基本信息
- 项目名称：
- 利用蛹虫草液体深层发酵高产虫草素的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目以蛹虫草为研究对象，以虫草素含量为指标，从菌种筛选、培养基配方筛选以及培养方式考察等三个大方面优化发酵工艺，提高发酵液中虫草素的含量，达到了1.96g/L。利用离子交换柱色谱技术纯化富集得到虫草素样品。本项目具有发酵周期短、可控性好、虫草素含量高、发酵成本低、适合工厂化生产等优点，是目前生产天然虫草替代品的最好方法。该方法为实现珍贵虫草资源的可持续利用创造了条件，市场推广潜力巨大。
- 详细介绍：
- 冬虫夏草（Cordyceps sinensis）是我国的一味名贵中药材，中医认为，虫草入肺肾二经，既能补肺阴，又能补肾阳，是唯一的一种能同时平衡、调节阴阳的中药。研究表明，虫草素（cordycepin，即3’-脱氧腺苷）是冬虫夏草最重要的活性成分，有免疫调节、抗肿瘤、抗疲劳、调节心肺等功能。当前野生冬虫夏草资源日渐濒危，市场价格已高达500元/克以上，从天然虫草子实体中提取虫草素远远不能满足市场需求。因此，寻找冬虫夏草的替代资源获得虫草素原料的大量供应，是实现虫草资源可持续利用的关键问题。现代研究还表明通过液体发酵虫草属真菌的模式种-蛹虫草（又称北冬虫夏草，Cordyceps militaris）获得的发酵液中虫草素的积累量很高，且发酵菌丝体的成份与天然虫草类似，虫草素的含量比天然虫草还要高。本项目以蛹虫草为研究对象，以虫草活性成分-虫草素为指标，从菌种筛选、碳源筛选、氮源筛选、碳/氮比选择、无机盐筛选、培养方式考察等六个方面优化了蛹虫草液体发酵生产虫草素的工艺，显著提高了虫草素在发酵液中的含量，达到了1.96g/L；利用离子交换柱色谱技术从蛹虫草发酵液中分离纯化虫草素，富集得到了纯度高达80%以上的虫草素样品，为实现珍贵虫草资源的可持续利用创造了条件。本项目具有发酵周期短、可控性好、虫草素含量高、发酵成本低、适合工厂化生产等优点，是目前生产天然虫草替代品的最好方法，市场推广潜力巨大。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本作品的目的是利用蛹虫草菌种进行液体发酵生产虫草素，优化液体深层发酵条件，提高虫草素的产量。本作品以虫草活性成分-虫草素为指标，从菌种筛选、碳源筛选、氮源筛选、碳/氮比选择、无机盐筛选、培养方式考察等六个方面优化蛹虫草液体发酵生产虫草素的工艺，提高虫草素在发酵液中的含量；利用离子交换柱色谱技术从蛹虫草发酵液中分离纯化虫草素，富集得到虫草素样品，为实现珍贵虫草资源的可持续利用创造条件。
科学性、先进性及独特之处
- 蛹虫草是冬虫夏草的近缘种，也是虫草研究的模式种。本作品以蛹虫草为发酵菌种生产虫草素，优化了发酵工艺，探索了一套利用离子交换树脂技术提取、纯化虫草素的技术，获得了纯度高达80%的虫草素。本项目研究具有发酵周期短、可控性好、虫草素含量高、发酵成本低、适合工厂化生产等优点，是目前生产天然虫草替代品的最好方法，市场推广潜力巨大。
应用价值和现实意义
- 当前野生冬虫夏草等虫草属真菌资源日渐濒危，很难满足市场需求，寻找相应的替代资源已成为亟需解决的问题。研究表明通过液体发酵蛹虫草（又称北冬虫夏草）获得的发酵液中虫草素的积累量很高，且发酵菌丝体的成份与天然虫草类似，虫草素的含量比天然虫草还要高。蛹虫草液体发酵具有周期短、可控性好、适合工厂化生产等优点，是生产虫草素的最好方法。该方法解决了制约虫草素生产的瓶颈问题，有助于实现虫草资源的可持续利用。
学术论文摘要
- 虫草素作为冬虫夏草的活性成分，具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗疲劳、抗衰老、抗氧化、降血糖、提高人体免疫力等显著功效，其含量多少是衡量虫草品质高低的最重要依据，近年已成为虫草领域的研究热点之一。本文通过运用液体深层发酵技术，以虫草属真菌研究的模式种-蛹虫草的菌种为研究材料，以活性成分-虫草素为检测指标，优化其液体发酵条件，提高发酵液中虫草素的积累量。利用离子交换柱色谱技术从发酵液中分离纯化虫草素，获得高纯度的虫草素。本研究的完成有利于虫草素纯品的批量生产，也有利于虫草附属产品的开发及市场开拓。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1.Shih I L, Tsai K L, Hsieh C. Effects of culture conditions on the mycelial growth and bioactive metabolite production in submerged culture of Cordyceps militaris[J]. Biochem. Eng. J., 2007, 33: 193-201. 2. Masuda M, Urabe E, Sakurau A. Production of cordycepin by surface culture using the medicinal mushromm Cordyceps militaris[J]. Enzy. Micro. Tech., 2006, 39: 641-646. 3.麻兵继，阮元，刘吉开. 人工蛹虫草中核苷类化学成分的研究[J]. 中药材，2007，30（8）：957-958. 4.麻兵继，申进文，阮元. 从人工蛹虫草培养基残基中提取虫草素的研究[J]. 中国药师，2008, 11（8）：937-938.
同类课题研究水平概述
- 目前野生冬虫夏草资源日渐濒危，很难满足市场需求，市场价格已高达500元/克以上，寻找冬虫夏草的替代资源已成为亟需解决的问题。现代研究表明通过液体发酵蛹虫草（又称北冬虫夏草）获得的发酵液中虫草素的积累量很高，且发酵菌丝体的成份与天然虫草类似，虫草素的含量比天然虫草还要高。目前利用蛹虫草生产虫草素的方法主要有两种：一是固体培养。即采集野生的蛹虫草，进行菌种的分离、纯化，然后将蛹虫草菌种接种在固体培养基上培养生长，待子实体成熟后收割子实体，从子实体中提取虫草素；二是液体培养。发酵培养蛹虫草菌丝体，从发酵液中分离获取虫草素。虽然蛹虫草固体栽培技术已很成熟，但生产环境要求高、生产成本高、虫草素含量低等因素严重束缚了虫草素产业的发展。而蛹虫草液体发酵则具有生产周期短、可控性好、适合工厂化操作等优点，是生产天然虫草替代品的最好方法。 蛹虫草液体培养多采用摇瓶技术。培养基中碳源选用葡萄糖和蔗糖均可，蛹虫草菌易吸收天然来源的有机氮源，对无机氮源利用较差，因此可选用蛋白胨、酵母膏、牛肉膏等，无机盐和微量元素。pH值、通氧量、温度和培养时间的控制也是液体培养的关键，实验发现采用pH分段控制发酵策略，菌丝体生长速度和质量浓度明显增加，液体培养5天时菌丝体质量浓度达到最大，继续培养则产生菌丝体自溶现象，且菌丝体质量浓度开始下降，开始进入衰退期。虫草素等核苷类成分的分离纯化多采用离子交换树脂法。文献报道人工蛹虫草子实体经过预处理后，通过离子交换树脂分离纯化可得到虫草素晶体。虫草素的提取率与树脂的吸附能力及吸附量有关。这种方法工艺流程比较简单，提取纯度高。 总之，若能综合考虑蛹虫草液体发酵的各种因素，优化发酵条件并从发酵液中获得高纯度的虫草素，将具有良好的经济效益，有助于实现冬虫夏草这一珍贵资源的可持续利用，市场开发潜力巨大。
