食品添加剂,2009(1):94-98.
[12] 沈 霞,余胜光.灰树花胞外多糖发酵条件优化研究[J].广东农业科学,2009(5):130-132.
1.4 单因素试验
在三角瓶中装入液体基础发酵培养基100 mL,10% 种子液接种,130 r/min,25 ℃恒温发酵10 d。研究不同碳源、氮源、无机盐对灰树花胞内多糖产量的影响[11,12]。
1.5 正交试验
在分析灰树花发酵单因素碳源、氮源、无机盐的基础上,选择玉米粉为碳源、黄豆粉为氮源、KH2PO4为无机盐,设计正交试验L9(34),因素与水平见表1。
2 结果与分析
2.1 标准曲线制作
通过对最大吸收波长的选择得出,最大吸收波长为485 nm处。根据葡萄糖浓度和最大吸收波长下的吸光度标准曲线绘制如图。由标准曲线得回归方程为Y=0.004 8x+0.145 9,R2=0.999 1,表明葡萄糖浓度在20~170 μg/mL范围内与吸光度呈线性关系。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 碳源及其添加量对灰树花胞内多糖产量的影响 在250 mL的三角瓶中,装入100 mL去葡萄糖的发酵培养基,分别添加浓度为2%葡萄糖、蔗糖、乳糖、淀粉及玉米粉。120 r/min,28 ℃恒温发酵10 d,每组重复3次。测定发酵液中菌丝、胞内多糖的产量(图2)。由图2可知,单糖、双糖和多糖都能促进灰树花的生长,多糖的效果优于单糖和双糖,其中多糖中玉米粉对灰树花的生长促进作用优于淀粉。在玉米粉添加的发酵瓶中,明显发现菌丝球较多、直径也较大,这可能是由于玉米粉中除淀粉外,还含有维生素等微量元素。
由图3可知,随着玉米粉的浓度上升,灰树花胞内多糖产量呈上升的趋势。当玉米粉的浓度为2.0%时,灰树花的菌丝和胞内多糖的产量均达到最高。随着玉米粉浓度的继续增加菌丝、胞内多糖的产量反倒下降,这可能是玉米粉的浓度太大抑制了代谢的正向进行。研究中还发现,较高的玉米粉浓度,容易导致菌丝直径过大,不利于发酵的进行。因此选择玉米粉的最适合浓度为2.0%。
2.2.2 氮源及其添加量对灰树花胞内多糖产量的影响 在250 mL的三角瓶中,装入100 mL去蛋白胨的发酵培养基,分别添加浓度为0.3%的牛肉膏、蛋白胨、大豆粉、硝酸铵、氯化铵。120 r/min,28 ℃恒温摇床发酵10 d,每组重复3次。由图4可知,灰树花对有机氮源的利用明显优于无机氮源;在有机氮源中,大豆粉的效果最为明显。这可能是由于大豆粉不仅能提供灰树花生长的优质蛋白质,同时还能提供丰富的纤维、脂肪酸和维生素,而这些物质为灰树花胞内多糖的积累提供了重要的营养基础。因此选择大豆粉作为最佳的氮源,同时考虑其浓度对灰树花胞内多糖和菌丝生物量的影响。
由图5可知,随着大豆粉浓度的增加,灰树花菌丝和胞内多糖产量都呈上升的趋势,当大豆粉浓度为0.3%时,灰树花菌丝和胞内多糖产量均达到最高。随着大豆粉浓度的继续上升,反而抑制了灰树花菌丝的生长和胞内多糖的积累。
2.2.3 无机盐及其添加量对灰树花胞内多糖产量的影响 无机盐能提供微生物细胞生长和代谢过程中所需要的除氮源、碳源以外的重要营养素,同时也是微生物酶系的重要激活因素。本试验分别以浓度为0.1%的CaCl2、MgSO4、ZnSO4、FeSO4、KH2PO4 5种无机盐接种于基础发酵培养基内,空白对照不添加,每组重复3次。120 r/min,28 ℃恒温摇床培养10 d,测定灰树花菌丝和胞内多糖的产量,结果见图6。由图6可知,Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、K+等离子对灰树花菌丝体的生长及胞内多糖的积累有一定的促进作用,其中KH2PO4和MgSO4的影响更为明显,考虑到KH2PO4既是灰树花菌株体内酶的激活因素,H2PO4-又是细胞膜生长的有效成分,同时较MgSO4有更好的溶解性,因此在灰树花的液体发酵过程中选择KH2PO4作为其生长所需要的无机盐。
2.3 正交试验结果
根据正交试验因素水平的设计,按照正交试验表L9(34),共进行了9组发酵试验,以菌丝体胞内多糖含量为指标,试验结果如表2所示。由极差R的大小,可知A为主要影响因素,C为最次要因素。因素主次关系为A>B>C。由表2可知,最佳工艺条件为A2B2C3,即,碳源玉米粉的添加量为2.0%,氮源黄豆粉的添加量为0.3%,KH2PO4的添加量为0.15%。用所得的最适发酵培养基与基础培养基进行比较,检验正交试验的优化效果。胞内多糖的产量为 13.036 mg/100 mL,比优化前胞内多糖产量(5.880 mg/100 mL)提高了121.7%。
3 小结与讨论
综上所述,灰树花发酵培养基碳源、氮源、无机盐的单因素研究得出:玉米粉为最适碳源,黄豆粉为最适氮源,KH2PO4为最适无机盐。通过正交试验得出,最适发酵培养基配方为玉米粉的添加量为2.0%,黄豆粉的添加量为0.3%,KH2PO4的添加量为0.15%,此工艺条件下,胞内多糖的产量为13.036 mg/100 mL,较优化前提高了121.7%。
灰树花胞内多糖产量受培养基的影响较为明显,本研究只对其中的氮源、氮源和无机盐进行优化,生长因子、发酵工艺条件等都会影响多糖的产量,这将是下一步继续研究的方向。
参考文献:
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[9] 李成元,蔡 晓.2种灵芝多糖含量测定方法的比较[J].中国药房,2009,20(18):1416-1417.
[10] 李 辉,罗佳波.苯酚一硫酸法测定围乐颗粒中总多糖的含量[J].中国药房,2008,19(9):685-686.
[11] 王艳萍,韩建涛,杨 箐,等.液态发酵条件对灰树花产胞外多糖产量的影响[J].中国食品添加剂,2009(1):94-98.
[12] 沈 霞,余胜光.灰树花胞外多糖发酵条件优化研究[J].广东农业科学,2009(5):130-132.
1.4 单因素试验
在三角瓶中装入液体基础发酵培养基100 mL,10% 种子液接种,130 r/min,25 ℃恒温发酵10 d。研究不同碳源、氮源、无机盐对灰树花胞内多糖产量的影响[11,12]。
1.5 正交试验
在分析灰树花发酵单因素碳源、氮源、无机盐的基础上,选择玉米粉为碳源、黄豆粉为氮源、KH2PO4为无机盐,设计正交试验L9(34),因素与水平见表1。
2 结果与分析
2.1 标准曲线制作
通过对最大吸收波长的选择得出,最大吸收波长为485 nm处。根据葡萄糖浓度和最大吸收波长下的吸光度标准曲线绘制如图。由标准曲线得回归方程为Y=0.004 8x+0.145 9,R2=0.999 1,表明葡萄糖浓度在20~170 μg/mL范围内与吸光度呈线性关系。
2.2 单因素试验结果
2.2.1 碳源及其添加量对灰树花胞内多糖产量的影响 在250 mL的三角瓶中,装入100 mL去葡萄糖的发酵培养基,分别添加浓度为2%葡萄糖、蔗糖、乳糖、淀粉及玉米粉。120 r/min,28 ℃恒温发酵10 d,每组重复3次。测定发酵液中菌丝、胞内多糖的产量(图2)。由图2可知,单糖、双糖和多糖都能促进灰树花的生长,多糖的效果优于单糖和双糖,其中多糖中玉米粉对灰树花的生长促进作用优于淀粉。在玉米粉添加的发酵瓶中,明显发现菌丝球较多、直径也较大,这可能是由于玉米粉中除淀粉外,还含有维生素等微量元素。
由图3可知,随着玉米粉的浓度上升,灰树花胞内多糖产量呈上升的趋势。当玉米粉的浓度为2.0%时,灰树花的菌丝和胞内多糖的产量均达到最高。随着玉米粉浓度的继续增加菌丝、胞内多糖的产量反倒下降,这可能是玉米粉的浓度太大抑制了代谢的正向进行。研究中还发现,较高的玉米粉浓度,容易导致菌丝直径过大,不利于发酵的进行。因此选择玉米粉的最适合浓度为2.0%。
2.2.2 氮源及其添加量对灰树花胞内多糖产量的影响 在250 mL的三角瓶中,装入100 mL去蛋白胨的发酵培养基,分别添加浓度为0.3%的牛肉膏、蛋白胨、大豆粉、硝酸铵、氯化铵。120 r/min,28 ℃恒温摇床发酵10 d,每组重复3次。由图4可知,灰树花对有机氮源的利用明显优于无机氮源;在有机氮源中,大豆粉的效果最为明显。这可能是由于大豆粉不仅能提供灰树花生长的优质蛋白质,同时还能提供丰富的纤维、脂肪酸和维生素,而这些物质为灰树花胞内多糖的积累提供了重要的营养基础。因此选择大豆粉作为最佳的氮源,同时考虑其浓度对灰树花胞内多糖和菌丝生物量的影响。
由图5可知,随着大豆粉浓度的增加,灰树花菌丝和胞内多糖产量都呈上升的趋势,当大豆粉浓度为0.3%时,灰树花菌丝和胞内多糖产量均达到最高。随着大豆粉浓度的继续上升,反而抑制了灰树花菌丝的生长和胞内多糖的积累。
2.2.3 无机盐及其添加量对灰树花胞内多糖产量的影响 无机盐能提供微生物细胞生长和代谢过程中所需要的除氮源、碳源以外的重要营养素,同时也是微生物酶系的重要激活因素。本试验分别以浓度为0.1%的CaCl2、MgSO4、ZnSO4、FeSO4、KH2PO4 5种无机盐接种于基础发酵培养基内,空白对照不添加,每组重复3次。120 r/min,28 ℃恒温摇床培养10 d,测定灰树花菌丝和胞内多糖的产量,结果见图6。由图6可知,Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、K+等离子对灰树花菌丝体的生长及胞内多糖的积累有一定的促进作用,其中KH2PO4和MgSO4的影响更为明显,考虑到KH2PO4既是灰树花菌株体内酶的激活因素,H2PO4-又是细胞膜生长的有效成分,同时较MgSO4有更好的溶解性,因此在灰树花的液体发酵过程中选择KH2PO4作为其生长所需要的无机盐。
2.3 正交试验结果
根据正交试验因素水平的设计,按照正交试验表L9(34),共进行了9组发酵试验,以菌丝体胞内多糖含量为指标,试验结果如表2所示。由极差R的大小,可知A为主要影响因素,C为最次要因素。因素主次关系为A>B>C。由表2可知,最佳工艺条件为A2B2C3,即,碳源玉米粉的添加量为2.0%,氮源黄豆粉的添加量为0.3%,KH2PO4的添加量为0.15%。用所得的最适发酵培养基与基础培养基进行比较,检验正交试验的优化效果。胞内多糖的产量为 13.036 mg/100 mL,比优化前胞内多糖产量(5.880 mg/100 mL)提高了121.7%。
3 小结与讨论
综上所述,灰树花发酵培养基碳源、氮源、无机盐的单因素研究得出:玉米粉为最适碳源,黄豆粉为最适氮源,KH2PO4为最适无机盐。通过正交试验得出,最适发酵培养基配方为玉米粉的添加量为2.0%,黄豆粉的添加量为0.3%,KH2PO4的添加量为0.15%,此工艺条件下,胞内多糖的产量为13.036 mg/100 mL,较优化前提高了121.7%。
灰树花胞内多糖产量受培养基的影响较为明显,本研究只对其中的氮源、氮源和无机盐进行优化,生长因子、发酵工艺条件等都会影响多糖的产量,这将是下一步继续研究的方向。
参考文献:
[1] 谢文佳,黄小玲.灰树花多糖的生物活性与研究进展[J].食用菌,2010(5):1-2.
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