响应面法优化以豆饼粉为基质发酵猪苓菌

第6卷第2期2008年3月
生物加工过程
Chinese Journal of B iop r ocess Enginee ring
Ma r .200853
　响应面法优化以豆饼粉为基质发酵猪苓菌
张　鑫
1,2
,余晓斌
1,23
(1.江南大学　生物工程学院,无锡214122;
2.江南大学　工业生物技术教育部重点实验室,无锡214122)
摘　要:为了提高豆饼粉的附加值,以豆饼粉为液体基质发酵猪苓菌。

首先用Plackett 2Bur m an 方法筛选出影响菌体产量的主要因素,继而采用中心组合设计及响应面分析确定主要影响因子的最佳浓度。

通过实验发现,当豆饼粉质量分数为317%,蛋白胨质量分数为016%,M gS O 4质量分数为0127%时,菌体产量达到最大值47144g/L 。

关键词:豆饼粉;猪苓菌;响应面法
中图分类号:Q815 文献标识码:A 文章编号:1672-3678(2008)02-0053-03
O pt im iza t i on of P olypo ru s um bellatu s fer m en ted fr o m
soybean cake by r e spon se sur fa ce m ethodology
Z HANG Xin
1,2
,Y U X iao 2bin
1,2
(1.School of B i otechnol ogy,Jiangnan University,Wuxi 214122,China;
2.Key Laborat ory of Industria l B i otechnol og y of the M inistry of Educa ti on,J iangnan Uni ve rsity,W uxi 214122,China )
Abstra ct:I n order t o i mpr ove s oybean cake added value,s oybean cake were utiliz ed a sm ediu m t o fer 2m ent Polyporus um bellatus .Firstly,the p ri m e fac t ors affecting m yce lia p r oduc tionwer e selected by m eans of Placke tt 2B ur m an design;Then,a centr a l c omposite design was used t o op ti m ize the p ri m e fac t ors and
the resultswe r e sho wn in r esponse surf ace polts .W hen the m edium comprised soybean cake 317%,pep 2tone 016%,MgS O 40127%,the m axi m um m ycelia pr oducti on could reach 47144g/L.Key wor ds:s oybean cake;Polypo r u s u m bella tus ;res ponse surf ace me thodol ogy 猪苓Po lyporus um bella tus (Frie s )是中国传统药用真菌中使用非常广泛的一种,也被叫做G rifola
um bella te 或Chuling
[1-2]。

猪苓有着出众的抗肿瘤
作用[3]。

我国是世界上种植大豆的主要国家,目前国内大豆食品行业每年约生产2000t 豆饼
[4]。

豆饼粉
一般含粗蛋白43%,粗纤维5%左右;磷为015%,钙不足013%;缺少维生素A 、D,而B 族维生素较为
丰富。

尽管豆饼粉的营养价值很高,但由于技术开发和开发成本等方面的原因,长期以来豆饼粉没有很好地被利用,大多直接作为饲料来使用[4]。

而以
豆饼粉为基质发酵生产猪苓菌,不但可以提供猪苓发酵所需的氮源,而且还可以起到诱导猪苓生长的作用。

本研究以豆饼粉为基质发酵生产猪苓菌,既能降低成本,又能提高豆饼粉的附加值。

3收稿日期226
基金项目教育部长江学者和创新团队发展计划(IRT 53)
作者简介张鑫(),男,山西太原人,硕士研究生,研究方向发酵工程。

联系人余晓斌,教授,2x y @j :2007110:02:1982-::E mail:b u
　54
　生物加工过程第6卷第2期
1　材料与方法
1.1　材料
猪苓菌株(Polyporus um bella tus)由本实验室筛选保藏。

1.2　方法
1.2.1　猪苓的液体发酵培养
将保存的斜面菌种接种到新鲜的斜面培养基上,于28℃培养7d,进行菌种活化。

再将活化后的菌种移接到盛有100mL培养液的250mL三角瓶中,在160r/m in摇床于28℃培养7d,得摇瓶种子;把摇瓶种子移接到盛有150mL培养液的500 mL三角瓶中,接种量为10%,28℃,160r/m in的摇床培养4d。

1.2.2　生物量测定
准确量取100mL发酵产物,经3000r/m in速度离心30m in,取菌丝体,用无菌生理盐水洗涤离心后烘干称量,以干菌体的质量为生物量。

1.2.3　蛋白质质量测定
F olin2酚试剂法[5],以牛血清白蛋白为标准品。

1.2.4　发酵条件优化方法
利用S AS软件设计二水平实验分析各因素的主效应。

继而根据Box2Benhnken的中心组合实验设计原理,进一步进行3因素3水平响应面分析试验。

发酵培养基中其他组成为(g/L):玉米粉10,麸皮3,KH2P O42,蔗糖40。

2　结果与讨论
2.1　二水平设计
用S AS软件的二水平设计分析蔗糖、豆饼粉、玉米粉、K H2P O4、MgS O4、蛋白胨6个因素的主效应,其他因素不变,以菌丝体量的变化为响应值。

试验结果表明豆饼粉、蛋白胨、MgS O
4
对菌丝体量有显著影响。

因此,利用响应面分析对豆饼粉、蛋白胨、MgS O43个发酵条件进行更深入研究。

2.2　响应面分析
根据Box2B enhnken的中心组合实验设计原理,进一步进行3因素3水平的响应面分析试验,实验因素水平设计如表,5个试验点给出的实验结果如表。

5个实验点可以分为类,其一是析因点,自变量取值在X,X,X3所构成的三维顶点,共有个析因点;其二是0点,为区域的中心点,0点试验重复3次,用以估计试验误差。

表1　响应面分析试验因素水平表
T able1　T able of factor and l eve l in res ponse
surface m ethod ana l ysis
因素
水平
-101
X
1
(豆饼粉)/%33154
X
2
(蛋白胨)/%014016018
X
3
(MgSO
4
)/%0120125013
表2　实验方案与结果
Table2　Ex pe ri m ent de sign and result
实验号X1X2X3菌丝体质量/(g L-1)
1-1-102216
2-1103415
31-103910
41104214
50-1-12516
60-114013
701-12215
80114015
9-10-12516
1010-12916
11-1014112
121014318
130004510
140004418
150004512
根据表2的实验结果,用S AS统计分析软件进行多元回归分析和方差分析。

从方差分析表3中可以看出,方程一次项、二次项的影响都是显著的,交互项作用影响不显著,故交互项可以省略。

因此,各具体试验因子对响应值的影响并不是简单的线性关系。

经回归拟合后,试验因子对响应值的影响可用回归方程表示Y=5+3165X+155X+ 15X3315X X15X X135X X3
11
212
1212
:482
1
1
2 7812-7711-21212-01-
　2008年3月张　鑫等:响应面法优化以豆饼粉为基质发酵猪苓菌55
616X
2X
2
+01825X
2
X
3
-61175X
3
X
3。

该模型可信度见表4,其中复相关系数的平方R2=019215,说明由这3个因素及其二次项能解释Y变化的模型拟合程度很好。

表3　方差分析表
Table3　Table of va riance analysis
回归项自由度平方和复相关系
数平方
F值
大于F值
的概率
一次项362618525208195081217880801008809平方项33101724310315748613389201037159交互项3211275071091701434020173818总回归99581851810615391615203401026324
表4　模型可信度分析
Table4　42Model reliability analysis
均值36117333
复相关系数的平方0192150
复线关系数0178020
模型误差的平方根4104222
变异系数11117457
213　响应因子水平的优化
对Y进行岭脊分析[6],分析可知,3个因素的最优试验点(X1,X2,X3)代码值(01409,-01012, 01483)即(3175,0160,01275),此时Y取最大值48126g/L。

在以上优化的稳定点进行验证试验,共进行3批次摇瓶试验,试验平均值为47144g/L,与预测值48126g/L非常接近。

3　结　论
利用S AS软件的两水平设计分析,筛选出了影响猪苓发酵的3个显著因素:豆饼粉,蛋白胨和硫酸镁。

继而根据Box2Benhnken的中心组合实验设计原理,进一步进行3因素3水平的响应面分析试验,培养基配方确定为(g/L):蔗糖40,玉米粉10,豆饼粉37,蛋白胨6,麸皮3,K H2P O42,MgS O4217。

经验证,在此培养基配方下,菌丝体量较优化前的34154g/L提高了37%,达到47144g/L。

该结果为提高豆饼粉附加值、生产猪苓制剂提供了一定的参考。

参考文献:
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