北冬虫夏草液体发酵工艺技术研究

摘要

北冬虫夏草(Cordycepsmilitaris(L.)Link)，属于麦角菌科虫草属，与冬虫夏草同属异种，它生长在中山区或浅山区，能够在多种昆虫的体内寄生。北冬虫夏草对于生长环境的要求较低，液体发酵可形成菌丝体，人工大规模固体培养可获得子座，药用价值与驰名中外的冬虫夏草相似[1]。北冬虫夏草的成分如虫草多糖和虫草酸，与天然冬虫夏草的含量相当，有些成分的含量甚至超过天然冬虫夏草，如虫草素的含量是天然冬虫夏草的35倍[2]。其有效活性成分虫草多糖(CMPS)被认为是非特异性免疫调节剂，可激活肌体的免疫活性细胞。但北冬虫夏草野生资源少，极大的限制了它的应用，而人工培养可弥补此点，特别是液体发酵可使北冬虫夏草的应用成为可能。目前人工栽培获得成功并开发了系列产品，为滋补保健食品、功能食品和药源开辟了新的途径，随着科技进步，其栽培、应用前景十分广阔。
　　 本文对北冬虫夏草的液体发酵工艺进行了研究。首先筛选出一株适宜液体发酵的菌株，并找到适宜的液体发酵的麦粒培养基作为培养北冬虫夏草的一级种子培养基，这种方法对于生产北冬虫夏草菌丝体具有很多优点，菌丝萌发快、发酵时间短、发菌点多、得到的菌丝球均匀，这在很大程度上有利于北冬虫夏草菌丝体产量的提高。同时，麦粒来源广泛，价格低廉，易于工业化应用。
　　 在摇瓶液体发酵实验中，探讨营养条件（碳源、氮源和无机盐）对北虫草发酵的影响，结果表明，发酵培养基的最佳组成为:蔗糖5.02％、蛋白胨1.02％、MgSO4·7H2O0.049％、KH2PO40.05％。优化后的最优培养条件为:温度25℃，装液量100mL/500mL，接种量12％，初始pH6.0。在此条件下的虫草酸含量8.95％;菌丝体干重3.19g/100mL。
　　 以摇瓶发酵实验为基础，进行了北虫草5L发酵罐上的放大，得到5L发酵罐发酵的最优条件:通风量59L/h、搅拌转速115rpm、菌种菌龄50h，此时，虫草酸含量9.88％;菌丝体干重3.4g/100mL。并得出，在此基础上，采用分段控制pH策略更有利于菌丝体及虫草酸的生成。
　　 对分批发酵中的发酵动力学进行了研究，并分别利用Logistic方程和Luedeking·Piret-like描述了菌体生长和底物消耗的代谢规律，建立了发酵动力学模型。

目录

摘要

1 前言

1．1 北冬虫夏草概述

1．1．1 生物学特征

1．1．2 北虫草的化学成分及其功能

1．2 北冬虫夏草国内外研究综述

1．2．1 固体栽培

1．2．2 液体发酵培养菌丝体

1．3 立题依据及意义

2 北冬虫夏草液体发酵菌种及种子培养基的筛选

2．1．材料与方法

2．1．1 菌种及其来源

2．1．2 主要仪器及设备

2．1．3 培养基

2．1．4 方法

2．2 结果与分析

2．2．1 菌种筛选

2．2．2 种子培养基筛选

2．2．3 pH对菌丝生长的影响

2．3 讨论

3 北冬虫夏草摇瓶培养条件的确定

3．1 材料与方法

3．1．1 材料

3．1．2 方法

3．1．3 实验设计

3．2 结果与分析

3．2．1 生长曲线的确定

3．2．2 发酵培养基的优化

3．2．3 温度的影响

3．2．4 初始pH的影响

3．2．5 溶氧的影响

3．2．6 接种量的影响

3．2．7 最佳发酵条件的确定

3．2．8 发酵条件优化后的动态分析

3．2．9 有效成分检测

3．3 讨论

4 北冬虫夏草5L发酵罐发酵条件的优化及其动力学分析

4．1 材料与方法

4．1．1 材料

4．1．2 方法

4．1．3 实验设计

4．1．4 发酵动力学模型的建立

4．2 结果与分析

4．2．1 Plackett-Burman实验

4．2．2 最陡爬坡实验

4．2．3 5L发酵罐发酵条件的优化

4．2．4 5L发酵罐发酵曲线及其动力学分析

4．2．5 pH对北虫草液体发酵的影响

4．2．6 动力学模型的建立及各参数的估计

4．2．7 动力学模型的分析

4．3 讨论

5 主要结论与展望

5．1 主要结论

5．2 后续应用

参考文献

致谢

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