食用菌深层发酵技术及应用一食用菌的深层发酵技术食用菌液体.docx
- 文档编号:7341029
- 上传时间:2023-05-11
- 格式:DOCX
- 页数:41
- 大小:83.15KB
食用菌深层发酵技术及应用一食用菌的深层发酵技术食用菌液体.docx
《食用菌深层发酵技术及应用一食用菌的深层发酵技术食用菌液体.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《食用菌深层发酵技术及应用一食用菌的深层发酵技术食用菌液体.docx(41页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
食用菌深层发酵技术及应用一食用菌的深层发酵技术食用菌液体
食用菌深层发酵技术及应用
(一)食用菌的深层发酵技术
食用菌液体深层发酵生产主要采用了抗生素生产的工艺和设备。
其工艺流程是:
母种→摇瓶菌种→种子罐→发酵罐深层培养。
1.液体培养基的配制
(1)液体培养基的组成:
培养基是食用菌生存的基质。
它主要是由含碳、氮物质、矿质元素和生长素类物质组成。
此外,培养基还应有一个适合所培养的食用菌的酸碱度(pH值)、合适的渗透压(浓度)。
培养基根据其原料的来源不同可分为合成和天然两个类型。
前者,其组成成分均为人工合成或提纯的化学物质,它们在培养基中的含量是可以准确控制的;后者其组成成分是自然界中天然存在的,在培养基中的含量不易准确控制。
由于食用菌深层发酵研究起步较晚,所以其培养基研究的不是太多。
在国外主要是双孢蘑菇和羊肚菌研究的较多。
在国内则对灵芝、蜜环菌、银耳芽孢、香菇、猴头和冬虫夏草均有研究。
食用菌深层培养时,其培养基的主要成分和条件如下:
1)水分:
水分是培养基中含量最多、最基本的成分。
一般来说,自来水或地下水都行,但必须是干净无污染的水。
2)碳源物质:
食用菌深层发酵时,其培养基中的碳源主要为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、木糖、阿拉伯糖及淀粉、果胶等。
它们在培养基中的浓度一般为2%~6%,浓度过高则阻碍培养基中氧气的溶解度,不利于食用菌菌丝的生长。
很多工农业生产的废料如糖蜜、豆浆水、酒精水、柠檬酸废水等中均含有适合食用菌生长发育的碳源。
不同种类的食用菌对各种碳源常有不同的要求。
如松口蘑、牛肝菌和粉褶环柄菇等菌易利用果胶、淀粉、葡萄糖等碳源,不易利用阿拉伯糖和木糖。
双孢蘑菇则能利用木糖、L—阿拉伯糖和葡萄糖,不能利用淀粉和乙酸盐。
香菇和侧耳的碳源以葡萄糖和甘油最好。
但香菇还可利用乙醇,侧耳虽然也能利用乙醇,但其收获量却仅为以葡萄糖为碳源时的55%。
用乙醇或酒精水代替葡萄糖是发酵工业上以矿物质代替粮食的途径之一。
必须指出,同一种食用菌液体培养和固体培养时的培养基往往不同。
如香菇、侧耳等,在固体培养时可以利用木质素、纤维素和半纤维素等碳源,在液体培养时一般不宜加入这些碳源。
根据以上材料看,从产量和营养价值出发,最理想的食用菌的碳源为:
葡萄糖适合所有食用菌;双孢蘑菇适合玉米浆、甜菜糖蜜;灵芝适合蔗糖、麦芽糟水、柠檬酸发酵废水;羊肚菌适合麦芽糖、乳糖、甜菜糖蜜;银耳芽孢适合蔗糖、麦芽糖、麦芽糟水;香菇适合甘油、乙醇、酒精水等。
3)氮源:
食用菌对氮源要求不严格。
无机氮如氯化铵、硫酸铵、磷酸氢铵、硝酸铵等均可利用。
有机氮中如蛋白胨、尿素、黄豆饼粉、蚕蛹粉、玉米浆、酵母浸出液、氨基酸、麸皮浸出水等均可。
有机氮除含有丰富的蛋白质外,还含有游离氨基酸、糖类、脂肪和生长素物质。
通常有机氮源比无机氮源更适合食用菌的生长。
但是,不同种类的食用菌对氮源的喜好也有差别。
例如,香菇喜欢利用多肽类和酵母膏,平菇则以蛋白质氮和酪蛋白水解产物天门冬氨酸、丝氨酸和亮氨酸为好。
4)碳氮比:
碳氮比是指碳、氮在培养基中含量的比例。
通常,满足食用菌生长发育理想的培养基的碳氮比为16:
1~24:
1。
在固体栽培时,营养生长阶段,菌丝体生长需要的氮含量以0.016%~0.064%为宜,即C/N=20:
1,在子实体阶段,氮的含量以0.016%~0.032%为宜,即C/N=30:
l~40:
1。
在液体发酵培养中,通常培养液的C/N为20:
1为好。
然而药用真菌对碳氮比的要求较宽,一般在8:
l~80:
1均较适宜。
5)无机盐:
食用菌在深层发酵时,还需要少量无机盐,如磷、镁、钾、钙、钠等,还有一些微量元素,如铜、锌、铁、锰等。
这些金属离子有的为食用菌菌体的组成部分(如磷为核酸的组成成分),有些参与食用菌体的能量代谢(如镁等),还有些对于调节食用菌细胞的渗透压等有关系。
这些无机离子,一般需要量不大,特别是在用自来水做培养基时不加入(加入多了还会降低食用菌产量,甚至产生苦味)。
特别是铜、锰等微量元素需要量极少,在配制培养基时不需要加入。
在深层发酵培养食用菌的培养基中,常用的无机盐有磷酸氢二钾(K2HP04)、磷酸二氢钾(KH2P04)、硫酸镁(MgS04•7H20)、硫酸钙(CaS04)、氯化钙(CaCl2)、碳酸钙(CaC03)等。
6)维生素和生长素:
维生素是细胞内酶的辅酶成分,是食用菌不可缺少的物质。
食用菌对维生素的需要因种类不同而异。
蘑菇属和羊肚菌属的种类,可以合成其必需的维生素,一般不需要在培养基中另加维生素。
但当它生长在简单的综合培养基上时,加入含有丰富维生素和生物素的玉米浆一类物质时,生长更快。
有些食用菌如香菇、毛头鬼伞,部分牛肝菌、小皮伞菌、金针菇等,由于没有合成维生素的能力(天然的维生素缺陷型),所以在配制培养基时,必须加入一定量的维生素,特别是维生素B1(硫胺素)和生物素。
1967年河伊志证实,适合香菇菌丝生长的维生素B1的浓度为100微克/升
(2)几种食用菌液体深层发酵培养基:
1)葡萄糖 50克 磷酸二氢钾 0.87克
硫酸镁 0.4克 尿 素 5克
维生素B1 2毫克 微量元素液 20毫升
蒸馏水 1000毫升
微量元素液:
(每升蒸馏水中含)6水氯化亚铁0.5克,硫酸铜0.05克;1水氯化锰0.36克,氯化锌0.2克。
2)葡萄糖 20克 蚕蛹粉 5克
磷酸二氢钾 1.5克 硫酸镁 0.75克
麦麸(煮半小时,除渣)50克 盐酸硫胺素 0.01克
水 1000毫升
3)蔗糖 30克 磷酸二氢钾 l克
硫酸镁 1克 麸皮(煮沸半小时,除渣) 50克
玉米浆 3毫升 pH 6.5
水 1000毫升
4)葡萄糖 50克 硝酸钙 0.5克
硝酸钾 2.0克 氯化钠 0.1克
磷酸二氢钾 0.5克 硫酸镁 0.5克
硫酸亚铁 2毫克 维生素B1 2毫克
pH 5.0 水 1000毫升
5)麦芽汁(5度波美度) 1000毫升 硫酸镁 1.0克
磷酸二氢钾 1.0克 蛋白胨 5.0克
pH 5.0
6)玉米粉 50克 麦芽汁(16度波美度) 100毫升
琼脂 0.5克 盐酸硫胺素 0.1毫克
水 900毫升 pH 自然
7)葡萄糖 20克 蛋白胨 2..5克
酵母浸膏 2.5克 磷酸二氢钾 1.0克
硫酸镁 1.0克 氯化锰 1.0克
水 1000毫升 pH 6.0
以上7种培养基适合于培养蘑菇、平菇、香菇、猴头等多种食用菌。
8)适合香菇:
淀粉 70~90克 葡萄糖 10克
玉米浆 15~20克 磷酸二氢钾 1克
硫酸锌 6毫克 水 1升
发酵14天,菌丝收得率25克/升。
9)适合平菇:
葡萄糖 l克 蛋白胨 3克
尿素 1.4克 马铃薯细胞萃取液 10毫升
水 990毫升
发酵4天,产量10.4克/升。
发酵6天,产量27克/升。
10)适合金针菇、滑菇、平菇:
淀粉 30克 脱脂大豆 4克
酵母膏 4克 7水硫酸镁 1克
磷酸二氢钾 1克 氯化钙 0.1克
硫酸亚铁 0.003克 硫酸锌 0.003克
硫酸锰 0.003克 甲基纤维素 10克
pH值 5.9
发酵96小时后,菌丝收得率金针菇10.6克/升,滑菇8.2克/升,平菇13.0克/升。
11)适合羊肚菌:
酵母膏 2.5克 玉米浆 2.5克
酪蛋白水解液 10克 淀粉 15克
氯化钠 1克 碳酸钙 5克
水 1000毫升 .食用菌摇瓶种子培养:
将食用菌的试管种接人已灭菌的三角瓶培养液中,放置在摇床上振荡培养,称摇瓶培养。
经摇瓶培养的菌丝体呈球状、絮状等多种形态,培养液可呈黏糊状、清液状等状态,有或无清香味及其他异味。
菌液中有菌体发酵产生的次生代谢产物,可呈不同的颜色。
摇瓶培养后的菌丝体可接人种子罐作为菌种;也可作为液体菌种接人固体培养料中。
影响摇瓶培养的因素有:
培养温度,摇床的振荡频率和瓶子的装料量,pH值,接种量,培养液的黏度,光照等。
(1)培养温度:
食用菌菌丝体的生长和次生代谢产物的形成均是在各种酶类的催化下进行的。
由于酶类的催化反应受温度影响很大,所以,一定要在最适合的温度下进行培养。
不同的食用菌的最适温度不同。
绝大多数食用菌的最适温度多在22~30℃的范围内,如香菇为25~26℃,灵芝为28~30℃,平菇为22~25℃,云芝为30~3l℃,蜜环菌为24~26℃,猴头菌为24~26℃等。
(2)摇床的振荡频率和摇瓶的装料量:
食用菌绝大部分为好气性真菌,在用液体培养基培养时,主要靠吸收溶解在培养液中的氧气。
液体培养基中的溶氧主要受培养基的黏度、三角瓶中所装培养液的多少、摇瓶机的种类、振荡的强度和频率等影响。
目前,国内所使用的振荡机主要有旋转式和往复式两种。
前者转速有可调和不可调两种(多为购置),后者振幅和频率多为固定不变(常常根据需要而自己加工)。
摇床振荡频率大,三角瓶中培养液少则培养液中溶氧高,反之少。
通常,用500毫升三角瓶装50~100毫升培养液时,旋转式摇床的转速应为220转/分,往复式可达80~120转/分,振幅一般为6~7厘米。
装料系数是指培养基在瓶中所占体积的百分率,装料系数越小,菌体与氧气接触的机会越多,菌丝生长越好。
如香菇的液体发酵,在装料系数为10%时,其菌丝体积与料液的体积比是40%,而装料系数达40%时,其体积比仅为14%。
(3)接种量:
食用菌液体发酵的接种量一般比较大,在5%~30%,但接种量并非越大越好。
(4)培养基黏度:
培养基的黏度直接影响氧气在其中的溶解量,同时也影响菌丝球的形成(菌球的大小影响菌丝和营养的接触面,因而影响菌丝球的产量和代谢产物的生成)。
1972年江三郎在培养基中添加1%的增黏剂,如甲基纤维素(简称MC)、羧甲基纤维素(简称CMC)或藻酸等,结果表明,可以使平菇、滑菇和金针菇的菌球缩小,菌丝产量增加。
例如,1976年大山义郎等在裂褶菌培养基中添加1%的CMC,黏度由1.0l增加到62.0,菌丝球直径由1.68毫米下降到0.6毫米,菌丝体产量由62.6毫克/升增加到97.4毫克/升。
此外,淀粉、果胶、琼脂也能增加培养基的黏度。
(5)培养液的酸碱度:
培养液的酸碱度直接影响食用菌细胞原生质膜的透性、营养物质的可利用状态。
培养液的酸碱度必须在灭菌前调整合适。
大多数食用菌采用自然pH值或将pH值调到5.0~6.5范围内。
为了防止培养液中酸碱度的剧烈变化,常在培养液中加入碳酸钙等缓冲物质。
(6)光照:
食用菌的深层发酵是以获得菌丝体为目的的,一般不需要光照3.食用菌深层发酵技术:
(1)食用菌深层发酵的工艺和设备:
食用菌深层发酵生产工艺与谷氨酸、柠檬酸、酶制剂和抗生素发酵的生产工艺基本相同。
只是食用菌深层发酵的规模小于其他工业发酵。
例如,国内目前灵芝深层发酵生产规模为5吨发酵罐,银耳芽孢深层发酵罐为1吨罐,香菇发酵罐为500升等,而其他工业发酵的规模均在几十吨到几百吨。
但其工艺流程与其他发酵类相同(图6、图7)。
斜面菌种→摇瓶种子→50升种子罐←∣
↓ ∣
500升种子罐←∣←分过滤器
↓ ∣ ↑
5吨发酵罐←∣ 总分过滤器
↓ ↑
────── 油水分离器
↓ ↑
────── 冷却器
↓↓ ↓↓ ↑
液加 加加 空压机
体工 工工 ↑
菌制 成成 空气
种药 调饮
味料
品
图6 食用菌深层发酵生产工艺流程示意图
1)斜面菌种:
斜面菌种是培养在斜面培养基上的菌种。
常用的培养基有马铃薯葡萄糖琼脂培养基或10~15波美度麦芽汁琼脂培养基。
斜面菌种要生长好,活力强(最好是正在生长的菌种)。
若母种为矿油种或冷冻干燥的菌种,必须先移接活化,打破休眠。
2)摇瓶菌种:
摇瓶菌种是从斜面菌种繁殖来的菌种。
它为液体培养,通常是用500毫升三角瓶装100毫升培养基,接种后,在25℃下振荡培养3~10天。
振荡机有两类,旋转式转速220转/分,往复式可选80~120次/分,振幅为6~7厘米。
菌种长好后,将通过无菌操作方法转入盛有玻璃珠的无菌水中,剧烈振荡,以打断菌丝体,制成菌悬液。
3)种子罐:
食用菌深层发酵的种子罐与其他工业发酵相同。
为了保证氧气的供应,既要不断地压人无菌空气,又要不停地搅拌。
也可以采用自吸式发酵罐生产。
此种发酵罐仅靠搅拌产生的负压将无菌空气吸人,不需要空压机。
由于搅拌转速高,提高了氧气在培养基中的溶解度。
所以,可缩短发酵时间大约l/3。
种子罐的接种量一般为其容积的5%~7%,一级种子罐转二级种子罐接种量为10%。
4)发酵罐:
发酵罐是指食用菌深层发酵的最后一级培养的装置,是容积最大的发酵设备。
食用菌深层发酵的培养基成分一般都选来源广,价廉,能就地取材的原料。
常用的碳源有工业淀粉、工业葡萄糖及红薯干粉或玉米粉等。
氮源主要用黄豆饼粉、蚕蛹粉、鱼粉等。
为了降低成本,常常就地取材,利用工业下脚废水作为代用品,如玉米浸出水、豆腐水、糖蜜废母液等。
食用菌在发酵罐内,其菌丝体有两种形态,一种为普通的菌丝体,另一种是球状的菌球。
通常菌球又可分为三类:
①绒毛、蓬松状的菌球:
具有致密的中心和很蓬松的外表。
②致密、光滑的菌球:
有致密的结构和光滑的外表。
③中空而光滑的菌球:
其中心由于自溶而是空的,而外壁则是光滑的。
菌球的种类和大小与搅拌的强度有关。
较强的搅拌促进形成致密的小菌球,强度低的搅拌,促进外表绒毛状、疏松菌球的发育。
只有在强烈的搅拌条件下,才发育成空心光滑的菌球。
更强的搅拌可导致菌球破裂。
另外,培养基的黏度也影响菌球的大小。
加入铁氰化物或乙二胺四乙酸物质时,生成更致密的小菌球。
加入羧甲基纤维素、果胶类增黏物质,菌球变小。
发酵液中菌丝为菌球,发酵液黏度小,易过滤,但产量低。
菌球通常直径为0.5~3.0厘米,菌球过大,接种不方便,而且由于“发育点”少,接种效果不佳。
通常,种子罐、发酵罐,其罐内培养基温度多维持在25~27℃。
为了防止罐外空气进入罐内,造成污染,在通气时,要使罐内压力高于外界(增大气压,氧在培养基中的溶解度也加大),一般罐压为39~69千帕。
通气量为每1米3发酵液通入0.5米3/分空气;搅拌50升罐为470转/分,500升罐为250转/分,5~10吨罐为200转/分。
罐内装培养基量为罐容积的60%~80%。
(2)深层发酵的控制:
食用菌菌丝体生长的好坏或代谢产物的多少,与发酵罐中条件控制的好坏有密切关系。
它们主要包括以下几个方面:
1)温度控制:
发酵过程中菌体的呼吸会放出热量,搅拌时因机械摩擦会产生搅拌热,而排出气体和罐体的辐射都会失去热量。
因此,必须随时注意发酵过程中的温度控制。
通常是通过在夹层或在罐体中的蛇形管中加入热水或冷水来调节的。
通人热水可升温,通人冷水能降温。
发酵前期,由于菌丝生长繁殖慢,产生热量少,此时应注意保温。
进入对数期,食用菌旺盛的生理活动,产生许多生物热,此时应注意及时降温。
发酵后期,发酵罐内温度变化较慢。
但必须注意那些菌丝生长和代谢产物形成最适温度不同的食用菌类,及时调整温度。
2)溶氧浓度的控制:
由于溶氧测定方面的原因,目前食用菌深层发酵中很少测定溶氧浓度。
这并不是说它不重要。
在发酵中多采取调整搅拌改变通风量来调节。
通常刚开始发酵耗氧少,发酵前期菌体大量繁殖,耗氧增加,溶氧浓度下降;中期溶氧浓度逐渐回升,后期耗氧减少,溶氧浓度上升。
为此,刚发酵时通风量小,前期通风量大,后期通风量小。
小通气量通常为每1米3发酵液通人0.5米3/分空气,大通气量一般为每1米3发酵液通人0.8~1.0米3/分空气。
为了提高溶氧,往往还采用机械搅拌,其作用有二:
一是将气泡打碎,增加气~液的接触面。
二是搅拌能使液体形成涡流,延长气泡在液体中停留的时间。
3)酸碱度的控制:
食用菌深层发酵中pH值下降的现象比较普遍,必须在培养基中加入某些物质如碳酸钙等维持pH稳定,还可以通过补料来调节pH值。
当pH过高时,应加糖、加酸来调节;当pH偏低时,应补氨或低浓度氢氧化钠来调节。
4)泡沫的控制:
深层发酵中最易产生泡沫造成大量逃液,浪费原料,造成污染。
消除泡沫的方法有机械消泡和化学消泡两种。
机械消泡是在搅拌轴上方装消沫器,但效果一般不好。
化学消泡,是在发酵液中加入天然油脂或其他化学物质。
目前使用较多的有豆油和泡敌(聚氧丙烯甘油),其消泡力后者是前者的10倍(添加量为培养基总体积的0.02%~0.035%。
(3)发酵的检测和终点判断:
为了经常不断地了解发酵情况,及时采取各种措施,保证发酵的正常进行,确定中止发酵的最佳时间,在发酵过程中,要进行一系列的中间测定,保证发酵的顺利进行,正确确定发酵终点,主要包括了以下几个方面。
1)纯度检查:
定期取发酵液样品用简单染色法或革兰氏染色法制片并用油浸镜检查,检查有没有细菌污染。
也可用稀释平板法或瓦克斯曼肉汤培养来确定。
瓦克斯曼肉汤的成分为:
葡萄糖 10克 牛肉膏 5克
蛋白胨 5克 食盐 5克
水 1000毫克 pH 6.8
将样品接人上述培养肉汤中,在25~30℃下培养1~2天,发生白色混浊就表明其中有细菌侵入。
2)菌丝镜检:
在深层培养的早期和中期,菌丝粗壮,分枝较少;原生质体嗜碱性强,着色深。
有些菌种的菌丝有横隔,有锁状联合。
而后期菌丝变细,并有大量分枝产生;原生质体嗜碱性弱、色浅,出现较多空泡。
此时菌丝通常不再出现横隔或锁状联合,或仅有少量存在,这是菌丝衰老的特征,应提前放罐。
3)菌球观察:
菌丝疏松或紧密地集合在一起,成网状,肉眼观察即为菌球。
菌球中空时表明其中菌丝已老化,部分菌丝自溶。
最外层的菌丝是较年轻的。
有的菌丝在深层培养中呈絮状。
菌球表面有或无毛刺,有了毛刺,说明生长旺盛;毛刺消失,菌球变光滑,表明开始老化;菌球颜色由浅变深,也表明老化,在正常发酵中,80%的菌球直径要小于l毫米。
4)菌丝含量测定:
将样品以3000转/分离心10分,菌泥在20~25克/100毫升以上为合格发酵液。
在发酵液中菌丝含量不再增加前放罐最好。
5)代谢产物含量测定:
在食用菌深层发酵的过程中,pH值、氨态氮、糖及其他有效成分含量会随菌龄的变化而变化,根据上述数据的变化,制作一条代谢曲线,用此曲线来指导发酵生产的进行和确定终点。
正常发酵终了时,发酵液的残糖小于1.2%,氨态氮小于30毫克/毫升。
(二)食用菌液体发酵菌种的生产和应用
食用菌液体深层发酵技术最直接的应用就是生产食用菌的液体菌种。
1.食用菌液体菌种的优缺点;
(1)优点:
1)生产周期短:
可以从下面对比中进行比较。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 食用菌 深层 发酵 技术 应用 液体
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)