油酸促进灵芝三萜液态深层发酵的工艺研究及规模化验证

灵芝三萜是灵芝中主要的活性成分之一,前期研究发现油酸可以促进灵芝三萜液态深层发酵下的发酵合成。本研究主要对油酸促进灵芝三萜液态深层发酵的工艺进行优化,并进行3L发酵罐规模的验证。通过单因素实验考察油酸的添加方式、添加时间和添加浓度对灵芝三萜的影响,结合响应面实验,获得最优工艺条件并进行验证：在发酵第32h添加1.21%高温灭菌油酸,最高灵芝三萜含量为42.69mg/g;在发酵第7h添加1.35%过滤除菌油酸,最高三萜含量为43.38mg/g,分别比对照提高2.04倍和2.08倍。在1 000mL摇瓶中添加高温灭菌油酸和过滤除菌油酸,灵芝三萜含量分别为32.18和32.48mg/g,为对照的1.96倍和1.95倍;在3L发酵罐规模下灵芝三萜含量分别为28.66和25.13mg/g,为对照的1.62倍和1.42倍。本研究系统优化了油酸促进灵芝三萜液态深层发酵的工艺条件,并在与工业生产相对应的3L发酵罐上进行验证。该研究可为灵芝三萜的规模化发酵提供重要参考和借鉴。     

灵芝线粒体及其对菌丝生长、主要活性成分影响的分析

线粒体是为细胞提供能量（ATP）的细胞器,携带着自己的DNA——mtDNA,已有多种灵芝属菌株的线粒体基因组相继报道,但对于种内的线粒体基因组的分析较少,对核相同、线粒体不同的菌株间差异的研究也鲜有报道。本研究对两株灵芝线粒体基因组进行组装注释,根据差异片段构建分子标记进行种间分类。结果显示：两株灵芝线粒体基因组大小分别为49 233bp、61 563bp的闭环结构,含有15个常见蛋白编码基因,rRNA大小亚基基因及26个携带氨基酸的tRNA基因,其差异区段主要为内含子序列、大亚基及基因间区。根据cob、cox2基因序列能够进行灵芝种间区分,用于灵芝种间鉴定。本研究还根据灵芝119、灵芝无孢的单核菌株构建同核异质体（TY-119、TY-W）,分析线粒体对菌落形态、菌丝生长速度及多糖、三萜成分的影响,结果显示：同核异质体TY-W与TY-119菌落形态上有一定差异,同核异质体TY-W菌丝生长速度为4.77mm/d,是TY-119菌丝生长速度4.50mm/d的1.06倍,同核异质体TY-119菌丝、子实体阶段多糖含量分别为4.45mg/g、12.14mg/g是TY-W菌丝体多糖含量（3.23mg/g）的1.38倍、子实体多糖含量（10.24mg/g）的1.19倍;同核异质体TY-W菌丝、子实体阶段的三萜含量分别为6.82mg/g、11.45mg/g是同核异质体TY-119菌丝体三萜含量（9.26mg/g）的0.74倍,子实体三萜含量（9.10mg/g）的1.26倍。利用高效液相色谱分析同核异质体中灵芝酸含量显示同核异质体TY-W灵芝酸A、灵芝酸E、灵芝酸F含量分别为3.77μg/mL、14.29μg/mL、12.91μg/mL;是TY-119灵芝酸A含量（2.59μg/mL）的1.46倍、灵芝酸E含量（13.65μg/mL）的1.17倍、灵芝酸F含量（12.72μg/mL）的1.06倍。对同核异质体菌丝、子实体阶段多糖、三萜合成通路关键基因（pgm、ugp、gls、hmgs、hmgr、mvd、fps、sqs）表达量进行检测,显示两菌株间多数基因具有显著性差异。结果表明线粒体的不同会影响灵芝菌落形态、菌丝生长速度及多糖、三萜的含量,有助于我们进一步研究线粒体基因组。     

灵芝-银杏双向液体发酵条件优化及抗氧化的研究

本研究采用双向液体发酵技术,以灵芝作为出发菌株,银杏叶为药性基质,以发酵产物的抗氧化活性为检测指标,通过单因素及正交实验,对双向发酵条件进行了优化,并进一步对发酵后的活性物质进行了检测。结果表明,灵芝‐银杏双向液体发酵的最佳条件为:银杏叶接种量为0.15g/100m L、初始p H 8.0、发酵时间9d、添加银杏叶的发酵时间为第2天,在此基础上,菌株的还原力达到0.731;活性物质多糖含量为245.20mg/g,三萜含量为70.96mg/g,总黄酮质含量为10.98mg/g,分别是对照的2.38倍、1.96倍和2.10倍。     

外源物质对灵芝多糖和β-葡聚糖发酵的影响

研究了14种外源物质（化合物）对灵芝细胞生长和发酵合成多糖和β-葡聚糖的影响。结果表明,连翘水提物（3g/L）对灵芝细胞生长具有显著促进作用;薏苡仁酯（3g/L）对灵芝胞内多糖和β-葡聚糖的合成均具有促进作用;而桔梗水提物、硝酸铈铵、硝酸镨、茉莉酸甲酯和硝普钠对灵芝细胞生长和产物合成均具有抑制作用。进一步通过Box-Behnken试验设计和响应面法分析,建立了添加薏苡仁酯发酵产β-葡聚糖的二次多项式模型,经分析得到产β-葡聚糖的最优条件为：薏苡仁酯添加量10.5g/L、接种量16%、添加时间第88小时、发酵初始pH 7.00。在此条件下获得β-葡聚糖的产量可达(40.67±8.43)mg/L,与未添加薏苡仁酯的对照组相比,提高了41.86%;多糖产量为(0.99±0.21)g/L,与对照组相比,提高了31.99%。结果提示所得添加薏苡仁酯的优化条件可定向诱导灵芝β-葡聚糖的合成,同时也表明在灵芝液体发酵体系中添加薏苡仁酯发酵产多糖和β-葡聚糖具有一定的实用价值。     

药用昆虫蜣螂对灵芝多糖生物合成的影响

采用液体深层发酵方式,研究了几种药用昆虫对灵芝多糖生物合成的影响。结果表明,药用昆虫蜣螂在添加量为5g/L时能显著促进灵芝胞内多糖(IPS)和胞外多糖(EPS)的形成(P<0.05)。胞内多糖和胞外多糖的产量分别由对照的(1.93±0.09)g/L和(520.3±20.2)mg/L提高到(2.41±0.12)g/L和(608.9±20.2)mg/L。灵芝胞内多糖和胞外多糖在DEAE纤维素柱上都可分离得到5种主要组分,其中IPS-1和EPS-1分别为2类多糖的主要组分。进一步用凝胶柱分离显示,IPS-1由3个单个的组分组成,EPS-1由2个单个的组分组成。添加蜣螂发酵后,灵芝胞内多糖和胞外多糖中没有出现新的组分,且各组分的相对含量也没有显著变化(P>0.05),提示添加蜣螂发酵后,灵芝胞内多糖和胞外多糖主要组分的合成途径并未改变。     

药用昆虫蜣螂对灵芝发酵和抗小鼠肝癌活性的影响

采用液体深层发酵方式,研究了药用昆虫蜣螂对灵芝细胞生长、关键活性产物发酵动力学和抗小鼠肝癌活性的影响。结果表明,药用昆虫蜣螂在各添加浓度下对灵芝的细胞生长均无显著促进作用;但在添加量为5g/L时,对灵芝多糖和灵芝三萜的发酵动力学有显著影响(P<0.05),在发酵第7天时,灵芝总多糖和总三萜的产量分别达到2.81g/L和539.0mg/L(对照组分别为2.25g/L和428.2mg/L)。小鼠体内抗肝癌结果表明,灵芝对照发酵物的抑癌率为41.61%,灵芝-蜣螂配合物的抑癌率为42.24%;而补加蜣螂发酵后的灵芝加蜣发酵物的抑癌率高达57.21%,与灵芝对照发酵物的抑癌率相比,提高了37.49%。研究表明,采用昆虫蜣螂补料-分批发酵后,灵芝发酵物抗小鼠肝癌的活性得到显著增强。     

不同植物药提取物对灵芝细胞生长和胞内三萜产物形成的影响

研究了不同植物药的水提和醇提物对灵芝深层发酵过程中菌丝量和胞内三萜产量的影响。将不同植物药的水提物和醇提物分别加入到发酵基础培养基中,培养7d后检测灵芝生物量和胞内三萜含量。结果表明,金银花和枸杞子水提物添加浓度为100mg/L时,可促进灵芝细胞的生长（p＜0.05）。连翘水提物对灵芝生长和胞内三萜的形成都有显著促进作用,当连翘水提物浓度为400mg/L时,胞内三萜产量从对照的（192.54±8.99）mg/L提高到（302.52±3.79）mg/L。金银花和枸杞子醇提物浓度为200mg/L时能显著促进灵芝细胞生长;枸杞子醇提物在同样浓度下还能促进灵芝胞内三萜的形成。但板蓝根和银杏叶水提物和醇提物都对灵芝的细胞生长和胞内三萜形成有较强的抑制作用。     

HPLC法测定灵芝孢子粉中三萜含量

为准确测定灵芝孢子粉中三萜的含量,运用高效液相建立适合孢子粉的分析测定方法。通过对前处理条件的优化,确定40%乙醇为孢子粉中等极性三萜酸类的最佳提取溶剂,浓缩倍数是子实体提取条件的50倍。通过色谱柱和洗脱条件的优化,建立了包括灵芝酸I、灵芝烯酸C、灵芝酸C2等13种标准品测定方法,方法学考察显示该分析方法精密度、重复性、稳定性的RSD值均小于5%,可以用于灵芝孢子粉中三萜类成分的定量检测。通过5组样品的分析发现,灵芝酸C6、灵芝酸G、灵芝酸A、灵芝酸D、灵芝酸F是灵芝孢子粉中的主要三萜类成分,其中灵芝酸A含量最高,平均占样品三萜总量的比例达19.71%;三萜类成分的溶出量与是否破壁没有相关性。三萜类成分在灵芝孢子粉和灵芝孢子油产品中的含量非常低,孢子粉的三萜含量为14.24-99.70μg/g,仅为子实体的1/100,灵芝孢子油中三萜含量也均低于50μg/g,因此三萜类成分不适合作为灵芝孢子粉及其相关产品的定量检测指标。     

响应面法优化灵芝菌丝体胞内灵芝酸的提取

利用单因子试验和响应面法优化了影响灵芝菌丝体灵芝酸的提取过程。基于3因素3水平的中心组合设计,得到了描述胞内灵芝酸提取得率与操作参数之间的二次响应面模型。在乙醇浓度为93.6%(v/v)、提取温度79.1℃、提取液固比42.2∶1、提取次数2次、每次提取时间2 h的条件下,最大灵芝酸理论提取得率为28.36 mg胞内灵芝酸每克干菌丝。模型优化条件下的实际灵芝酸提取得率(28.72 mg/g干菌丝)与理论灵芝酸提取得率(28.36 mg/g干菌丝)相符。     

过表达GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶（GMP）基因提高灵芝多糖的生产

灵芝多糖是灵芝的主要生物活性成分之一,具有多种药理活性,但灵芝多糖的低产量限制了其广泛应用。相关研究表明,灵芝中过表达多糖生物合成相关基因能够提高多糖产量,但过表达GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶（GMP）基因提高灵芝多糖产量未有报道。本研究克隆获得了灵芝gmp基因,并成功构建出了过表达gmp基因的工程菌株（GMP菌株）,同时对野生型菌株（WT）和GMP菌株的胞内多糖（IPS）、胞外多糖（EPS）产量以及GDP-甘露糖合成相关基因甘露糖磷酸变位酶1（PMM1）基因及甘露糖磷酸变位酶2（PMM2）基因的表达水平进行了检测。研究结果表明,在悬浮发酵培养条件下,灵芝中gmp基因的过表达增加了灵芝多糖的积累。与WT菌株相比,GMP菌株的EPS以及IPS的含量最高达到了0.991g/L和21.59mg/100mg干重,比WT菌株分别提高了21.1%和19.5%。gmp基因的过表达也提高了基因pmm1和pmm2的表达。与WT菌株相比,GMP菌株中pmm1以及pmm2基因的表达水平分别上调了2.87倍和2.55倍。研究结果表明,过表达gmp基因是一种提高灵芝多糖产量的有效方法,并且过表达gmp基因提高了灵芝多糖的合成及pmm1和pmm2基因的表达。     

灵芝液体浅层静置培养高效生产三萜的研究

三萜是灵芝Ganoderma lingzhi中重要的活性物质。本研究采用液体浅层静置培养方式（LSSC）提高灵芝三萜的产量。结果表明,在T25细胞培养瓶中的最佳培养条件为初始培养体积2mL,接种量7.0g （菌体湿重/L）,在48h补加2mL培养液,发酵7d,三萜产量可达(32.95±0.51)mg/g,为摇瓶培养最高产量的2.09倍。进一步经不锈钢平盘放大研究发现,三萜最高产量为(65.91±0.84)mg/g,为摇瓶培养的4.19倍。形态学研究表明,浅层静置培养过程中形成的气生菌丝是提高三萜产量的关键因素。与深层液体发酵相比,液体浅层静置培养具有生长快,三萜产量高,发酵过程不需要搅拌等优点,具有良好的工业化应用前景。     

以甘油为唯一碳源的氧化葡糖杆菌适应性驯化及催化合成米格列醇中间体6NSL

氧化葡糖杆菌(Gluconobacter oxydans)来源的山梨醇脱氢酶可催化N-羟乙基葡萄糖胺合成6-脱氧-6-氨基(N-羟乙基)-α-L-呋喃山梨糖,即合成降血糖药物米格列醇的关键中间体。本文采用适应性驯化策略,以甘油为唯一碳源,通过40 g/L、60 g/L、80 g/L和100 g/L甘油梯度连续传代培养,筛选获得了一株以甘油为碳源的高活力菌株G.oxydans A-3-D,扫描电镜结果表明该细胞表面褶皱较原始菌株有显著增加。在80 g/L甘油培养基摇瓶培养24 h后,菌体浓度为4.58 g DCW/L,山梨醇脱氢酶的发酵体积酶活与比酶活分别为原始菌株G.oxydans ZJB-605的1.3倍及1.5倍。此外,在摇瓶培养条件下对影响催化反应进程的关键因素进行了考查,结果表明在摇瓶体系中,G.oxydans A-3-D的最适催化反应条件为80.0 g/L底物、2.0 g DCW/L菌体细胞、20 mmol/L Mg~(2+)浓度,15℃反应48 h后底物转化率达到90.8%,6NSL累积浓度为72.6 g/L,较G.oxydans ZJB-605有显著提升。     

9,10-环甲基十七烷酸干预下灵芝深层发酵合成三萜酸的动力学特征

利用Sigmoid模型对比研究了添加9,10-环甲基十七烷酸（9,10-CMA）前后灵芝深层发酵产三萜酸的动态变化特征。研究显示,灵芝对照组中三萜酸在4-9d大量合成,并于第9天达到最大值（268.62mg/L）;添加9,10-CMA组中三萜酸的合成量于第8天时达到最大值（343.52mg/L）。添加9,10-CMA后,灵芝菌丝体细胞对底物葡萄糖的利用速度加快,细胞比生长速率在3.2天达到最大值（Μ_max）,为0.94d ^-1,显著高于对照组的0.88d ^-1（在第3.4天获得）;葡萄糖比消耗速率在第1.7天达到最大值（Q_{S, max}）,为8.34d ^-1,显著高于对照组的6.80d ^-1（在第2.1天获得）。胞内三萜酸比合成速率显著提高,在第6.2天达到最大值（Q_{ITA, max}）13.76d ^-1,是对照组9.66d ^-1的1.42倍。两组中灵芝三萜酸的合成与细胞生长均呈现部分偶联关系,添加9,10-CMA后,没有改变细胞生长和三萜酸合成在发酵过程中的相互关系。     

Enhanced Production of Ganoderic Acids and Cytotoxicity of Ganoderma lucidum Using Solid-Medium Culture

Submerged cultures of Ganoderma lucidum are used to produce fungal mycelium, which is used as a functional food and in the production of various triterpenoids, including ganoderic acids (GAs). Specific culture approaches that produce fungal mycelium with high levels of GAs and good biological activity are critical in the functional food industry. In this study, a solid-medium culture approach to producing mycelium was compared to the submerged culture system. Production of GAs, biomass, intracellular polysaccharides, and cytotoxicity of the cultured mycelium were compared as between solid and submerged culture. Growing G. lucidum strains on solid potato dextrose agar medium increased biomass, the production of ganoderic acid 24 (lanosta-7,9(11), 24-trien-3α-o1-26-oic acid), GAs, and total intracellular polysaccharides as compared to fungi grown in submerged culture. Triterpenoid-enriched methanol extracts of mycelium from solid-medium culture showed higher cytotoxicity than those from submerged culture. The IC(50) values of methanol extracts from solid-medium culture were 11.5, 8.6, and 9.9 times less than submerged culture on human lung cancer cells CH27, melanoma cells M21, and oral cancer cells HSC-3 respectively. The squalene synthase and lanosterol synthase coding genes had higher expression on the culture of solid potato dextrose medium. This is the first report that solid-medium culture is able to increase GA production significantly as compared to submerged culture and, in the process, produces much higher biological activity. This indicates that it may be possible to enhance the production of GAs by implementing mycelium culture on solid medium.     

Lipid production by Cryptococcus albidus using biowastes hydrolysed by indigenous microbes

The efficiency of Cryptococcusalbidus was evaluated for its abilities to assimilate onion and apple hydrolysates as a medium for lipid production. Onion waste (OW) and apple waste (AW) were hydrolysed at an organic load of 2% total solids by indigenous microbes under mesophilic conditions. The indigenous microbes effectively hydrolysed both wastes giving the highest reducing sugar content of 4.8 g/L and 10.8 g/L with OW and AW hydrolysates, respectively. The microbiome analysis revealed that most of the indigenous microbes belonged to genus Bacillus and a significant population of α-proteobacteria and γ-proteobacteria were also present. Cell retention culture of C. albidus at a dilution rate of 0.01 h⁻¹ resulted in a total dry cell weight (DCW) of 13.5 g/L with an intracellular lipid content of 20.0% at 168 h, corresponding to an enhancement of 3.48-folds and 2.37-folds in DCW and lipid concentration, respectively, as compared to batch fermentation.

     

Recombinant trypsin production in high cell density fed-batch cultures in Escherichia coli

Fed-batch techniques were employed to obtain high cell density cultures (92-100 g DCW/L) of Escherichia coli strain X90 producing a recombinant serine protease, rat anionic trypsin, secreted to the periplasm. The specific growth rate was controlled to minimize growth-inhibiting acetate formation by utilizing an exponential feeding profile determined from mass balance equation. The volumetric yield of recombinant rat anionic trypsin was 56 mg/L, and the final cell density was 92 g DCW/L when the culture was induced in the late logarithmic phase. However, when the culture was induced in the early logarithmic phase, the volumetric yield was 13 mg/L and the final cell density was 14 g DCW/L. Thus, the induction timing is shown to have a significant effect on the final cell density as well as the overall volumetric yield of the recombinant protease. (c) 1993 Wiley & Sons, Inc.