戴氏虫草产多糖的固体发酵工艺优化_韩鹏飞.pdf

韩鹏飞，朱璇，杨敏，等.戴氏虫草产多糖的固体发酵工艺优化 J.食品工业科技，2023，44（14）：130136.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022090117HAN Pengfei,ZHU Xuan,YANG Min,et al.Solid-state Fermentation of Cordyceps taii for Polysaccharide ProductionJ.Science andTechnology of Food Industry,2023,44(14):130136.(in Chinese with English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022090117 生物工程 戴氏虫草产多糖的固体发酵工艺优化戴氏虫草产多糖的固体发酵工艺优化韩鹏飞1,2，朱璇1，杨敏1，黄贵强1,*（1.六盘水师范学院生物科学与技术学院，贵州六盘水 553000；2.大连大学生命健康学院，辽宁大连 116622）摘要：以大米为原料进行戴氏虫草真菌发酵，通过优化发酵条件提高戴氏虫草多糖含量。采用单因素实验和多因素实验优化戴氏虫草产多糖的固体发酵条件。Plackett-Burman 试验结果表明，影响戴氏虫草多糖含量的主要因素是发酵温度、接种量和料水比。最陡爬坡试验和 Box-Behnken 试验得出产戴氏虫草多糖的最适条件为：发酵温度25，接种量8%，料水比（g/mL）=1:1.5，基质重量10 g，发酵时间5 d，得到的戴氏虫草多糖含量为5.31%0.11%，与理论值的误差为 0.93%1.8%。本文旨在为戴氏虫草多糖的工业化生产提供理论依据，同时为其它虫草真菌固体发酵生产虫草多糖提供理论参考。关键词：戴氏虫草，固体发酵，大米，多糖，条件优化本文网刊:中图分类号：Q946.92 文献标识码：A 文章编号：10020306（2023）14013007DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022090117Solid-stateFermentationofCordycepstaiiforPolysaccharideProductionHANPengfei1,2，ZHUXuan1，YANGMin1，HUANGGuiqiang1,*（1.College of Biological Science and Technology,Liupanshui Normal University,Liupanshui 553000,China；2.College of Life and Health,Dalian University,Dalian 116622,China）Abstract：Rice was used as materials for Cordyceps taii fermentation,the content of Cordyceps taii polysaccharide wasincreased through optimizing fermentation conditions.Single-factor and multi-factor experiments were used to optimize thesolid fermentation conditions of Cordyceps taii producing polysaccharide.The results of Plackett-Burman test showed thatfermentation temperature,inoculation quantity and the ratio of material to water were main affecting factors for the contentof Cordyceps taii polysaccharide.Then the steepest ascent experiment and Box-Behnken experiment were conducted toobtain the optimum conditions of Cordyceps taii producing polysaccharide as follows:Fermentation temperature 25,inoculation amount 8%,the ratio of material to water(g/mL)1:1.5,the weight of substrate 10 g and the fermentation time 5days.The content of Cordyceps taii polysaccharide was 5.31%0.11%,and the error was 0.93%1.8%comparing with thetheoretical value.It would provide a theoretical basis for the industrial production of Cordyceps taii polysaccharide and atheoretical reference for other Cordyceps spp.producing polysaccharide by solid fermentation.Keywords：Cordyceps taii；solid fermentation；rice；polysaccharide；condition optimization 戴氏虫草（Cordyceps taii）是一种虫草菌属真菌1，与中国传统的药用真菌蛹虫草、冬虫夏草、蝉花等为同属真菌，通常可入药和制成保健食品2。郭锡勇等3通过对戴氏虫草菌丝体和代谢产物的研究发现，其氨基酸、微量元素和维生素成份等与冬虫夏草中对应物质的含量相近，且对戴氏虫草的代谢产物进行成分分析和药理研究得出，其代谢产物包括：多糖、腺苷、甘露醇等1,4，且具备抗肿瘤510、抗菌1115、抗虫16和免疫调节1721等作用，戴氏虫草有望成为冬虫夏草的替代品。收稿日期：20220913 基金项目：六盘水师范学院 2021 年度联合培养研究生专项基金项目（LPSSYLPY202115）。作者简介：韩鹏飞（1998），男，硕士研究生，研究方向：微生物工程，E-mail：。*通信作者：黄贵强（1988），男，博士，副教授，研究方向：昆虫系统学，E-mail：。第 44 卷 第 14 期食品工业科技Vol.44 No.142023 年 7 月Science and Technology of Food IndustryJul.2023 大米被称作“五谷之首”，是我国重要的粮食作物之一，其种植面积约占所有粮食作物栽培面积的四分之一2223。人体所需要的氨基酸总共有 20 种，大米中就占有 17 种之多，且大米中的矿质元素主要包括镁、钾、钙、铁、锌等等2425。大米不仅能作为主食，有研究表明以大米为发酵基质产生的多糖含量较高2627，且能有效提高多糖含量28。朱丽娜等26以大米和麦子作为发酵基质培养蛹虫草，结果显示以大米为发酵基质得到的多糖含量（3.12%0.20%），高于以小麦为发酵基质得到的多糖含量（2.75%0.13%）；何雯雯等27分别以大米、小麦、玉米、花生、黄豆等七种物质栽培蛹虫草，通过发酵以后检测发酵物中多糖含量，结果显示以大米为发酵基质得到的多糖含量在七种发酵基质中位居第二；付铭等28以大米为基质发酵灵芝菌丝体，经过培养温度、装料量、发酵时间等单因素条件优化，得到灵芝菌丝体产生的多糖含量为 27.37%，有效的提高了多糖产生量。对于戴氏虫草的研究，目前主要集中于生物活性功能研究、活性物质的成分分析以及无性型的鉴定等，而关于戴氏虫草的发酵工艺研究相对较少。本研究以大米为发酵基质，戴氏虫草多糖含量为指标，通过单因素实验和多因素试验的方法，获取最优产戴氏虫草多糖的发酵条件，为戴氏虫草产业化生产虫草多糖提供理论依据，同时也为开发含戴氏虫草天然功能因子的食品原料提供参考，以期能够替代冬虫夏草，降低对冬虫夏草的需求。1材料与方法 1.1材料与仪器戴氏虫草（Cordyceps taii）贵州大学/贵州省生化工程中心提供；小町米（食品级）沃尔玛超市（六盘水市钟山区）；无水葡萄糖（AR）天津市科密欧化学试剂有限公司；苯酚（AR）成都金山化学试剂有限公司；浓硫酸（AR）国药集团化学试剂有限公司。Epoch 多功能酶标仪Bio Tek Instruments Inc；TGL-16M 高速冷冻离心机湖南迈克尔实验仪器有限公司；HWS-250P 恒温恒湿箱天津市泰斯特仪器有限公司。1.2实验方法 1.2.1 培养基制备种子液培养基：马铃薯 200 g/L（去皮煮后过滤取汁液）、葡萄糖 20 g/L，pH 自然。用 5 mL 移液器吸头（大孔一侧）打孔取一饼戴氏虫草菌块接种于种子液培养基中，在 25 下，以160 r/min 发酵 4 d。固体发酵培养基：在 350 mL 组培瓶中装入 20 g大米，料水比（g/mL）为 1:1，121 灭菌 20 min。按照 6%的接种量接入种子液培养基，于 25 下发酵 5 d。1.2.2 单因素实验 1.2.2.1 发酵温度对戴氏虫草多糖含量的影响在350 mL 组培瓶中加入 20 g 大米，料水比（g/mL）为1:1，接种量为 6%，分别在 21、23、25、27、29 下发酵 5 d，检测戴氏虫草多糖含量。1.2.2.2 接种量对戴氏虫草多糖含量的影响在350 mL 组培瓶中加入 20 g 大米，料水比（g/mL）为1:1，接种量分别为 4%、6%、8%、10%、12%，在 25 下发酵 5 d，检测戴氏虫草多糖含量。1.2.2.3 料水比对戴氏虫草多糖含量的影响在350 mL 组培瓶中加入 20 g 大米，料水比（g/mL）分别为 1:0.5、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5，接种量为 8%，在25 下发酵 5 d，检测戴氏虫草多糖含量。1.2.2.4 基质重量对戴氏虫草多糖含量的影响在350 mL 组培瓶中分别加入 10、20、30、40、50 g 大米，料水比（g/mL）为 1:1，接种量为 8%，在 25 下发酵 5 d，检测戴氏虫草多糖含量。1.2.2.5 发酵时间对戴氏虫草多糖含量的影响在350 mL 组培瓶中加入 10 g 大米，料水比（g/mL）为1:1，接种量为 8%，在 25 下分别发酵 3、5、7、9、11 d，检测戴氏虫草多糖含量。1.2.3 Plackett-Burman 试验为确定影响戴氏虫草多糖含量的三个主要因素，根据单因素实验的结果，利用软件 Minitab 15 对发酵温度、接种量、料水比、基质重量和发酵时间 5 个因素设计出 N=12 的 5 因素 2 水平 Plackett-Burman（PB）试验，三组平行实验。各因素对应因子代码如表 1 所示。表 1 Plackett-Burman 试验设计各因素水平及分析Table 1 Levels of the variables and factors analysis of Plackett-Burman design因素水平11A：发酵温度（）2325B：接种量（%）68C：料水比（g/mL）1:11:2D：基质重量（g）1020E：发酵时间（d）35 1.2.4 最陡爬坡试验参考陈立功等29最陡爬坡试验设计，将三个影响戴氏虫草多糖含量的主要因素设计最陡爬坡试验，通过实验值的递增来设定爬坡方向，三组平行实验。试验设计与水平如表 2 所示。表 2 最陡爬坡试验设计Table 2 Design of the steepest ascent experiment实验号X：发酵温度（）Y：接种量（%）Z：料水比（g/mL）123