食用菌深层发酵技术及应用

细履平沙

食用菌深层发酵技术及应用
  
    3.食用菌深层发酵技术：
    (1)食用菌深层发酵的工艺和设备：食用菌深层发酵生产工艺与谷氨酸、柠檬酸、酶制剂和抗生素发酵的生产工艺基本相同。只是食用菌深层发酵的规模小于其他工业发酵。例如，国内目前灵芝深层发酵生产规模为5吨发酵罐，银耳芽孢深层发酵罐为1吨罐，香菇发酵罐为500升等，而其他工业发酵的规模均在几十吨到几百吨。但其工艺流程与其他发酵类相同(图6、图7)。

斜面菌种→摇瓶种子→50升种子罐←∣
                         ↓    ∣
                  500升种子罐←∣←分过滤器
                         ↓    ∣     ↑
                    5吨发酵罐←∣  总分过滤器
                         ↓           ↑
              ──────         油水分离器
             ↓                       ↑
         ──────               冷却器
         ↓ ↓  ↓ ↓                 ↑
         液 加  加 加                空压机
         体 工  工 工                 ↑
         菌 制  成 成                空气  
         种 药  调 饮
                味 料
                品   
                   图6  食用菌深层发酵生产工艺流程示意图

     1)斜面菌种：斜面菌种是培养在斜面培养基上的菌种。常用的培养基有马铃薯葡萄糖琼脂培养基或10～15波美度麦芽汁琼脂培养基。斜面菌种要生长好，活力强(最好是正在生长的菌种)。若母种为矿油种或冷冻干燥的菌种，必须先移接活化，打破休眠。
     2)摇瓶菌种：摇瓶菌种是从斜面菌种繁殖来的菌种。它为液体培养，通常是用500毫升三角瓶装100毫升培养基，接种后，在25℃下振荡培养3～10天。振荡机有两类，旋转式转速220转/分，往复式可选80～120次/分，振幅为6～7厘米。菌种长好后，将通过无菌操作方法转入盛有玻璃珠的无菌水中，剧烈振荡，以打断菌丝体，制成菌悬液。
     3)种子罐：食用菌深层发酵的种子罐与其他工业发酵相 同。为了保证氧气的供应，既要不断地压人无菌空气，又要不停地搅拌。也可以采用自吸式发酵罐生产。此种发酵罐仅靠搅拌产生的负压将无菌空气吸人，不需要空压机。由于搅拌转速高，提高了氧气在培养基中的溶解度。所以，可缩短发酵时间大约l/3。种子罐的接种量一般为其容积的5%～7%，一级种子罐转二级种子罐接种量为10%。
     4)发酵罐：发酵罐是指食用菌深层发酵的最后一级培养的装置，是容积最大的发酵设备。食用菌深层发酵的培养基成分一般都选来源广，价廉，能就地取材的原料。常用的碳源有工业淀粉、工业葡萄糖及红薯干粉或玉米粉等。氮源主要用黄豆饼粉、蚕蛹粉、鱼粉等。为了降低成本，常常就地取材，利用工业下脚废水作为代用品，如玉米浸出水、豆腐水、糖蜜废母液等。
    食用菌在发酵罐内，其菌丝体有两种形态，一种为普通的菌丝体，另一种是球状的菌球。通常菌球又可分为三类：
    ①绒毛、蓬松状的菌球：具有致密的中心和很蓬松的外表。
    ②致密、光滑的菌球：有致密的结构和光滑的外表。
    ③中空而光滑的菌球：其中心由于自溶而是空的，而外壁则是光滑的。菌球的种类和大小与搅拌的强度有关。较强的搅拌促进形成致密的小菌球，强度低的搅拌，促进外表绒毛状、疏松菌球的发育。只有在强烈的搅拌条件下，才发育成空心光滑的菌球。更强的搅拌可导致菌球破裂。另外，培养基的黏度也影响菌球的大小。加入铁氰化物或乙二胺四乙酸物质时，生成更致密的小菌球。加入羧甲基纤维素、果胶类增黏物质，菌球变小。发酵液中菌丝为菌球，发酵液黏度小，易过滤，但产量低。菌球通常直径为0.5～3.0厘米，菌球过大，接种不方便，而且由于“发育点”少，接种效果不佳。
    通常，种子罐、发酵罐，其罐内培养基温度多维持在25～27℃。为了防止罐外空气进入罐内，造成污染，在通气时，要使罐内压力高于外界(增大气压，氧在培养基中的溶解度也加大)，一般罐压为39～69千帕。通气量为每1米3发酵液通入0.5米3/分空气；搅拌50升罐为470转/分，500升罐为250转/分，5～10吨罐为200转/分。罐内装培养基量为罐容积的60%～80%。
    (2)深层发酵的控制：食用菌菌丝体生长的好坏或代谢产物的多少，与发酵罐中条件控制的好坏有密切关系。它们主要包括以下几个方面：
     1)温度控制：发酵过程中菌体的呼吸会放出热量，搅拌时因机械摩擦会产生搅拌热，而排出气体和罐体的辐射都会失去热量。因此，必须随时注意发酵过程中的温度控制。通常是通过在夹层或在罐体中的蛇形管中加入热水或冷水来调节的。通人热水可升温，通人冷水能降温。发酵前期，由于菌丝生长繁殖慢，产生热量少，此时应注意保温。进入对数期，食用菌旺盛的生理活动，产生许多生物热，此时应注意及时降温。发酵后期，发酵罐内温度变化较慢。但必须注意那些菌丝生长和代谢产物形成最适温度不同的食用菌类，及时调整温度。
     2)溶氧浓度的控制：由于溶氧测定方面的原因，目前食用菌深层发酵中很少测定溶氧浓度。这并不是说它不重要。在发酵中多采取调整搅拌改变通风量来调节。通常刚开始发酵耗氧少，发酵前期菌体大量繁殖，耗氧增加，溶氧浓度下降；中期溶氧浓度逐渐回升，后期耗氧减少，溶氧浓度上升。为此，刚发酵时通风量小，前期通风量大，后期通风量小。小通气量通常为每1米3发酵液通人0.5米3/分空气，大通气量一般为每1米3发酵液通人0.8～1.0米3/分空气。为了提高溶氧，往往还采用机械搅拌，其作用有二：一是将气泡打碎，增加气～液的接触面。二是搅拌能使液体形成涡流，延长气泡在液体中停留的时间。
     3)酸碱度的控制：食用菌深层发酵中pH值下降的现象比较普遍，必须在培养基中加入某些物质如碳酸钙等维持pH稳定，还可以通过补料来调节pH值。当pH过高时，应加糖、加酸来调节；当pH偏低时，应补氨或低浓度氢氧化钠来调节。
     4)泡沫的控制：深层发酵中最易产生泡沫造成大量逃液，浪费原料，造成污染。消除泡沫的方法有机械消泡和化学消泡两种。机械消泡是在搅拌轴上方装消沫器，但效果一般不好。化学消泡，是在发酵液中加入天然油脂或其他化学物质。目前使用较多的有豆油和泡敌(聚氧丙烯甘油)，其消泡力后者是前者的10倍(添加量为培养基总体积的0.02%～0.035%。
    (3)发酵的检测和终点判断：为了经常不断地了解发酵情况，及时采取各种措施，保证发酵的正常进行，确定中止发酵的最佳时间，在发酵过程中，要进行一系列的中间测定，保证发酵的顺利进行，正确确定发酵终点，主要包括了以下几个方面。
     1)纯度检查：定期取发酵液样品用简单染色法或革兰氏染色法制片并用油浸镜检查，检查有没有细菌污染。也可用稀释平板法或瓦克斯曼肉汤培养来确定。瓦克斯曼肉汤的成分为：
         葡萄糖           10克         牛肉膏            5克
         蛋白胨           5克          食盐              5克
         水              1 000毫克     pH                6.8
     将样品接人上述培养肉汤中，在25～30℃下培养1～2天，发生白色混浊就表明其中有细菌侵入。
     2)菌丝镜检：在深层培养的早期和中期，菌丝粗壮，分枝较少；原生质体嗜碱性强，着色深。有些菌种的菌丝有横隔，有锁状联合。而后期菌丝变细，并有大量分枝产生；原生质体嗜碱性弱、色浅，出现较多空泡。此时菌丝通常不再出现横隔或锁状联合，或仅有少量存在，这是菌丝衰老的特征，应提前放罐。
     3)菌球观察：菌丝疏松或紧密地集合在一起，成网状，肉眼观察即为菌球。菌球中空时表明其中菌丝已老化，部分菌丝自溶。最外层的菌丝是较年轻的。有的菌丝在深层培养中呈絮状。菌球表面有或无毛刺，有了毛刺，说明生长旺盛；毛刺消失，菌球变光滑，表明开始老化；菌球颜色由浅变深，也表明老化，在正常发酵中，80％的菌球直径要小于l毫米。
     4)菌丝含量测定：将样品以3000转/分离心10分，菌泥在20～25克/100毫升以上为合格发酵液。在发酵液中菌丝含量不再增加前放罐最好。
     5)代谢产物含量测定：在食用菌深层发酵的过程中，pH值、氨态氮、糖及其他有效成分含量会随菌龄的变化而变化，根据上述数据的变化，制作一条代谢曲线，用此曲线来指导发酵生产的进行和确定终点。
    正常发酵终了时，发酵液的残糖小于1.2％，氨态氮小于30毫克／毫升。

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