CN112481138A - 一种基于红薯废水深层发酵高产多糖的制备方法 - Google Patents

一种基于红薯废水深层发酵高产多糖的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：配置针对木腐菌多糖发酵的液体发酵培养基；S2：将经活化的木腐菌菌种接种至摇床液体培养基中制备发酵种子液；S3：将步骤S2中所得发酵种子液接种至步骤S1所得的液体发酵培养基中，并将接种后的液体发酵培养基装入发酵罐中深层发酵。

Description

一种基于红薯废水深层发酵高产多糖的制备方法
技术领域
本发明属于发酵工程技术领域，具体涉及一种基于红薯废水深层发酵高产多糖的制备方法。
背景技术
红薯废水是以红薯为主要原料，在加工淀粉时产生的有机废水，因此，红薯所含的营养物质和活性物质，在加工淀粉时绝大多数都转入到红薯废水中。红薯废水中富含人体必需的氨基酸、淀粉、纤维素、天然果胶以及各种维生素和矿物质等微量元素。据科学家分析，其蛋白质的含量超过大米的7倍；胡萝卜素的含量是胡萝卜的3.5倍；维生素A的含量是马铃薯的100倍；糖、钙和维生素B1、维生素B2的含量皆高出大米和面粉。红薯废水所含的营养物质和活性物质，对促进人的脑细胞和分泌激素的活性、增强人体抗病能力、提高免疫功能、延缓智力衰退和机体衰老起着重要作用，因此红薯废水营养丰富，大有利用价值，但目前红薯废水直接排放，不仅造成了资源的浪费，还严重污染环境，不利于循环经济的发展。
木腐菌(wood-rot fungi)是一种主要寄生在木材并能导致木材发生腐朽的食用真菌，通过产生各种生物水解酶，将木材中的纤维素、半纤维素和木质素分解成可被自身利用的多糖。现代医学研究表明多糖是食用真菌重要的活性物质之一，子实体、人工培养的菌丝体或发酵后培养基中的多糖都具有潜在的抗疲劳、抗肿瘤、抗病毒及提高机机体免疫力等作用，因此利用食用菌生产多糖具有重大意义。红薯废水中高含量的纤维素和淀粉是极好的发酵营养基质，其为木腐菌生产多糖提供了可能。
食用菌深层发酵技术是一种新型的技术，具有周期短、产量高、产生的活性物质多、菌体污染少等特点。正因为食用菌多糖独特的食用和药用价值以及人们对生活质量要求的提高，使得其需求量与日俱增。一般人工合成多糖途径复杂、成本高、产率低，很难达到高分子量，更无法满足研发其中活性成分的需求，但真菌可以通过发酵的方式实现大规模生产，发酵本身就具有操作简便、成本低、产率高、周期短、不受季节限制等适合工业化生产的特点，使多糖具有较好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是，提供一种基于红薯废水深层发酵高产多糖的制备方法，以木腐菌为菌种、红薯废水为底物发酵培养菌丝体，获得含有丰富多糖食用菌，提升红薯废水的集约化资源利用，减少红薯废水对环境的污染，同时探索一种操作简单、成本低、产量高的多糖制备途径。
本发明采用的技术方案是：
一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，包括以下步骤：
S1：配置针对木腐菌多糖发酵的液体发酵培养基；
S2：将经活化的木腐菌菌种接种至摇床液体培养基中制备发酵种子液；
S3：将步骤S2中所得发酵种子液接种至步骤S1所得的液体发酵培养基中，并将接种后的液体发酵培养基装入发酵罐中深层发酵。
进一步的，所述步骤S1的液体种子培养基以1000ml红薯废水为底物，其他组分及其质量所占红薯废水质量的比重为：玉米粉0.1-0.15％，白砂糖2-4％，KH2PO4 0.1-0.2％，MgSO4·7H20 0.1-0.2％，VB1 0.05-0.08g/L，调节液体种子培养基pH至4.5-5.5。
进一步的，所述红薯废水指蒸煮鲜红薯所得的新鲜红薯废水，并通过高温蒸汽灭菌或巴士杀菌处理，其中碳浓度为7-14g/L、氮浓度为0.25-0.5g/L。
进一步的，所述高温蒸汽灭菌条件为121℃，20-30min；巴氏杀菌条件为在62-65℃下，保持30min。
进一步的，所述步骤S2中的活化为将木腐菌菌种接种入含有马铃薯100-200g、葡萄糖16-26g、琼脂16-26g的母体斜面培养基上活化，活化温度为22-26℃，湿度为60-70％，时间为7-12d。
进一步的，所述步骤S2中的发酵种子液制备为：从经活化的母体斜面培养基取5-10块豆粒大小的木腐菌菌种块接入含有马铃薯100-200g、葡萄糖16-26g的摇床液体培养基，静置12-24h后于140-160r/min、22-26℃下摇床培养3-5d。
进一步的，所述步骤S3的接种量为5-10％，发酵温度为25-28℃，发酵时通气搅拌。
进一步的，所述步骤S3通气搅拌的条件为100L发酵罐在培养前期24h，通气量为1-1.2:1，v/v·min，搅拌速度为120-150r/min；24h至发酵结束，通气量控制在1.2-1.5:1，v/v·min，搅拌速度为160-180r/min。
相较现有技术，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的红薯废水的制备方法，将鲜红薯经高温蒸煮，并常温过滤掉红薯废渣得到红薯废水，可以最大程度地获取红薯废渣中的营养成分，提高红薯废水的营养价值。红薯废水富含糖类和纤维束，并且碳浓度为7-14g/L、氮浓度为0.25-0.5g/L，既能为木腐菌提供一定的营养基质，又能较好地溶解氧，以供菌体生长繁殖；用红薯废水作为培养基的基质，可作为很好的食用菌液体培养基进行食用菌的发酵研究。
2、本发明通过对红薯废水进行高压蒸汽灭菌、巴氏杀菌等预处理技术，达到延长红薯废水保存期的目的，且通过使用食用菌深层发酵技术生产食用菌，能增加培养基中的氧含量，供给食用菌菌体呼吸代谢所需要的氧气，通过控制适宜的外界条件，可获得大量的食用菌菌丝体或其代谢产物。与传统的人工栽培食用菌子实体相比，食用菌深层发酵培养具有周期短、产量高、产生的活性物质多、菌体污染少等特点，并且不占有耕地、技术含量高、生产成本低，具有工业化生产前景。
3、本发明以木腐菌为菌种、红薯废水为底物深层发酵培养菌丝体，获得含有丰富多糖食用菌，提升红薯废水的集约化资源利用，减少红薯废水对环境的污染，同时探索一种操作简单、成本低、产量高的多糖制备途径。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明进一步解释说明，以便于本领域专业技术人员更好地理解。
本发明所述木腐菌包括香菇、平菇、金针菇、白灵菇、木耳。
实施例1
一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，所述木腐菌为平菇，包括以下步骤：
S1：配置针对平菇多糖发酵的液体发酵培养基，所述液体发酵培养基包括：玉米粉10g，白砂糖20g，KH2PO4 2g，MgSO4·7H20 1g，VB1 0.05g，红薯废水1L；所述红薯废水经过62℃巴氏灭菌30min，并且调节液体发酵培养基pH为4.8；
S2：将平菇菌种接种至摇床液体培养基中制备发酵种子液，所述摇床液体培养基为含有马铃薯200g、葡萄糖24g、琼脂24g的母体培养基，所述菌种在温度为22-26℃，湿度为60-70％的PDA斜面培养基上活化，培养时间7-12d；
S3：从PDA斜面培养基取10块1cm2大小的菌丝体接入含有马铃薯100g、葡萄糖16g的摇床液体培养基在25℃下静置12h后于140r/min中摇床培养4d制备摇床种子，将培养基进行121℃，25min灭菌后装入100L发酵罐中，将摇床种子接入装有发酵培养基的发酵罐中深层发酵，接种量10％，发酵温度为27℃，发酵时进行通气搅拌，深层发酵条件为：pH变化范围控制在4.5-5.0，100L发酵罐培养前期24h，通气量为1:1，v/v·min，搅拌速度为150r/min；24h至72h发酵结束，通气量控制在1.2:1，v/v·min，搅拌速度为180r/min。
实施例2
一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，所述木腐菌为香菇，包括以下步骤：
S1：配置针对木腐菌多糖发酵的液体种子培养基，所述液体种子培养基包括：玉米粉10g，白砂糖20g，KH2PO4 2g，MgSO4·7H20 1g，VB1 0.05g片，红薯废水1L；所述红薯废水经过62℃巴氏灭菌30min，并且液体种子培养基pH为4.8；
S2：将平菇菌种接种至培养基中制备发酵种子液，所述摇床液体培养基为含有马铃薯200g、葡萄糖24g、琼脂24g的母体培养基，所述菌种在温度为22-26℃，湿度为60-70％的PDA斜面培养基上活化，培养时间7-12d；
S3：从PDA斜面培养基取10块1cm2大小的菌丝体接入含有马铃薯100g、葡萄糖16g的摇床液体培养基，在25℃下静置12h后于140r/min摇床培养4d制备摇床种子，将培养基进行121℃，25min灭菌后装入100L发酵罐中，将摇床种子接入装有发酵培养基的发酵罐中发酵，接种量10％，发酵温度为27℃，发酵时进行通气搅拌，深层发酵条件为：pH变化范围控制在4.5-5.0，100L发酵罐培养前期24h，通气量为1:1，v/v·min，搅拌速度为150r/min；24h至72h发酵结束，通气量控制在1.2:1，v/v·min，搅拌速度为180r/min。
实施例3
一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，所述木腐菌为木耳，包括以下步骤：
S1：配置针对木腐菌多糖发酵的液体种子培养基，所述液体种子培养基包括：玉米粉10g，白砂糖20g，KH2PO4 2g，MgSO4·7H20 1g，VB1 0.05g，红薯废水1L；所述红薯废水经过62℃巴氏灭菌30min，并且液体种子培养基pH为4.8；
S2：将平菇菌种接种至培养基中制备发酵种子液，所述摇床液体培养基为含有马铃薯200g、葡萄糖24g、琼脂24g的母体培养基，所述菌种在温度为22-26℃，湿度为60-70％的PDA斜面培养基上活化，培养时间7-12d；
S3：从PDA斜面培养基取10块1cm2大小的菌丝体接入含有马铃薯100g、葡萄糖16g的摇床液体培养基，在25℃下静置12h后于140r/min摇床培养4d制备摇床种子，将培养基进行121℃，25min灭菌后装入100L发酵罐中，将摇床种子接入装有发酵培养基的发酵罐中发酵，接种量10％，发酵温度为27℃，发酵时进行通气搅拌，深层发酵条件为：pH变化范围控制在4.5-5.0，100L发酵罐培养前期24h，通气量为1:1，v/v·min，搅拌速度为150r/min；24h至72h发酵结束，通气量控制在1.2:1，v/v·min，搅拌速度为180r/min。
对比例1
一种普通产多糖的平菇液体菌种培养基，所述培养基包括：玉米粉10g，白砂糖20g，KH2PO4 2g，MgSO4·7H 0 1g，VB1 0.05g，自来水1L，调节pH至4.8；将平菇菌种接种至含有马铃薯200g、葡萄糖24g、琼脂246g的母体培养基，在温度为22-26℃，湿度为60-70％RH的PDA斜面培养基上活化，培养时间7-12d；再从PDA斜面培养基取10块1cm2大小的菌丝体接入含有马铃薯100g、葡萄糖16g的摇床液体培养基，于25℃，静置12h后，以140r/min摇床培养4d制备摇床种子；将培养基进行121℃，25min灭菌后装入100L发酵罐中，将摇床种子接入装有发酵培养基的发酵罐中发酵，接种量10％，发酵温度为27℃，发酵时进行通气搅拌，深层发酵条件为：pH变化范围在4.5-5.0，100L发酵罐培养前期24h，通气量为1:1，v/v·min，搅拌速度为150r/min；24h至72h发酵结束，通气量控制在1.2:1，v/v·min，搅拌速度为180r/min。
对比例1
一种普通产多糖的香菇液体菌种培养基，培养基配方为：玉米粉10g，白砂糖20g，KH2PO4 2g，MgSO4·7H20 1g，VB10.05g，自来水1L，调节pH至4.8；将香菇菌种接种至含有马铃薯200g、葡萄糖24g、琼脂24g的母体培养基，在温度为22-26℃，湿度为60-70％RH的PDA斜面培养基上活化，培养时间7-12d；再从PDA斜面培养基取10块1cm2大小的菌丝体接入含有马铃薯100g、葡萄糖16g的摇床液体培养基，于25℃，静置12h后，以140r/min摇床培养4d制备摇床种子；将培养基进行121℃，25min灭菌后装入100L发酵罐中，将摇床种子接入装有发酵培养基的发酵罐中发酵，接种量10％，发酵温度为27℃，发酵时进行通气搅拌，深层发酵条件为：pH变化范围在4.5-5.0，100L发酵罐培养前期24h，通气量为1:1，v/v·min，搅拌速度为150r/min；24h至72h发酵结束，通气量控制在1.2:1，v/v·min，搅拌速度为180r/min。
对比例3
一种普通产多糖的木耳液体菌种培养基，培养基配方为：玉米粉10g，白砂糖20g，KH2PO4 2g，MgSO4·7H20 1g，VB1 0.05g，自来水1L，调节pH至4.8；将木耳菌种接种至含有马铃薯200g、葡萄糖24g、琼脂24g的母体培养基中，在温度为22-26℃，湿度为60-70％的PDA斜面培养基上活化，培养时间7-12d；再从PDA斜面培养基取10块1cm2大小的菌丝体接入含有马铃薯100g、葡萄糖16g的摇床液体培养基，于25℃，静置12h后，以140r/min摇床培养4d制备摇床种子；将培养基进行121℃，25min灭菌后装入100L发酵罐中，将摇床种子接入装有发酵培养基的发酵罐中发酵，接种量10％，发酵温度为27℃，发酵时进行通气搅拌，深层发酵条件为：pH变化范围在4.5-5.0，100L发酵罐培养前期24h，通气量为1:1，v/v·min，搅拌速度为150r/min；24h至72h发酵结束，通气量控制在1.2:1，v/v·min，搅拌速度为180r/min。
试验对比
分别对实施例1-3和对比例1-3中的木腐菌生长进行观察记录，培养生长情况如下表所示：
Figure BDA0002819567750000091
Figure BDA0002819567750000101
通过试验可知，发酵培养液中营养物质逐渐被吸收，颜色由棕黄转变成浅黄，气味由糖香味逐渐转变成菇香味。开始摇床培养后24h后开始产生菌球，第二天菌球繁殖速度加快，到第三天菌球达到最高密度90％，此时液体菌种密度最高，菌球表面有大量毛刺，悬浮力好，菌球大小适宜，菌种活力最强，是栽培的最佳时间。
评价方法
统计实施例1-3的实验样品和对比例1-3试验样品的菌丝体干重，详细结果见下表。
菌丝体干重的测定方法为：取发酵液，用布氏漏斗抽滤得菌丝体，然后于60℃烘干至恒重，以每1L发酵液中菌丝体干质量(g/L)计，取平均值。
按GB/T15672-2009食用菌中总糖含量的测定中的方法对实施例1-3实验样品和对比例1-3试验样品中木耳、香菇和平菇进行测定；详细结果见下表。
Figure BDA0002819567750000111
从上表可以看出，本发明实施例1-3中以木腐菌为菌种、红薯废水为底物制备培养基发酵培养菌丝体，红薯废水中高含量的纤维素和淀粉是极好的发酵营养基质，得到的木腐菌菌丝体产量、多糖含量、多糖纯度与现有技术对比例1-3相比，均有显著提高，本发明提出的一种基于红薯废水深层发酵高产多糖的制备方法，提供一种操作简单、成本低、产量高的多糖制备途径。
本发明的以上实施例仅运用于说明此技术方案而非局限，应当指出，本领域的普通技术人员应该了解，依据对本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、同等变化和修饰，均任属于本发明的技术范围内。

Claims (8)

1.一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：配置针对木腐菌多糖发酵的液体发酵培养基；
S2：将经活化的木腐菌菌种接种至摇床液体培养基中制备发酵种子液；
S3：将步骤S2中所得发酵种子液接种至步骤S1所得的液体发酵培养基中，并将接种后的液体发酵培养基装入发酵罐中深层发酵。
2.根据权利要求1所述的一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，其特征在于：所述步骤S1的液体发酵培养基以1000ml红薯废水为底物，其他组分及其质量所占红薯废水质量的比重为：玉米粉0.1-0.15％，白砂糖2-4％，KH2PO4 0.1-0.2％，MgSO4·7H20 0.1-0.2％，VB1 0.05-0.08g/L，调节液体发酵培养基pH至4.5-5.5。
3.根据权利要求2所述的一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，其特征在于：所述红薯废水指蒸煮鲜红薯所得的新鲜红薯废水，并通过高温蒸汽灭菌或巴士杀菌处理，该红薯废水所含碳浓度为7-14g/L、氮浓度为0.25-0.5g/L。
4.根据权利要求3所述的一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，其特征在于：所述高温蒸汽灭菌条件为121℃，20-30min；巴氏杀菌条件为在62-65℃下，保持30min。
5.根据权利要求1所述的一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的活化为将木腐菌接种于含有马铃薯100-200g、葡萄糖16-26g、琼脂16-26g的母体斜面培养基上活化，活化的温度为22-26℃，湿度为60-70％，时间为7-12d。
6.根据权利要求1所述的一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的发酵种子液制备为：从经活化的母体斜面培养基取5-10块豆粒大小的木腐菌菌种块接入含有马铃薯100-200g、葡萄糖16-26g的摇床液体培养基，静置12-24h后于140-160r/min、22-26℃下摇床培养3-5d。
7.根据权利要求1所述的一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，其特征在于：所述步骤S3的接种量为5-10％，发酵温度为25-28℃，发酵时通气搅拌。
8.根据权利要求5所述的一种基于红薯废水深层发酵生产木腐菌多糖的制备方法，其特征在于：所述通气搅拌的条件为100L发酵罐在培养前期24h，通气量为1-1.2:1，v/v·min，搅拌速度为120-150r/min；24h至发酵结束，通气量控制在1.2-1.5:1，v/v·min，搅拌速度为160-180r/min。
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