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基于富硒条件下高温型香菇的液体培养基优化

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乔艳明, 柳林, 陈文强. 基于富硒条件下高温型香菇的液体培养基优化[J]. 西南大学学报（自然科学版）, 2018, 40(3): 34-41. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.03.005
引用本文: 乔艳明, 柳林, 陈文强. 基于富硒条件下高温型香菇的液体培养基优化[J]. 西南大学学报（自然科学版）, 2018, 40(3): 34-41. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.03.005
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Yan-ming QIAO, Lin LIU, Wen-qiang CHEN. Optimizing the Liquid Medium of High Temperature Type Lentinus edodes Under Se-Enriched Condition[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2018, 40(3): 34-41. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.03.005
Citation: Yan-ming QIAO, Lin LIU, Wen-qiang CHEN. Optimizing the Liquid Medium of High Temperature Type Lentinus edodes Under Se-Enriched Condition[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2018, 40(3): 34-41. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.03.005
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基于富硒条件下高温型香菇的液体培养基优化

  • 1.

    陕西理工大学 生物科学与工程学院, 陕西 汉中 723000

  • 2.

    安康学院 现代农业与生物科技学院, 陕西 安康 725000

  • 基金项目: 陕西省“13115”科技创新工程计划项目(2008ZDGC-04)
详细信息
    作者简介:

    乔艳明(1990-), 男, 陕西渭南人, 硕士, 主要从事微生物资源开发利用研究 .

    通讯作者: 柳林, 副教授; 

  • 中图分类号: S646.1+2

Optimizing the Liquid Medium of High Temperature Type Lentinus edodes Under Se-Enriched Condition

  • 1.

    School of Biological Science and Engineering, Shaanxi Sci-Tech University, Hanzhong Shaanxi 723000, China

  • 2.

    School of Modern Agriculture and Biotechnology, Ankang University, Ankang Shaanxi 725000, China

  • 摘要: 筛选适宜高温型香菇菌丝生长的Na2SeO3质量浓度, 优化其最佳的富硒液体发酵培养基, 拟为富硒香菇的相关产品开发提供参考依据.以高温型香菇Q12菌株为试材, 根据菌丝生长状况确定最佳的Na2SeO3质量浓度, 通过Plackett-Burman设计试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken响应面分析试验及验证试验得到其在富硒条件下的最佳液体发酵培养基.结果表明:富硒条件下香菇Q12菌株液体发酵的最佳培养基组合:玉米粉39.74 g、红糖15.70 g、牛肉粉5.00 g、麦麸15.00 g、KH2PO4 0.80 g、MgSO4·7H2O 1.00 g、Na2SeO3 30.00 mg/L, 利用该培养基发酵得到的香菇菌丝生物量为57.56 g/L, 比优化前提高了1.30倍.数学模型的预测值与试验观察值相符, 相对误差约为5.95%, 响应面法优化富硒条件下高温型香菇的液体发酵培养基可行.
    Abstract: In order to provide reference for the development of shiitake mushroom-related products, the most suitable concentration of Na2SeO3 for the mycelial growth of the high temperature type shiitake mushroom (Lentinus edodes) strain Q12 was selected and its Se-enriched liquid medium was optimized.Through the experiments of initial experimental design of Plackett-Burman, path of steepest ascent, Box-Behnken design and response surface analysis, the optimum liquid fermentation medium of 'Q12' under Se-enriched condition was shown to be corn meal 39.74 g + brown sugar 15.70 g + powdered beef 5.00 g + wheat bran 15.00 g + KH2PO4 0.80 g + MgSO4·7H2O 1.00 g + Na2SeO3 30.00 mg/L.On this optimized fermentation medium, the mycelial biomass of 'Q12' was as high as 57.56 g/L, which was 1.30 times higher than that on the un-optimized medium.The predicted values of a mathematical model were consistent with the experimental observations, the relative error being about 5.95%, and it was, therefore, concluded that the response surface method is feasible for the optimization of Se-enriched liquid medium of high temperature type L.edodes strains.
  • 加载中

  • 图 1  菌丝生物量在红糖和玉米粉交互影响下的响应面图

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    图 2  菌丝生物量在KH2PO4和玉米粉交互影响下的响应面图

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    图 3  菌丝生物量在KH2PO4和红糖交互影响下的响应面图

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    图 4  富硒条件下香菇Q12菌株的菌丝形态

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    表 1  Plackett-Burman试验设计表

    因素/(g·L-1) 水平
    -1 +1
    X1 玉米粉 20.00 30.00
    X2 红糖 5.00 10.00
    X3 麦麸 10.00 15.00
    X4 牛肉粉 5.00 7.50
    X5 KH2PO4 2.00 3.00
    X6 MgSO4·7H2O 1.00 1.50
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    表 4  Plackett-Burman试验设计及响应值

    序号 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 Y/(g·L-1)
    1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 +1 53.23
    2 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 +1 -1 42.34
    3 +1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 50.82
    4 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 35.79
    5 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 55.85
    6 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 57.42
    7 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 30.98
    8 +1 +1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 50.66
    9 -1 +1 +1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 47.19
    10 -1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 41.04
    11 +1 -1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 47.50
    12 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 34.21
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    表 2  Box-Behnken试验设计表

    因素/(g·L-1) 水平
    -1 0 1
    X1 玉米粉 30.00 40.00 50.00
    X2 红糖 10.00 14.00 18.00
    X5 KH2PO4 0.80 1.40 2.00
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    表 3  香菇Q12菌株在不同Na2SeO3质量浓度下的生长速度

    序号
    (不同Na2SeO3质量浓度mg/L)    		 菌丝生长速度/(mm·d-1) 平均生长速度/(mm·d-1)
    1 2 3 4 5
    0.00 0.50 0.51 0.51 0.51 0.50 0.51±0.005
    10.00 0.51 0.52 0.52 0.51 0.52 0.52±0.005
    20.00 0.53 0.53 0.53 0.53 0.54 0.53±0.004
    30.00 0.56 0.56 0.55 0.55 0.56 0.56±0.005
    40.00 0.54 0.54 0.54 0.54 0.53 0.54±0.004
    50.00 0.50 0.52 0.51 0.52 0.52 0.52±0.010
    60.00 0.49 0.49 0.49 0.48 0.49 0.49±0.004
    70.00 0.46 0.47 0.46 0.47 0.46 0.46±0.005
    80.00 0.44 0.44 0.45 0.44 0.44 0.44±0.004
    90.00 0.44 0.42 0.43 0.43 0.43 0.43±0.007
    100.00 0.42 0.42 0.42 0.41 0.42 0.42±0.004
    110.00 0.41 0.41 0.40 0.40 0.41 0.41±0.005
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    表 5  Plackett-Burman实验分析结果(已编码单位)

    项 效应 系数 系数标准误 T p
    常量 45.670 1.126 40.56 0.000
    X1 玉米粉 10.523 5.261 1.126 4.67 0.005
    X2 红糖 9.114 4.557 1.126 4.05 0.010
    X3 麦麸 -0.264 -0.132 1.126 -0.12 0.911
    X4 牛肉粉 -1.632 -0.816 1.126 -0.72 0.501
    X5 KH2PO4 -7.989 -3.994 1.126 -3.55 0.016
    X6 MgSO4·7H2O 0.376 0.188 1.126 0.17 0.874
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    表 6  最陡爬坡试验设计及结果

    序号 X1
    玉米粉/(g·L-1)    		 X2
    红糖/(g·L-1)    		 X5
    KH2PO4/(g·L-1)    		 Y
    菌丝生物量/(g·L-1)
    1 30.00 10.00 2.00 45.16
    2 35.00 12.00 1.70 46.09
    3 40.00 14.00 1.40 47.37
    4 45.00 16.00 1.10 45.53
    5 50.00 18.00 0.80 40.98
    6 55.00 20.00 0.50 38.46
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    表 7  Box-Behnken中心组合因素水平编码表

    序号 因素 Y
    菌丝生物量/(g·L-1)
    X1 玉米粉 X2 红糖 X5KH2PO4
    1 -1 -1 0 35.60
    2 +1 -1 0 51.68
    3 -1 +1 0 43.05
    4 +1 +1 0 50.62
    5 -1 0 -1 51.17
    6 +1 0 -1 50.28
    7 -1 0 +1 34.62
    8 +1 0 +1 49.39
    9 0 -1 -1 38.86
    10 0 +1 -1 51.29
    11 0 -1 +1 41.39
    12 0 +1 +1 34.10
    13 0 0 0 53.80
    14 0 0 0 56.03
    15 0 0 0 57.82
    16 0 0 0 52.86
    17 0 0 0 56.52
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    表 8  回归分析结果

    方差来源 平方和 自由度 均方 F值 p值 显著性
    模型 984.56 9 109.40 25.84 0.000 1 **
    X1 176.00 1 176.00 41.58 0.000 4 **
    X2 16.63 1 16.63 3.93 0.087 9
    X5 128.79 1 128.79 30.43 0.000 9 **
    X1X2 18.13 1 18.13 4.28 0.077 2
    X1X5 61.39 1 61.39 14.50 0.006 6 **
    X2X5 97.25 1 97.25 22.98 0.002 0 **
    X12 28.59 1 28.59 6.75 0.035 5 *
    X22 240.77 1 240.77 56.88 0.000 1 **
    X52 174.34 1 174.34 41.19 0.000 4 **
    残差 29.63 7 4.23
    失拟项 13.11 3 4.37 1.06 0.459 7
    纯误差 16.52 4 4.13
    总离差 1014.19 16
    R2=0.970 8 RAdj2=0.933 2
    注:**为差异极有统计学意义(p＜0.01);*为差异有统计学意义(p＜0.05).
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  • [1] CAO S, DURRANI F A, TÓTH K, et al.Se-Methylselenocysteine Offers Selective Protection Against Toxicity and Potentiates the Antitumour Activity of Anticancer Drugs in Preclinical Animal Models[J].British Journal of Cancer, 2014, 110(7):1733-1743. doi: 10.1038/bjc.2014.85
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    [17] 孟凡云. 羊肚菌胞外多糖与胞内硒多糖抗氧化活性研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2010.
    [18] 丁健峰. 羊肚菌富硒深层发酵工艺及产物功能性研究[D]. 长春: 吉林大学, 2014.
    [19] 郝龙. 茶树菇胞外多糖及胞内硒多糖的提取优化和抗氧化研究[D]. 泰安: 山东农业大学, 2014.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-29
  • 刊出日期:  2018-03-20

基于富硒条件下高温型香菇的液体培养基优化

    通讯作者: 柳林, 副教授; 
    作者简介: 乔艳明(1990-), 男, 陕西渭南人, 硕士, 主要从事微生物资源开发利用研究
  • 1. 陕西理工大学 生物科学与工程学院, 陕西 汉中 723000
  • 2. 安康学院 现代农业与生物科技学院, 陕西 安康 725000
  • 收稿日期:  2016-11-29
基金项目:  陕西省“13115”科技创新工程计划项目(2008ZDGC-04)

摘要: 筛选适宜高温型香菇菌丝生长的Na2SeO3质量浓度, 优化其最佳的富硒液体发酵培养基, 拟为富硒香菇的相关产品开发提供参考依据.以高温型香菇Q12菌株为试材, 根据菌丝生长状况确定最佳的Na2SeO3质量浓度, 通过Plackett-Burman设计试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken响应面分析试验及验证试验得到其在富硒条件下的最佳液体发酵培养基.结果表明:富硒条件下香菇Q12菌株液体发酵的最佳培养基组合:玉米粉39.74 g、红糖15.70 g、牛肉粉5.00 g、麦麸15.00 g、KH2PO4 0.80 g、MgSO4·7H2O 1.00 g、Na2SeO3 30.00 mg/L, 利用该培养基发酵得到的香菇菌丝生物量为57.56 g/L, 比优化前提高了1.30倍.数学模型的预测值与试验观察值相符, 相对误差约为5.95%, 响应面法优化富硒条件下高温型香菇的液体发酵培养基可行.

English Abstract

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  • 硒被认为是人体必需的微量元素之一, 可以预防和治疗肿瘤[1]、癌症[2]等多种疾病.由于地域环境等因素影响, 膳食中硒含量的差异较大, 导致我国民众多处于缺硒状态[3].香菇(Lentinula edodes)是食用真菌中重要的成员之一, 它可以将有毒的无机硒转化为无毒的有机硒, 有利于人体的吸收和利用[4].目前, 液态发酵技术生产的食用菌液体菌种, 已在食用菌的规模化和机械化栽培中得到了广泛应用[5].利用该技术生产的富硒香菇菌丝体、发酵液和子实体是提取硒多糖和硒蛋白的原料, 可以应用于多糖药物和保健品的生产[6].研究表明, 富硒香菇的发酵培养基组成直接决定菌丝体的生物量与代谢产物的积累, 且因香菇的温型不同导致差异较大[7].因此, 对富硒条件下香菇的液体发酵培养基进行探索具有极高的研究和应用价值.

    目前, 富硒香菇的相关研究仍处于起步阶段.林琳等[8]的研究表明, 香菇对无机硒具有极强的耐受和富集能力, 利用Na2SeO3质量浓度为10 μg/mL的液体培养基发酵可以得到有机硒质量分数为230 μg/g的菌丝体, 高于对照组114倍.相关的富硒产品开发仍然停留在实验阶段, 例如利用富含硒蛋白和硒多糖的香菇菌丝体制备具有特殊保健功能的富硒奶粉[9]等.此外, 我国主栽香菇品系繁多, 适用于富硒香菇液体种生产的发酵培养基鲜有报道.彭浩等[10]优化了香菇南山1号的富硒液体发酵培养基:黄豆粉6.0 g/L、玉米粉30.0 g/L、MgSO4·7H2O 0.5 g/L、KH2PO4 1.5 g/L和Na2SeO3 60 mg/L.秦巴山区是我国的香菇主产区之一, 其温润的气候条件非常适合高温型香菇的栽培, 适合其富硒营养强化的液体发酵培养基仍未有研究.

    本研究以秦巴山区主栽的高温型香菇Q12菌株为试材, 根据菌丝生长状况确定最佳的Na2SeO3质量浓度, 通过Plackett-Burman设计试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken响应面分析试验及验证试验得到其在富硒条件下的最佳液体发酵培养基, 以期为富硒香菇的相关产品开发提供依据.

1.   材料和方法

    1.1.   试验材料

  • 供试香菇Q12菌株:由陕西省食药用菌工程技术研究中心提供.该菌株属高温早熟袋栽品种, 7-8月出菇, 出菇天数90 d, 出菇温度25 ℃, 温度高时子实体中等, 温度低时子实体大型, 但产量下降; 子实体茶褐色, 菌柄短, 菌盖中厚, 抗高温能力强, 抗杂菌能力弱, 是秦巴山区夏季高温香菇的主栽品种.

    基础培养基为:玉米粉20.00 g、红糖10.00 g、牛肉粉5.00 g、麦麸10.00 g、KH2PO4 3.00 g、MgSO4·7H2O 1.50 g、H2O 1.00 L和pH自然.

    主要试剂和仪器:KH2PO4、Na2SeO3和MgSO4·7H2O均为分析纯; 牛肉粉、琼脂购自北京奥博星生物技术有限责任公司; 麦麸、红糖和玉米粉(均为食品级)市购; 试验用水为纯化水; TB-214电子分析天平(北京赛得利斯仪器系统有限公司); LRH-250-GS数显式恒温培养箱(广东省医疗器械厂); ZHWY-210 2C数显式恒温摇床(上海志成有限公司).

    • 1.2.   试验方法

    1.2.1.   菌种活化

  • 无菌条件下, 取香菇Q12菌丝0.5 cm2, 点植于综合马铃薯培养基(CPDA)斜面, 28 ℃将菌丝培养至满管, 4 ℃冰箱保藏备用.

    • 1.2.2.   平板富硒驯化

  • 称取Na2SeO3, 配制质量浓度为1.00 mg/mL的母液, 4 ℃保藏备用.以10 mg/L为质量浓度梯度, 配制Na2SeO3质量浓度为0.00~110.00 mg/L的基础固体培养基.取0.5 cm2大小的菌丝点植于制备好的含有不同Na2SeO3质量浓度的平板中央, 每种处理做5个重复, 28 ℃倒置培养8 d, 每24 h记录菌丝生长情况.

    • 1.2.3.   菌丝平均生长速度的计算

  • 从菌丝点植处向平板边缘画直线, 该点至菌落边缘距离为菌丝总长度, 取平均值.菌丝平均生长速度=菌丝总长度的平均值/培养天数.

    • 1.2.4.   生物量的测定

  • 配制液体培养基, 取1.0 cm2大小的香菇菌丝接种, 静置24 h后于28 ℃、160 r/min摇床发酵20 d.将发酵液抽滤, 用电子天平称湿重.菌丝生物量=菌丝球湿重(g)/发酵液总体积(L).

    • 1.2.5.   Plackett-Burman试验

  • 以玉米粉(X1)、红糖(X2)、麦麸(X3)、牛肉粉(X4)、KH2PO4(X5)、MgSO4·7H2O(X6)等6个因素为研究对象(其他因素取空值), 进行Plackett-Burman试验, 按表 1和表 4配制液体培养基, 每种处理设5个重复, 菌丝生物量(Y)取平均值, 并采用Minitab 15软件对数据进行统计分析.

    • 1.2.6.   最陡爬坡试验

  • 依据Minitab 15软件对Plackett-Burman试验的分析结果, 将正效应显著性因素的值逐步增加, 负效应显著性因素的值逐步减小, 进行最陡爬坡试验, 以期寻找最佳响应区域.对于影响无统计学意义但使生物量升高的因素取“+1”水平, 影响无统计学意义且使生物量降低的因素取“-1”水平.

    • 1.2.7.   Box-Behnken试验

  • 依据最陡爬坡试验结果, 对影响显著的因素(玉米粉X1、红糖X2、KH2PO4 X5)进行3因素3水平的Box-Behnken试验, 因素和水平编码如表 2所示.

    • 1.2.8.   数据处理与分析

  • 利用Minitab 15软件对最佳富硒浓度筛选试验结果和Plackett-Burman试验结果进行方差分析, 采用Design-Expert 8.0.6软件对Box-Behnken试验结果进行分析.

2.   结果

    2.1.   香菇Q12菌株最佳富硒浓度的筛选

  • 香菇Q12菌株在基础固体培养基中28 ℃培养, 每隔24 h记录菌丝生长情况, 结果如表 3所示.试验结果表明, 在不同Na2SeO3质量浓度下, 香菇Q12菌株的生长速度不同; 低质量浓度Na2SeO3对菌丝生长有促进作用, 当Na2SeO3质量浓度小于30 mg/L时, 菌丝生长速度随Na2SeO3质量浓度增加而缓慢增加; 高质量浓度Na2SeO3对菌丝生长有抑制作用, 当Na2SeO3质量浓度大于30 mg/L时, 菌丝生长速度随Na2SeO3质量浓度增加而逐渐降低; 当Na2SeO3质量浓度等于30 mg/L时, 菌丝生长速度达到最大, 为0.56±0.005 mm/d.因此, 香菇Q12菌株最佳富硒质量浓度为30 mg/L.

    • 2.2.   Plackett-Burman设计试验结果

  • 进行n=12的Plackett-Burman试验, 考察玉米粉(X1)、红糖(X2)、麦麸(X3)牛肉粉(X4)、KH2PO4(X5)、MgSO4·7H2O(X6)等11个因素(X7-X11为空值)对菌丝生物量(Y)的影响, 试验结果如表 4所示.采用Minitab 15软件对试验结果(已编码单位)进行分析, 结果如表 5所示.表 4和表 5结果表明, 对菌丝生物量影响显著的因素为玉米粉(X1)、红糖(X2)和KH2PO4 (X5).其中, X1与X2增加时, 菌丝生物量增加有统计学意义(p＜0.05), 为正效应因素.而X5增加时, 菌丝生物量降低有统计学意义(p＜0.05), 为负效应因素.

    • 2.3.   最陡爬坡试验结果

  • 为了将响应面拟合逼近其最佳响应区域, 更好地反映出真实情况, 在Plackett-Burman试验基础上, 将玉米粉(X1)和红糖(X2)的值逐步增加, KH2PO4 (X5)的值逐步减小(其他的因素取值为:牛肉粉5.00 g/L、麦麸15.00 g/L、MgSO4·7H2 1.00 g/L), 进行最陡爬坡试验, 试验设计及结果如表 6所示.表 6结果表明, 在红糖14.00 g/L、玉米粉40.00 g/L和KH2PO4 1.40 g/L时, 香菇Q12菌株的菌丝生物量最大为47.37 g/L, 应将此作为最佳响应区域.

    • 2.4.   Box-Behnken试验设计与分析

  • 根据表 2中的因素水平设计, 利用Design-Expert 8.0.6软件设计3因素3水平Box-Behnken试验, 结果如表 7所示.表 7的结果分析见2.5和2.6.

    • 2.5.   回归模型方差分析结果

  • 以X1, X2和X5为变量, Y为响应值, 利用Design-Expert 8.0.6软件对表 7数据进行处理, 得到表 8回归方程方差分析表.表 8结果表明, X12项有统计学意义; X1, X5, X1X5, X2X5, X22, X52项极有统计学意义, X2, X1X2无统计学意义.模型p值为0.000 1, 可信度水平为99.99%, 因此模型有意义, 二次回归方程可靠.失拟项无统计学意义(p值0.459 7＞0.05), 说明试验操作可信.另外从F值可得到X1, X2和X5对Y的影响顺序:X1＞X5＞X2, 即玉米粉＞KH2PO4＞红糖.利用Design-Expert 8.0.6软件进行非线性的二次多项式拟合, 得到的预测模型如下:

    Y=-161.911 65+2.384 75X1+18.599 19X2+46.007 64X5-0.053 228X1X2+0.652 92X1X5-2.054 53X2X5-0.026 058X12-0.472 62X22-17.874 31X52

    • 2.6.   响应面及等高值分析结果

  • 利用回归方程分析结果绘制香菇Q12菌丝生物量随各因素变化的响应曲面图, 由响应曲面图知玉米粉、红糖、KH2PO4 3个因素对菌丝生物量的影响(图 1、图 2和图 3).每个响应曲面分别代表着两个独立因素之间的交互作用, 另一因素保持在0水平.图 1结果显示, 在低红糖条件下, 随着玉米粉质量浓度增加, 菌丝生物量呈缓慢增加至平稳趋势; 在高红糖条件下, 随着玉米粉质量浓度增加, 菌丝生物量呈先缓慢增加至平稳后略有下降趋势; 在低玉米粉质量浓度较低条件下, 随着红糖的增加, 菌丝生物量呈先迅速增加至平稳后缓慢下降趋势; 在高玉米粉质量浓度较高条件下, 随着红糖的增加, 菌丝生物量呈先缓慢增加至平稳后缓慢下降趋势.图 2结果显示, 在低KH2PO4质量浓度条件下, 随着玉米粉质量浓度增加, 菌丝生物量呈先略有上升后略有下降趋势; 在高KH2PO4质量浓度条件下, 随着玉米粉质量浓度增加, 菌丝生物量呈迅速上升至平稳趋势; 在低玉米粉质量浓度条件下, 随着KH2PO4质量浓度增加, 菌丝生物量呈先迅速上升至平稳后略有下降趋势; 在高玉米粉质量浓度条件下, 随着KH2PO4质量浓度增加, 菌丝生物量呈先缓慢上升至平稳后缓慢下降趋势.图 3结果显示, 在低KH2PO4质量浓度条件下, 随着红糖质量浓度增加, 菌丝生物量呈先迅速上升至平稳后略有下降趋势; 在高KH2PO4质量浓度条件下, 随着红糖质量浓度增加, 菌丝生物量呈先缓慢上升至平稳后迅速下降趋势; 在低红糖质量浓度条件下, 随着KH2PO4质量浓度增加, 菌丝生物量呈先缓慢上升至平稳后缓慢下降趋势; 在高红糖质量浓度条件下, 随着KH2PO4质量浓度增加, 菌丝生物量呈先略有上升至平稳后迅速下降趋势.

    为了降低生产成本, 尽可能采用有机廉价的原料, 采用Design-Expert 8.0.6对最优结果进行预测.在“criteria”选项中选择KH2PO4的质量浓度为最小值, 玉米粉和红糖的质量浓度为平均值, 菌丝生物量为最大值, 得到富硒条件下香菇Q12菌株液体发酵培养基的最佳配方:玉米粉39.74 g/L、红糖15.70 g/L、牛肉粉5.00 g/L、麦麸15.00 g/L、KH2PO4 0.80 g/L、MgSO4·7H2O 1.00 g/L和Na2SeO3 30.00 mg/L, 利用该培养基得到的香菇Q12菌丝生物量的拟合值为54.33 g/L.

    • 2.7.   验证试验

  • 采用最优培养基配方做验证性试验, 最终得到香菇Q12菌丝生物量为57.56 g/L, 其菌丝形态如图 4.在初始培养条件下香菇Q12菌丝生物量为44.40 g/L, 优化后提高了1.30倍.实测值与拟合值相比, 相对误差约为5.95%.结果表明, 该模型的可靠性较高, 可以很好地预测试验结果, 响应面法优化富硒条件下香菇Q12菌株液体培养基是可行有效的.

3.   讨论

  • 研究表明, 香菇菌丝对硒的耐受和富集能力较强[11].本研究以Na2SeO3为无机硒源, 考察高温型香菇Q12菌株在不同Na2SeO3质量浓度梯度下的生长速度, 发现低质量浓度对其菌丝生长有一定的促进作用, 质量浓度过高对其菌丝生长有抑制作用, 这与彭浩等[10]的研究结论相同.并且由于香菇菌种的差异, 其耐硒能力差异较大, 香菇Q12菌株耐受Na2SeO3的最佳质量浓度为30.00 mg/L.彭浩[10]等对香菇“南山1号”菌株进行富硒驯化, 其耐受Na2SeO3的最佳质量浓度均为60 mg/L.

    另外在优化生产工艺的过程中, 响应面试验比正交试验有更多的优势[12], 如可以考察因素的交互作用、结果更加可靠等[13-15].本研究考察了玉米粉、红糖等6个因素对菌丝生物量的影响, 并得到相应的预测模型, 发现香菇Q12菌株的菌丝在碳源的利用过程中先消耗结构简单的红糖(双糖), 再消耗结构复杂的玉米粉, 这与微生物碳源代谢的基本规律一致.各因素间的交互作用结果显示, KH2PO4是香菇菌丝生长过程中必要的无机盐, 在一定浓度范围内KH2PO4可以促进香菇菌丝的生长[16].在富硒香菇菌丝体的发酵生产中, 菌丝生物量是衡量液体种质量的关键因素之一.陈文强等[5]对香菇南山1号菌株的液体发酵工艺进行研究, 得到的菌丝生物量为51.004 g/L.本研究得到香菇Q12菌株在富硒条件下的菌丝生物量为57.56 g/L, 比香菇南山1号菌株多12.85%, 得到香菇菌丝的生物量高、菌丝球小、密度大且大小均匀, 同时原料成本低廉且发酵工艺简单, 可为高温型富硒香菇的液体种生产提供理论参考.富硒条件下, 发酵得到的食用菌菌丝体可作为胞内硒多糖、硒蛋白提取的原料, 这在孟凡云[17]和丁健峰[18]的研究中得到了较好的证明; 本研究得到的富硒香菇菌丝生物量高, 可作为胞内硒多糖和硒蛋白提取的原料.研究表明, 在食用菌的富硒发酵过程中, 会在发酵液中代谢大量的胞外硒多糖等活性成分[19], 而且香菇发酵液中的多糖产量和菌丝中的多糖产量相当[20].香菇Q12菌株的硒多糖等活性成分的提取工艺还有待进一步探索.

4.   结论

  • 本研究通过单因素试验确定了香菇Q12菌株的最佳富硒质量浓度Na2SeO3 30.00 mg/L; 利用响应面分析法结合生产实际得到了香菇Q12菌株的最佳液体培养基配方:玉米粉39.74 g/L、红糖15.70 g/L、牛肉粉5.00 g/L、麦麸15.00 g/L、KH2PO4 0.80 g/L、MgSO4·7H2O 1.00 g/L和Na2SeO3 30.00 mg/L, 可为高温型富硒香菇液体种的生产提供参考, 以及为香菇硒多糖等活性成分的提取提供依据.

参考文献 (20)

目录

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