生物发酵技术在食药用真菌领域的应用现状

李尽哲 耿 立 黄雅琴 马俊义

(1.信阳农林学院 生物与制药工程学院，河南 信阳 464000；2.信阳市食药用真菌选育与深加工重点实验室，河南 信阳 464000；3.河南农业大学经济与管理学院，河南 郑州 450002）

生物发酵技术兴起于20世纪80年代，其核心内容是借助大规模通风发酵设备，大量地获得菌丝体或其次级代谢产物。最初主要应用于食品、化工、医药等领域[1]。近年来，随着绿色循环经济模式的发展，食药用真菌这一传统产业在生物发酵技术的驱动下，产业模式、产业链条、产业效益等方面均有不同程度的提升。本文主要阐述和分析食药用真菌发酵常见品种、常用培养基、基本工艺流程、发酵工艺流程控制，以及发酵后应用方向。

1 食药用真菌发酵常见品种

近年来，根据目的产物不同，利用生物发酵技术生产的食药用真菌主要分为两大类：一类是以提升生产效率，缩短生产周期或者降低生产成本为目的，发酵产物主要作为二级菌种（液体菌种）；另一类是由于子实体生产工艺不够成熟，生产上必须采用菌丝体发酵方式，以获得菌丝体，生产其衍生产品。发酵常见品种见表1。

表1 食药用真菌发酵常见品种

2 食药用真菌发酵常用培养基

食药用真菌生物发酵主要分为固体发酵和液体深层发酵两种。固体发酵常用的培养基是以甘蔗渣、麸皮、黄豆饼、麦糠、玉米粒、小麦、大豆等为主要原料，添加蔗糖、石膏等制作而成。这种类型的发酵在食药用真菌生物发酵早期使用较多，其产品开发受到六神曲等药物固态发酵过程启发[2]。液体深层发酵的主要发酵过程与抗生素生物发酵过程较为类似，其培养基主要由碳源、氮源、无机盐和微量元素、生长因子等组成。其中，碳源主要有粮食类产品（如玉米、马铃薯、木薯）淀粉、葡萄糖和糖蜜等；氮源的种类较多，主要有黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆、鱼粉、麸皮、酒糟、尿素等。碳氮比是食药用真菌生物发酵过程的关键因素，不同种类真菌的最适碳氮比各不相同，同一种类在发酵的不同时期所需碳氮比也有所差异。无机盐和微量元素主要有磷、镁、钾、铁、硫等，其主要作用是维持食药用真菌菌丝体的生长、繁殖及细胞内相关蛋白的稳定性。在生长因子方面，不同食药用真菌所需的生长因子有差异，主要有维生素类、氨基酸类、生物碱类；玉米浆和麦芽汁提取物中含有多种生长因子类物质，常在食药用真菌的生物发酵过程中作为生长因子添加物。此外，为使食药用真菌的菌丝体生长健壮，经常按照仿野生的原理，于发酵培养基中添加天然产物提取物，如在松乳菇的液体深层发酵过程中添加松树叶提取物[3]，在桑黄菌的生物发酵中添加桑叶浸提液[4]。

3 食药用真菌发酵基本工艺流程

食药用真菌的固体发酵过程相对简单，其主要工艺流程（图1）类似于白酒固态发酵，不同之处在于菌种制备和后期的菌质分离提取。菌种制备，主要采用食药用真菌的菌种制备过程，由母种、原种到后期的发酵菌质。有些食药用真菌的固体发酵需要后熟过程，比如桑黄、牛樟芝菌需有后熟转色过程，以积累更多药用有效成分[6]；但有些食药用真菌的发酵则不需要后熟，如猴头菌的固体发酵，菌丝长满后即可直接分离提取[5]。获得菌丝体的后期处理，有的直接烘干粉碎做成初级加工产品，也有的分离提取菌丝体中的有效成分（如多糖、三萜类等）后，制成精深加工产品。

图1 食药用真菌固体发酵工艺流程

图2 食药用真菌液体发酵工艺流程

食药用真菌的液体发酵工艺过程（图2）同抗生素发酵很相似，主要差异在于发酵后期的菌丝体处理和分离提取方面。以生产菌种为主的食药用真菌液体生物发酵，其最终目标是获得大量活性强的菌丝体。因此，在发酵过程中需要控制其菌丝体处于对数期到稳定期的过程，以保证接种后能迅速发菌。以获得菌丝体为主的食药用真菌生物发酵的最终目标是获得大量富含药用成分的菌丝体。其发酵过程需要考虑菌丝体中有效成分含量等，如香菇液体发酵过程要考虑菌丝体中香菇多糖含量等[7]。

4 食药用真菌发酵过程控制关键点

由于食药用真菌固体发酵中的可控制因素不多，因此，讨论的重点是液体发酵工艺控制。与传统抗生素液体发酵过程相比，食药用真菌液体发酵过程控制更加精细，尤其是以生产液体菌种为目的的液体发酵技术。其具体控制因素主要有温度、溶氧、酸碱度、泡沫、污染及菌丝状态[8]。温度控制要根据不同种类的菌丝生长和代谢产物积累的最适温度进行，一般维持在22～30℃。溶氧控制，常见食药用真菌的发酵中无菌空气的通入量多在0.5～1.0 m3/min，在接种前期，由于菌丝量小，可适当减少无菌空气的通入量；发酵中期，加大通气量，同时适当提高搅拌速率，增大溶氧浓度，以促进菌丝生长；发酵后期，菌丝生长进入稳定期及次级代谢产物合成期，需氧量减少，可以适当地减少通气量。值得一提的是，在以获得大量液体菌种为目的的食药用真菌发酵的整个过程中，必须维持充足的通气量，以保障菌丝体处于强活性状态，使之满足后期的接种发菌需要。由于如平菇等大多数食药用真菌的液体发酵过程中，培养基的酸碱度会降低，因此需要向其培养基中加入氨水等碱性物质，以维持合适的酸碱度，保证菌丝能够快速生长[9]。在食药用真菌液体发酵过程中，使用最多的消泡剂是天然油脂豆油和合成消泡剂聚氧丙烯甘油（泡敌）。由于豆油容易引起培养基酸败，因此建议选用后者。食药用真菌液体发酵的菌丝状态控制，主要有4个方面：菌丝形态、菌丝含量、菌球状态、有效成分含量（表2）。

5 食药用真菌发酵应用方向

食药用真菌发酵后的应用方向主要有4个（图3）。第一个方向是食品，很多食药用真菌营养丰富，保健价值突出，被广泛地开发成各种饮料、食品等，尤其是一些驯化栽培技术还不够成熟的种类，如松乳菇、牛肝菌、鸡枞菌等[3,10,11]，利用生物发酵技术获得大量的菌丝体，进而开发成各种功能饮料，这是一个重要的应用方向。第二个方向是药品，食药用真菌在缓解和治疗慢性疾病方面具有显著功效，因此被广泛地开发成药品。比如：以蛹虫草菌粉为主料，用于缓解慢性肾病的百灵胶囊[12]；以云芝菌粉为主要原料，用于治疗慢性肝炎的云星胶囊[13]。第三个方向是日化产品，主要集中在银耳、灵芝、茯苓、虫草等品种，把这类菌丝体提取物添加到日化产品中，发挥其美白养颜、嫩肤等作用[14]。第四个方向是替代传统食药用真菌栽培固体原种，这一应用方向得益于食药用真菌液体菌种成本低、生长速度快、适合自动化控制、菌丝活力高等优点[15]。借助生物发酵技术生产液体菌种，已经在越来越多的食药用真菌生产领域获得应用。

表2 食药用真菌液体发酵菌丝状态控制

图3 食药用真菌发酵后应用方向