食用菌发酵的现状与应用研究进展

食用菌发酵的现状与应用研究进展

蘑菇是21世纪人类食物中不可或缺的绿色植物。它具有蛋白、低脂肪、低热量和众所周知的特点。被称为“植物食品的高峰”、“素中肉”、“上帝食品”和“健康食品”。因为细菌中含有大量生物活性物质，如葡萄糖、茶多酚和其他极其丰富的生物活性成分。它对肿瘤、降血脂、调节身体免疫、保护心脑血管等都有很高的药用价值。食用菌在生长过程中,能够分泌一系列的酶,可将纤维素、木质素类大分子物质降解转化为菌体蛋白和多糖等,因此具有较高的营养价值和增强机体免疫的功能。利用食用菌生长过程中的这一特点,可以实现食用菌的深层发酵栽培,废水、废渣的发酵循环再利用,提取真菌多糖,提高饲料的利用率和适口性等。本文就食用菌发酵的现状和应用研究进展进行了综合分析,为食用菌发酵的进一步研究和应用提供参考。1液体深层发酵培养蛋白的特点按发酵时所选用培养基的不同,食用菌发酵主要有2种类型:固体发酵和液体发酵。固体发酵主要适用于食用菌的固体栽培料栽培,主要目的是获得食用菌子实体;液体发酵主要是利用液体培养基,在发酵罐中培养食用菌,主要目的是获得大量的食用菌菌丝体。与固体发酵相比,液体发酵具有以下优势和特点:(1)食用菌菌丝的生长速率快,对培养液中的营养成分利用率高,生长周期短,产量高。(2)能作为液体种子代替固体种子,菌龄一致,接种方便,便于大规模工业化生产。(3)液体深层发酵培养所产生的活性物质品种多而且产量高。(4)可以有效地减少菌体污染,一些尚不能人工栽培的野生菌可通过液体深层发酵获得目标产品。自1948年至今,已有50余种食用、药用菌采用深层培养方式,如双孢蘑菇、香菇、侧耳、毛柄金钱菌、草菇、羊肚菌等。但食用菌液体发酵存在一定的局限性,具体表现为:(1)设备昂贵。食用菌液体发酵需要投资整套发酵设备,而设备价格昂贵,并非一般的菇农所能接受,所以目前只能用于工厂化生产,在菇农中推广尚需要一段时间。(2)污染不易控制。食用菌液体发酵过程是一项系统工程,中间任何一个环节都要严格控制,一旦出现种子带菌、接种操作不当、培养基或设备灭菌不彻底、空气过滤不严格、中间补料操作不当等,都会污染发酵罐,从而影响发酵产物的获得。(3)菌种质量检验和鉴定困难。食用菌液体发醉的目标产物——液体菌种,其质量的优劣决定着生产的成败。但是,准确检测和鉴定液体菌种的质量往往不是一件容易的事情,仅凭肉眼很难确定发酵产物的质量,需要通过一定的技术手段、措施和时间。固体发酵和液体发酵各有优缺点,互为补充。在实际生产中往往根据需要和实际条件进行相应选择。2食用菌真菌多糖的开发和提取2.1降解木质素和纤维素,提高秸秆、菌糠等饲料的营养价值和适口性由于秸秆等饲料中的非水溶性木质素和纤维素之间结合牢固,很难被酸或酶水解,所以切碎、蒸煮、氨化、碱化、酸化等物理或化学方法奏效甚微。借助于食用菌生长过程中分泌的一系列活性酶,选用降解木质素和纤维素能力较强的食用菌(香菇、平菇等白腐菌类)直接发酵,作用于农作物秸秆、菌糠等饲料,可以使饲料中菌体蛋白的含量达5%以上,秸秆中木质素降解率为40%~60%,纤维素和半纤维素降解率为20%~30%,干物质损失10%~20%。用白腐真菌发酵切碎的麦秸,不仅粗蛋白质含量有所提高,且秸秆的消化率可提高2~3倍;用白腐真菌发酵稻草时,发酵后的稻草木质素含量降低13.7%~29.9%,蛋白质含量增加24.6%~72.4%。食用菌发酵处理秸秆后,大部分非蛋白氮转化为质量较高的菌体蛋白,不仅提高了秸秆的养分含量,而且使秸秆的pH值由7.0降至4.0左右,并抑制了其他腐生菌的繁殖,有利于秸秆的长期保存。同时由于秸秆中的大部分木质素被微生物降解,秸秆质地柔软,具有一定的酒香味,明显改善了秸秆的适口性,提高了家畜对秸秆的消化率,使秸秆成为反刍动物的一种营养价值较高、廉价的能量饲料。2.2大规模工业化生产食用菌菌丝,获取真菌多糖和菌体蛋白近几十年来,食用菌发酵尤其是液体发酵技术已经取得了可喜的成就,这归功于在液体发酵中,菌丝细胞能在反应器内处于最适宜温度、酸碱度、氧气和碳氮比等环境下生长,呼吸作用所产生的代谢废气又能及时排放,因此新陈代谢旺盛,菌丝生长分裂迅速,能在短时间内产生大量的菌丝体。深层发酵所得的菌丝体与野生子实体在营养成分与生理功能上相似,因此,采用液体深层发酵技术进行大规模的食用菌菌丝工业化生产,可使食用菌菌丝块在市场上销售成为现实。食用菌菌丝的工业化生产为真菌多糖的开发和提取提供了原料。目前我国市场上投放的真菌多糖类保健品已有上百种之多。真菌多糖的开发和提取之所以得到这样迅速的发展,主要原因在于真菌多糖作为一种生物非特异性免疫促进剂,在国际上被称为“生物反应调节剂”,具有抗肿瘤、抗病毒、延缓衰老、降血脂、护肝排毒、促进核酸和蛋白质生物合成、抗感染、抗辐射、抗毒物损伤、抗水肿、抗晕、祛痰镇咳等多种生物功效。因而自1958年Brander报道了酵母细胞壁多糖具有抗肿瘤作用以来,食用真菌多糖在生物学、医学、药物学、食品科学等多个领域被广泛关注。除此之外,利用食用菌生长过程中能够分泌一系列酶的特性,采用食用菌(金针菇、红平菇、真姬菇等)发酵转化一些废水、废渣(如酱渣、淀粉工业废水、中药废渣以及海带废渣等)中的有机质、纤维素以及木质素等,不仅可解决废水、废渣的处理问题,减少了环境污染,而且还能得到具有较高营养价值和免疫增强功能的菌体蛋白和真菌多糖,从而提高废水、废渣的循环利用价值。2.3获得较强抑菌活性的食用菌发酵液,可开发为植物抑菌剂或者食品防腐剂一些食用菌(如绒白乳菇、凤尾菇、虎奶菇等)发酵后,发酵液中含有糖、酶、小分子化合物等多种营养和活性物质,具有一定的抗菌、抗病毒等活性,有的抑菌活性还比较强,有望开发成为植物抑菌剂或者食品防腐剂。研究表明,绒白乳菇发酵液及其提取物对部分常见食品污染微生物、杨树叶枯病菌的生长有抑制作用,主要表现在该提取物对供试细菌的抑制能力强于真菌,对金黄色葡萄球菌的抑制能力最强;其次为枯草杆菌与大肠杆菌,而对酵母菌的抑制作用微弱;对黑根霉、黑曲霉均不具有抑制作用。绒白乳菇发酵液提取物对叶枯病菌生长具有较强的抑制作用,起抑制作用的原因可能是该提取物对叶枯病菌菌体生长和孢子萌发过程,以及对其体内蛋白质含量与合成的影响,能使叶枯病菌菌丝部分膨大、畸形、原生质浓缩,产生溶壁现象,也能使其孢子不萌发或萌发异常,而且处理时间越长,抑制作用越明显。虎奶菇发酵液在不同发酵条件下表现出不同的抑菌活性,在温度30℃、培养基装量80mL/250mL三角瓶、起始pH为7.0、摇床转速160r/mim、发酵培养6d时,虎奶菇发酵液的抑菌活性最高。凤尾菇发酵液乙酸乙酯萃取物硅胶柱洗脱组分Epsc1具有抗菌活性,对金黄色葡萄球菌的抑制作用最强,优于部分食品防腐剂。利用液体深层发酵培养,从凤尾菇中开发出的天然食品防腐剂,具有无毒性或毒性很小的特点。2.4获取具有一定抑瘤活性的发酵提取物,开发预防肿瘤的保健食品或药物食用菌一般都是经过人体长期食用和动物毒性实验证明口服无毒或毒性很小的,所以其多糖经口服也应是无毒的。一些药食兼用的大型食用菌,如香菇、松口菇、巴西蘑菇等,经深层发酵后得到的发酵提取物具有很好的抗癌和提高人体免疫功能的作用,已被广泛地用于治疗癌症或化疗的辅助药物,更多地则被当作提高免疫力、预防各种疾病的功能食品。用固体培养料栽培巴西蘑菇,其子实体产量不仅低,而且也不稳定;而其液体发酵菌丝体中的营养成分和药效与子实体的相近,因此可以用液体发酵生产的菌丝体替代子实体应用于食品和医药领域。研究发现,巴西蘑菇的抗癌功效成分主要是水溶性的活性多糖,从丙酮提取物中分离出的3种甾类成分对Hela肿瘤细胞具有直接杀伤作用;正己烷提取物中的抗癌活性成分主要是糖类和脂肪酸,能抑制小鼠体内Ehrlich肿瘤细胞的生长,增强NK细胞和脾淋巴细胞的活性;巴西蘑菇菌丝体的85%乙醇提物具有较强的抑瘤活性,但起抗肿瘤功效的主要途径既不是增强机体的免疫力,也不是对肿瘤细胞的直接杀伤,因此其具体的抑瘤机理还需进一步研究。2.5获得具有诱导抗性的发酵液,诱导植物产生防卫反应诱导抗性是指植物受到适当刺激后获得的对随后病原菌侵染的抵抗能力。在许多植物上诱导的防卫反应不仅在植物的初侵染部位得到了增强,而且在未受侵染、空间上隔离的部位也得到了增强,这种诱导抗性又被称为系统性获得抗性(SAR)。SAR的主要特征就是寄主植物水杨酸(SA)合成的增加和SAR基因的激活,包括编码病程相关蛋白的基因,其中PR-2为β-1,3-葡聚糖酶,PR-3为几丁质酶,它们通常被用作诱导抗性的标记。研究表明,金针菇发酵液提取物能在甜瓜上诱导几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶的产生,使得PO、PPO和PAL的活性增强,进而诱导SAR的产生,降低白粉菌的侵染,因此可以作为诱导剂诱导植物产生防卫反应。2.6食用菌发酵液对植物具有促进生长,对植物害虫具有防治作用植物根结线虫的寄主有3000多种,具有寄主范围广、危害巨大、防治难度大的特点。化学杀虫剂易导致地下水污染、人畜中毒、药物残留及线虫抗药性的产生,因而植物寄生线虫的生物防治成为线虫综合治理的前沿和热点。用于试验测试的食用菌,如粗皮侧耳,能够抑制侵染和消除线虫,其杀虫机理为杀主寄生,茶树菇菌渣对根结线虫也有一定的防治作用。研究发现,不同食用菌发酵液对番茄的促生长作用相差很大,秀珍菇、猴头菇发酵液对番茄有明显的促生长作用,平菇、杏鲍菇等也有促生长作用,而大球盖菇、金针菇、北虫草等则会抑制番茄苗的生长。几乎每一种食用菌发酵液都对根结线虫有一定的防治作用,其中,杏鲍菇对根结线虫防治效果最明显,防效达到95.5%;其发酵液对根结线虫2龄幼虫的校正致死率为26.3%,自然土中25d对根结线虫2龄幼虫校正致死率为73.5%,室内栽培试验防效为95.5%,与平菇相比,杏鲍菇具有更大的应用潜力。3食用菌的发酵技术利用食用菌发酵虽然可以提高秸秆、菌糠等饲料的营养价值和适口性,但在生产应用上还有一些局限,主要表现在:(1)发酵周期长,不利于商品化生产;(2)发酵前的灭菌处理在规模化生产中难以实现;(3)目前人们还只是被动地处理秸秆、菌糠等农副产品,这与利用食用菌大量处理秸秆、菌糠的目标还存在很大差距,主要是因为食用菌生产工艺较复杂,费工费时,成本较高;(4)要实现秸秆、菌糠的食用菌发酵,就需要选择快速降解木质素而不致