食用菌發酵的現狀與應用研究進展

蘑菇是21世紀人類食物中不可或缺的綠色植物。它具有蛋白、低脂肪、低熱量和眾所周知的特點。被稱為“植物食品的高峰”、“素中肉”、“上帝食品”和“健康食品”。因為細菌中含有大量生物活性物質，如葡萄糖、茶多酚和其他極其豐富的生物活性成分。它對腫瘤、降血脂、調節身體免疫、保護心腦血管等都有很高的藥用價值。食用菌在生長過程中,能夠分泌一系列的酶,可將纖維素、木質素類大分子物質降解轉化為菌體蛋白和多糖等,因此具有較高的營養價值和增強機體免疫的功能。利用食用菌生長過程中的這一特點,可以實現食用菌的深層發酵栽培,廢水、廢渣的發酵循環再利用,提取真菌多糖,提高飼料的利用率和適口性等。本文就食用菌發酵的現狀和應用研究進展進行了綜合分析,為食用菌發酵的進一步研究和應用提供參考。1液體深層發酵培養蛋白的特點按發酵時所選用培養基的不同,食用菌發酵主要有2種類型:固體發酵和液體發酵。固體發酵主要適用于食用菌的固體栽培料栽培,主要目的是獲得食用菌子實體;液體發酵主要是利用液體培養基,在發酵罐中培養食用菌,主要目的是獲得大量的食用菌菌絲體。與固體發酵相比,液體發酵具有以下優勢和特點:(1)食用菌菌絲的生長速率快,對培養液中的營養成分利用率高,生長周期短,產量高。(2)能作為液體種子代替固體種子,菌齡一致,接種方便,便于大規模工業化生產。(3)液體深層發酵培養所產生的活性物質品種多而且產量高。(4)可以有效地減少菌體污染,一些尚不能人工栽培的野生菌可通過液體深層發酵獲得目標產品。自1948年至今,已有50余種食用、藥用菌采用深層培養方式,如雙孢蘑菇、香菇、側耳、毛柄金錢菌、草菇、羊肚菌等。但食用菌液體發酵存在一定的局限性,具體表現為:(1)設備昂貴。食用菌液體發酵需要投資整套發酵設備,而設備價格昂貴,并非一般的菇農所能接受,所以目前只能用于工廠化生產,在菇農中推廣尚需要一段時間。(2)污染不易控制。食用菌液體發酵過程是一項系統工程,中間任何一個環節都要嚴格控制,一旦出現種子帶菌、接種操作不當、培養基或設備滅菌不徹底、空氣過濾不嚴格、中間補料操作不當等,都會污染發酵罐,從而影響發酵產物的獲得。(3)菌種質量檢驗和鑒定困難。食用菌液體發醉的目標產物——液體菌種,其質量的優劣決定著生產的成敗。但是,準確檢測和鑒定液體菌種的質量往往不是一件容易的事情,僅憑肉眼很難確定發酵產物的質量,需要通過一定的技術手段、措施和時間。固體發酵和液體發酵各有優缺點,互為補充。在實際生產中往往根據需要和實際條件進行相應選擇。2食用菌真菌多糖的開發和提取2.1降解木質素和纖維素,提高秸稈、菌糠等飼料的營養價值和適口性由于秸稈等飼料中的非水溶性木質素和纖維素之間結合牢固,很難被酸或酶水解,所以切碎、蒸煮、氨化、堿化、酸化等物理或化學方法奏效甚微。借助于食用菌生長過程中分泌的一系列活性酶,選用降解木質素和纖維素能力較強的食用菌(香菇、平菇等白腐菌類)直接發酵,作用于農作物秸稈、菌糠等飼料,可以使飼料中菌體蛋白的含量達5%以上,秸稈中木質素降解率為40%~60%,纖維素和半纖維素降解率為20%~30%,干物質損失10%~20%。用白腐真菌發酵切碎的麥秸,不僅粗蛋白質含量有所提高,且秸稈的消化率可提高2~3倍;用白腐真菌發酵稻草時,發酵后的稻草木質素含量降低13.7%~29.9%,蛋白質含量增加24.6%~72.4%。食用菌發酵處理秸稈后,大部分非蛋白氮轉化為質量較高的菌體蛋白,不僅提高了秸稈的養分含量,而且使秸稈的pH值由7.0降至4.0左右,并抑制了其他腐生菌的繁殖,有利于秸稈的長期保存。同時由于秸稈中的大部分木質素被微生物降解,秸稈質地柔軟,具有一定的酒香味,明顯改善了秸稈的適口性,提高了家畜對秸稈的消化率,使秸稈成為反芻動物的一種營養價值較高、廉價的能量飼料。2.2大規模工業化生產食用菌菌絲,獲取真菌多糖和菌體蛋白近幾十年來,食用菌發酵尤其是液體發酵技術已經取得了可喜的成就,這歸功于在液體發酵中,菌絲細胞能在反應器內處于最適宜溫度、酸堿度、氧氣和碳氮比等環境下生長,呼吸作用所產生的代謝廢氣又能及時排放,因此新陳代謝旺盛,菌絲生長分裂迅速,能在短時間內產生大量的菌絲體。深層發酵所得的菌絲體與野生子實體在營養成分與生理功能上相似,因此,采用液體深層發酵技術進行大規模的食用菌菌絲工業化生產,可使食用菌菌絲塊在市場上銷售成為現實。食用菌菌絲的工業化生產為真菌多糖的開發和提取提供了原料。目前我國市場上投放的真菌多糖類保健品已有上百種之多。真菌多糖的開發和提取之所以得到這樣迅速的發展,主要原因在于真菌多糖作為一種生物非特異性免疫促進劑,在國際上被稱為“生物反應調節劑”,具有抗腫瘤、抗病毒、延緩衰老、降血脂、護肝排毒、促進核酸和蛋白質生物合成、抗感染、抗輻射、抗毒物損傷、抗水腫、抗暈、祛痰鎮咳等多種生物功效。因而自1958年Brander報道了酵母細胞壁多糖具有抗腫瘤作用以來,食用真菌多糖在生物學、醫學、藥物學、食品科學等多個領域被廣泛關注。除此之外,利用食用菌生長過程中能夠分泌一系列酶的特性,采用食用菌(金針菇、紅平菇、真姬菇等)發酵轉化一些廢水、廢渣(如醬渣、淀粉工業廢水、中藥廢渣以及海帶廢渣等)中的有機質、纖維素以及木質素等,不僅可解決廢水、廢渣的處理問題,減少了環境污染,而且還能得到具有較高營養價值和免疫增強功能的菌體蛋白和真菌多糖,從而提高廢水、廢渣的循環利用價值。2.3獲得較強抑菌活性的食用菌發酵液,可開發為植物抑菌劑或者食品防腐劑一些食用菌(如絨白乳菇、鳳尾菇、虎奶菇等)發酵后,發酵液中含有糖、酶、小分子化合物等多種營養和活性物質,具有一定的抗菌、抗病毒等活性,有的抑菌活性還比較強,有望開發成為植物抑菌劑或者食品防腐劑。研究表明,絨白乳菇發酵液及其提取物對部分常見食品污染微生物、楊樹葉枯病菌的生長有抑制作用,主要表現在該提取物對供試細菌的抑制能力強于真菌,對金黃色葡萄球菌的抑制能力最強;其次為枯草桿菌與大腸桿菌,而對酵母菌的抑制作用微弱;對黑根霉、黑曲霉均不具有抑制作用。絨白乳菇發酵液提取物對葉枯病菌生長具有較強的抑制作用,起抑制作用的原因可能是該提取物對葉枯病菌菌體生長和孢子萌發過程,以及對其體內蛋白質含量與合成的影響,能使葉枯病菌菌絲部分膨大、畸形、原生質濃縮,產生溶壁現象,也能使其孢子不萌發或萌發異常,而且處理時間越長,抑制作用越明顯。虎奶菇發酵液在不同發酵條件下表現出不同的抑菌活性,在溫度30℃、培養基裝量80mL/250mL三角瓶、起始pH為7.0、搖床轉速160r/mim、發酵培養6d時,虎奶菇發酵液的抑菌活性最高。鳳尾菇發酵液乙酸乙酯萃取物硅膠柱洗脫組分Epsc1具有抗菌活性,對金黃色葡萄球菌的抑制作用最強,優于部分食品防腐劑。利用液體深層發酵培養,從鳳尾菇中開發出的天然食品防腐劑,具有無毒性或毒性很小的特點。2.4獲取具有一定抑瘤活性的發酵提取物,開發預防腫瘤的保健食品或藥物食用菌一般都是經過人體長期食用和動物毒性實驗證明口服無毒或毒性很小的,所以其多糖經口服也應是無毒的。一些藥食兼用的大型食用菌,如香菇、松口菇、巴西蘑菇等,經深層發酵后得到的發酵提取物具有很好的抗癌和提高人體免疫功能的作用,已被廣泛地用于治療癌癥或化療的輔助藥物,更多地則被當作提高免疫力、預防各種疾病的功能食品。用固體培養料栽培巴西蘑菇,其子實體產量不僅低,而且也不穩定;而其液體發酵菌絲體中的營養成分和藥效與子實體的相近,因此可以用液體發酵生產的菌絲體替代子實體應用于食品和醫藥領域。研究發現,巴西蘑菇的抗癌功效成分主要是水溶性的活性多糖,從丙酮提取物中分離出的3種甾類成分對Hela腫瘤細胞具有直接殺傷作用;正己烷提取物中的抗癌活性成分主要是糖類和脂肪酸,能抑制小鼠體內Ehrlich腫瘤細胞的生長,增強NK細胞和脾淋巴細胞的活性;巴西蘑菇菌絲體的85%乙醇提物具有較強的抑瘤活性,但起抗腫瘤功效的主要途徑既不是增強機體的免疫力,也不是對腫瘤細胞的直接殺傷,因此其具體的抑瘤機理還需進一步研究。2.5獲得具有誘導抗性的發酵液,誘導植物產生防衛反應誘導抗性是指植物受到適當刺激后獲得的對隨后病原菌侵染的抵抗能力。在許多植物上誘導的防衛反應不僅在植物的初侵染部位得到了增強,而且在未受侵染、空間上隔離的部位也得到了增強,這種誘導抗性又被稱為系統性獲得抗性(SAR)。SAR的主要特征就是寄主植物水楊酸(SA)合成的增加和SAR基因的激活,包括編碼病程相關蛋白的基因,其中PR-2為β-1,3-葡聚糖酶,PR-3為幾丁質酶,它們通常被用作誘導抗性的標記。研究表明,金針菇發酵液提取物能在甜瓜上誘導幾丁質酶、β-1,3-葡聚糖酶的產生,使得PO、PPO和PAL的活性增強,進而誘導SAR的產生,降低白粉菌的侵染,因此可以作為誘導劑誘導植物產生防衛反應。2.6食用菌發酵液對植物具有促進生長,對植物害蟲具有防治作用植物根結線蟲的寄主有3000多種,具有寄主范圍廣、危害巨大、防治難度大的特點。化學殺蟲劑易導致地下水污染、人畜中毒、藥物殘留及線蟲抗藥性的產生,因而植物寄生線蟲的生物防治成為線蟲綜合治理的前沿和熱點。用于試驗測試的食用菌,如粗皮側耳,能夠抑制侵染和消除線蟲,其殺蟲機理為殺主寄生,茶樹菇菌渣對根結線蟲也有一定的防治作用。研究發現,不同食用菌發酵液對番茄的促生長作用相差很大,秀珍菇、猴頭菇發酵液對番茄有明顯的促生長作用,平菇、杏鮑菇等也有促生長作用,而大球蓋菇、金針菇、北蟲草等則會抑制番茄苗的生長。幾乎每一種食用菌發酵液都對根結線蟲有一定的防治作用,其中,杏鮑菇對根結線蟲防治效果最明顯,防效達到95.5%;其發酵液對根結線蟲2齡幼蟲的校正致死率為26.3%,自然土中25d對根結線蟲2齡幼蟲校正致死率為73.5%,室內栽培試驗防效為95.5%,與平菇相比,杏鮑菇具有更大的應用潛力。3食用菌的發酵技術利用食用菌發酵雖然可以提高秸稈、菌糠等飼料的營養價值和適口性,但在生產應用上還有一些局限,主要表現在:(1)發酵周期長,不利于商品化生產;(2)發酵前的滅菌處理在規模化生產中難以實現;(3)目前人們還只是被動地處理秸稈、菌糠等農副產品,這與利用食用菌大量處理秸稈、菌糠的目標還存在很大差距,主要是因為食用菌生產工藝較復雜,費工費時,成本較高;(4)要實現秸稈、菌糠的食用菌發酵,就需要選擇快速降解木質素而不致