全 文 ：菌 物 系 统 17(4):312 ～ 317 , 1998
Mycosystema
四种羊肚菌在固体发酵条件下的菌丝生物量和
降解淀粉作用
韩　建　荣
(山西大学生命科学系, 太原　030006)
摘要　本文对 4 种羊肚菌在固体发酵条件下的菌丝生物量和降解淀粉作用进行了研究 ,结果
表明:羊肚菌(Morchella esculenta)、尖顶羊肚菌(M.conica)、黑脉羊肚菌(M.angusticeps)和
皱柄羊肚菌(M.crassipes)在玉米粉培养基或马铃薯粉培养基上进行固体发酵时 , 菌丝生物
量之间无显著差异;但α-淀粉酶活力 、淀粉降解率差异显著。 4 种羊肚菌中 , 尖顶羊肚菌的降
解淀粉能力最强。在培养基中添加 Ca2+和氮源以及将发酵时间从 15 天延长到 25 天均能显
著提高羊肚菌的菌丝生物量 、α-淀粉酶活力和淀粉降解率 。在添加 10%黄豆粉 、0.1% Ca
(Cl)2 , 25℃发酵 25 天的玉米粉和马铃薯粉的发酵产物中 , 尖顶羊肚菌对玉米淀粉的降解率
可达到 74.2%,对马铃薯淀粉的降解率可达到 79.8%。
关键词　羊肚菌 ,固体发酵 ,菌丝生物量 , 降解淀粉
中图分类号　Q939.5
　　羊肚菌(Morchella)是著名的世界性野生食用菌 , 不仅子实体风味独特 , 味道鲜美 , 其菌丝体同样具
有很高的营养价值[ 1] 。对羊肚菌菌丝体的利用 , 国外开展得较早。 60 年代初 , 美 、法等国成功地进行羊
肚菌深层发酵培养并将所得菌丝体用以制造调味品 ,很受欢迎[ 2] 。近几年 , 我国也有许多关于羊肚菌
液体发酵的研究报道[ 3 、4] 。但目前尚无关于固体发酵的报道。为了探索一条能使羊肚菌菌丝体和发酵
产物得到充分利用的新途径 ,作者拟利用富含淀粉的自然固体基质玉米粉和马铃薯粉进行羊肚菌固体
发酵的研究。羊肚菌能否在富含淀粉基质上进行固体发酵的关键在于能否有效地降解利用其中的淀粉
物质。本文对 4种不同羊肚菌在玉米粉和马铃薯粉固体培养基上的菌丝生物量 、α-淀粉酶活力 、淀粉降
解率进行了比较研究 ,同时对与羊肚菌菌丝生长 、降解淀粉有关的因素条件进行了初步研究。
1　材料和方法
1.1　菌种
供试的 4 种羊肚菌为:羊肚菌(Morchella esculenta Pers.), 尖顶羊肚菌(M .conica Pers.), 黑脉羊肚
菌(M.angusticeps Peck), 皱柄羊肚菌(M.crassipes (Vent.)Pers.)均由本系微生物实验室从山西汾阳
等地采集子实体按常规方法分离保存。
1.2　培养基
1.2.1　母种培养基:PDA 培养基
1.2.2　液体种子培养基(g/ L):玉米粉 20 , 黄豆粉 5 , KNO3 1.5 , MgSO4·7H2O 0.5 , KH2PO4 1 , Ca(Cl)2·
　　山西省教委基金资助项目。
　　1997-11-04收稿。
DOI :10.13346/j.mycosystema.1998.04.007
2H2O 1 , FeCl3 0.05 , pH6.5。
1.2.3　玉米粉固体培养基(CSM):玉米粉 100g , Ca(Cl)2·2H2O 0.1g , 加水使含水量达 40%, pH6.5。
1.2.4　马铃薯粉固体培养基(PSM):马铃薯粉 100g , Ca(Cl)2·2H2O 0.1g , 加水使含水量达 40%, pH
6.5。
1.2.5　玉米粉添加氮源固体培养基:在 CSM 内添加黄豆粉 10%成 CSMA;添加 KNO3 1%成 CSMB;添
加 NH4NO3 1%成 CSMC;添加(NH4)2SO4 1%成 CSMD。
1.2.6　马铃薯粉添加氮源固体培养基:在 PSM 内添加黄豆粉 10%成 PSMA;添加 KNO 3 1%成 PSMB;
添加 NH4NO3 1%成 PSMC;添加(NH4)2SO4 1%成 PSMD。
1.3　固体发酵方法
将配制好的固体培养基准确称量后装入 500ml三角瓶 ,装瓶量 300g(湿重), 0.1MPa 20min 灭菌后
接入液体种子 , 25℃避光培养。发酵结束时将所得发酵产物 70℃下烘干并用植物试样粉碎机粉碎过 60
目筛 ,用于分析测定。所有试验均设三次重复。
1.4　分析测定方法
1.4.1　α-淀粉酶活力测定:按文献[ 5]方法进行 ,酶活单位定义:一个α-淀粉酶单位相当于规定条件下于
25℃和 pH6.9 , 从可溶性淀粉中释放出 1μmol还原物质(以麦芽糖计)时所需的酶量。
1.4.2　菌丝生物量测定:采用几丁质分析法[ 6] , 用将 Elson-Morgan法改进的 Boas法[ 7]测定样品中氨基
葡萄糖含量 ,最后将氨基葡萄糖含量换算成几丁质含量 ,计算公式如下:
几丁质含量(%)=0.020×1.026×试样溶液的吸光度×试样溶液量(ml)标准溶液的吸光度×取样量(mg)
1.4.3　淀粉含量的测定:用多淀粉植物性样品测定法[ 8]分别测定固体培养基发酵前和发酵后的淀粉
含量 ,然后按下式计算淀粉降解率:
淀粉降解率(%)=淀粉含量(发酵前)-淀粉含量(发酵后)淀粉含量(发酵前) ×100%
1.5　统计学处理:取 3 次试验数据的均值 , 用 t 检验进行两均数间显著性检验 , 用 Duncan 多重比较
法[ 9]进行多个均数间两两比较的显著性检验。
2　结果与分析
2.1　4 种羊肚菌菌丝生物量和降解淀粉能力的比较
供试的 4 种羊肚菌在 CSMA上和 PSMA 上发酵 20天后 , 测定淀粉酶活力 、菌丝生物量 、淀粉含量。
结果(表1)表明 , 4 种羊肚菌在同一种培养基上的菌丝生物量无显著差异, 但淀粉酶活力和淀粉降解率差
异显著。在 PSMA 上 , M.conica 和 M.esculenta 的淀粉酶活力和淀粉降解率均显著高于 M.angusticeps和
表 1　4 种羊肚菌菌丝生物量和降解淀粉能力的比较
Table 1 The comparison of the mycelial biomass and starch degradation of four different Morchella species
培养基
Media
菌种
Species
α-淀粉酶活力
Amylase act ivi ty
(u/ g)
淀粉降解率
Degradat ion rate
of starch(%)
菌丝生物量
Mycelial biomass
(%)
PSMA
M .angust iceps 155B＊ 67.2B 0.280
M .crassipes 135C 65.7B 0.285
M .esculen ta 186A 72.8A 0.288
M .conica 198A 74.6A 0.281
CSMA
M .angust iceps 144C 60.7C 0.278
M .crassipes 118D 57.2D 0.283
M .esculen ta 162B 67.4B 0.285
M .conica 183A 70.5A 0.280
＊带不同字母的数据差异显著。(P<0.01)
　Data by different letters are diff erent significant ly.(P<0.01)
3134 期 韩建荣:四种羊肚菌在固体发酵条件下的菌丝生物量和降解淀粉作用
M.crassipes;而在 CSMA上 , 4 种羊肚菌之间的淀粉酶活力和淀粉降解率都存在显著差异。 4 种羊肚菌
中 ,无论在 CSMA 还是在 PSMA上 , M.conica 的淀粉降解率和淀粉酶活力都最高。
从表 1还可以看出 , 4 种羊肚菌都表现出降解马铃薯淀粉能力强于降解玉米淀粉能力的性质。这
可能与两种淀粉基质中所含直链淀粉和支链淀粉的比例不同有关[ 10] 。
2.2　添加氮源对羊肚菌菌丝生长和降解淀粉的影响
α-淀粉酶对淀粉的分解活性受培养基中氮素营养的含量和性状的影响[ 11] 。玉米粉和马铃薯粉中
氮素含量明显不足 ,所以添加一定量的有机氮或无机氮是必要的。 M.conica 在添加不同氮源的玉米粉
培养基和马铃薯粉培养基中发酵 20天后 , 测定淀粉酶活力 、菌丝生物量和淀粉降解率 , 结果见表 2。通
过对数据进行差异显著性检验(Duncan法),表明无论在马铃薯粉培养基中还是在玉米粉培养基中添加
氮源 ,与不加氮源的对照组相比 , 菌丝生物量 、淀粉酶活力 、淀粉降解率有了显著或极显著的提高。添加
的 4种氮源中 , 黄豆粉和 KNO3 的效果显著好于 NH4NO3 和(NH4)2SO 4;黄豆粉又比 KNO3 的效果好
些 ,在马铃薯粉培养基上两者的效果差异显著 ,但在玉米粉培养基上差异不显著。
表 2　添加氮源对 M.conica 菌丝生长和降解淀粉的影响
Table 2　Effects of supplementary nitrogen sources on the grow th and starch deg radation o f M.conica
氮源
Nit rogen
source
培养基
Media
α-淀粉酶活力
Amylase act ivity
(u/ g)
淀粉降解率
Degradation rate
of starch(%)
菌丝生物量
Mycelial biomass
(%)
KNO 3 PSMB 184C ＊ 73.4C 0.275D
NH4NO3 PSMC 173B 71.7B 0.246C
(NH4)2SO 4 PSMD 161A 69.3AB 0.221B
黄豆粉
S oybean meal
PS-
MA
197D 75.2D 0.285DE
对照
Cont rol
PSM 158A 68.1A 0.205A
KNO 3 CSMB 180D 70.1C 0.278D
NH4NO3 CSMC 172C 69.3C 0.252C
(NH4)2SO 4 CSMD 153B 67.5B 0.230B
黄豆粉
S oybean meal
CS-
MA
185DE 71.1CD 0.280D
对照
Cont rol
CSM 146A 64.5A 0.200A
＊带不同字母的数据差异显著。(P<0.01)
　Data by different letters are diff erent significant ly.(P<0.01)
2.3　发酵时间对羊肚菌菌丝生长和降解淀粉的影响
M.conica 在 CSMA 和PSMA 上25℃发酵15 天 、20 天 、25 天 、30天后分别取样测定淀粉酶活力 、菌
丝生物量和淀粉降解率。结果(表 3)表明 ,随着发酵时间的延长 ,淀粉酶活力表现出先升后降的规律;
在发酵 25 天时酶活达到最高。这说明 ,当 M .conica 降解淀粉的量达到一定水平后 , 产物中不断增加
的还原糖的量某种程度上抑制了淀粉酶。 M.conica 的菌丝生物量在发酵 25 天时也达到最高。淀粉降
解率随着发酵时间的延长在不断提高 ,但 25 天以后 , 提高幅度有所下降。以上结果说明将发酵时间从
15 天延长到 25 天 , 对 M.conica 菌丝生长 、降解淀粉均为有利。
314 菌　　物　　系　　统 17 卷
表 3　发酵时间对 M .conica 菌丝生长和降解淀粉的影响
Table 3　Effects o f fermentation time on the grow th and starch deg radation of M.conica
发酵时间
Fermentation
time(d)
α-淀粉酶活力
Amylase activi ty
(u/ g)
PSMA CSMA
淀粉降解率
Degradation rate
of starch(%)
PSMA CSMA
菌丝生物量
Mycelial biomass
(%)
PSMA CSMA
15 177 169 72.1 68.4 0.253 0.249
20 198 187 75.4 70.8 0.276 0.280
25 223 215 79.8 74.2 0.292 0.297
30 185 180 81.2 75.3 0.285 0.286
2.4　Ca2+对α-淀粉酶活和培养基 pH的影响
一般来说 ,α-淀粉酶的活化必须有 Ca2+, 且 Ca2+能增加酶的稳定性[ 10] 。 Ca2+的另一种作用是中和
菌类在利用淀粉的过程中伴随产生的有机酸 , 起着调节基质 PH 有利于酶的催化活性的作用[ 2] 。考虑
到 Ca2+的这两种作用 ,我们在玉米粉和马铃薯粉培养基中按 0.1%的比例加入 Ca(Cl)2·2H2O , 同时以
未加的培养基为对照 ,接入 M.conica 液体菌种 , 发酵 20 天后取样测定α-淀粉酶活和培养基 pH。结果
(表 4)表明 , 添加 Ca2+能显著提高 M .conica 在固体培养基中的淀粉酶活力(P<0.01), 同时能有效地
减缓发酵时过程中 pH 的变化。
表 4　Ca2+对α-淀粉酶活和培养基 pH的影响
Table 4　Effects of Ca2+ on the amylase activity and pH in media
Ca2+浓度
Ca2+conc.(%)
培养基
Media
pH
α-淀粉酶活力
Amylase act ivi ty (u/ g)
P 值
P Value
0.1 PSMA 6.0 198 <0.01
对照
Control
PSMA 5.2 176
0.1 CSMA 5.8 185 <0.01
对照
Control
CSMA 4.7 169
2.5　降解淀粉最适条件
前面试验表明 ,在玉米粉或马铃薯粉培养基中添加黄豆粉 、Ca2+以及延长发酵时间 , 均能不同程度
地提高基质中的淀粉降解率。为考察其协同作用并选择最适条件 , 笔者以发酵时间为 A 因素 , 黄豆粉
添加量为 B因素 , Ca2+浓度为 C 因素 , 各取 3 个水平 , 以淀粉降解率为指标在玉米粉培养基上用 M.
conica 进行了 L9(34)正交试验 , 结果如表 5 所示。
由极差分析和方差分析可知 ,各因素对 M.conica 降解玉米淀粉的影响程度为:发酵时间>黄豆粉
添加量>Ca2+浓度。在α=0.01(即 99%置信区间)的水平下 , 发酵时间是影响淀粉降解率的极显著性
因子 ,而黄豆粉添加量是在α=0.05 水平下的显著性因子 , Ca2+浓度的影响作用较小。其理论最佳条件
为:黄豆粉添加量 15%, 发酵时间 25天 , Ca2+浓度 0.1%。正交试验中的第 3试验号的条件组合与理论
最适条件相接近 ,故淀粉降解率也最高。
3154 期 韩建荣:四种羊肚菌在固体发酵条件下的菌丝生物量和降解淀粉作用
表 5　正交试验结果的极差分析
Table 5　Ex treme value analysis o f o rthogonal experiment
试验序号
Experimental
number
发酵时间
Fermentat ion
t ime(d)
黄豆粉添加量
S oybean meal
content(%)
Ca2+浓度
Ca2+conc.(%)
淀粉降解率
Degradation rate
of starch(%)
1 25 5 0.05 71.2
2 25 10 0.1 73.4
3 25 15 0.15 74.8
4 20 5 0.1 68.5
5 20 10 0.15 69.5
6 20 15 0.05 70.6
7 15 5 0.15 65.4
8 15 10 0.05 67.7
9 15 15 0.1 69.1
K 1 73.1 68.4 69.8
K 2 69.5 70.2 70.3
K 3 67.4 71.5 69.9
R 5.7 3.1 0.5
表 6　正交试验的方差分析
Table 6　Variance analy sis of or thogonal experiment
变异来源
Variation
sou rce
自由度
Degree of
f reedom
平方和
Sum of squares
方差
Variance
F值
F value
F0.05 F0.01
A 因素
Factor A
2 50.39 25.195 111.16＊＊ 19 99
B因素
Factor B
2 14.87 7.435 32.80＊
C因素
Factor C
2 0.45 0.225 0.9854
误差
Error
2 0.451 0.226
总和
Sum
8 66.16
3　讨论
玉米粉和马铃薯粉的主要成分是淀粉。淀粉是一种易被多种真菌分解的多糖[ 12] 。本研究亦证明
了 4 种不同羊肚菌均能降解利用玉米粉和马铃薯粉固体培养基中的淀粉 , 而且 4 种羊肚菌在相同培养
条件下的菌丝生物量之间无显著差异。王新宇[ 3]曾报道 3 种不同羊肚菌在相同的液体培养营养条件
下 ,菌丝体的产量没有显著的差异。高爱华[ 13]也报道两种不同的羊肚菌在相同的培养液内菌丝体产量
差异不大。看来 ,羊肚菌在固体培养基中和液体培养基中的生长规律有一定的相似之处。但 4 种羊肚
菌在降解淀粉能力上却存在显著差异 ,说明不同羊肚菌利用淀粉物质作为主要的碳源和能源的能力不
同 ,亦是 4 种羊肚菌种间差异性的一个佐证。至于可否将测定羊肚菌的α-淀粉酶活性作为鉴定羊肚菌
属不同种的一项指标或特征 ,这有待进一步探讨。
316 菌　　物　　系　　统 17 卷
　　玉米和马铃薯是我国主要的粮食作物 ,但由于淀粉含量高 ,口味较差 , 大大影响了人们对玉米和马
铃薯的直接食用。国外有报道[ 14]利用微生物固体发酵谷物制成营养丰富的发酵食品。这就给我们一
个启示:羊肚菌既以风味独特 、营养价值高而著称 ,又具有较强的降解淀粉能力 ,完全可以用于发酵生产
新型玉米食品或马铃薯食品。因此 ,深入开展羊肚菌的固体发酵条件及生理生化 、营养指标的研究 , 对
于开发和利用这种珍稀食用菌有着重要意义。
参　　考　　文　　献
[ 1] 　龙正海 ,梁培春 ,秦　京。真菌学报 , 1995 , 14(4):263～ 268。
[ 2] 　杨新美。中国食用菌栽培学。北京:农业出版社。 1988 , 537 , 156。
[ 3] 　王新宇 , 梁祖炳 , 蒲　训。真菌学报 , 1996 , 15(3):220～ 226。
[ 4] 　沙业雄。食用菌 , 1990, 4:6～ 8。
[ 5] 　钱嘉渊。酶的测定方法。北京:中国轻工业出版社。 1992 , 37～ 40。
[ 6] 　Matcham S E et al.Microbiol Biotechnol , 1985 , 21:108～ 112.
[ 7] 　Boas N F.J Biol Chem , 1953 , 204:553.
[ 8] 　黄伟坤。食品检验与分析。北京:中国轻工业出版社。 1987 , 39～ 40。
[ 9] 　杜荣骞。生物统计学。北京:高等教育出版社。 1985 , 419～ 429 , 180～ 184。
[ 10] 　李家瑞。食品化学。北京:轻工业出版社。 1987, 285～ 302 , 192。
[ 11] 　Saswati S.Can J Microbi l , 1990 , 36:617～ 623.
[ 12] 　Leatham G F.App l Microbiol Biotech nol , 1986 , 24(1):51～ 58.
[ 13] 　高爱华 , 曲新民。食用菌 , 1989 , 6:15～ 16。
[ 14] 　Wang H L et al.J Nu tr , 1968 , 96:109～ 114.
STUDIESON THE MYCELIAL BIOMASS AND STARCH
DEGRADATIONOF FOUR DIFFERENT MORCHELLA
SPECIES IN SOLID FERMENTATION
HAN Jian-rong
(Department of Life Science , Shanxi University , Taiyuan 030006)
ABSTRACT　In same solid fermentation medium , corn meal or potato meal medium , the
mycelial biomass of four different Morchella species , M .esculenta , M .conica , M .angus-
ticeps and M .crassipes , have no significant deciations , while the amylase activities and
deg radation rate of starch show significant differcnce.The M .conica is the st rongest of four
different Morchella species in deg radation to starch.By supplement of Ca2+ and nit rogen
source , such as soybean meal , KNO3 , NH4NO3 and(NH4)2SO4 , and prolongation of fer-
mentation time from 15-d to 25-d , the mycelial biomass and amylase activi ty and deg radation
rate of starch can be raised siginificantly.After M .conica 25-d fermentation at 25℃ in both
the corn meal medium and the potato meal medium that is supplemented wi th 10% soybean
meal and 0.1%Ca(Cl)2 , the deg radation rates of corn starch and potato starch reach respec-
tively 74.2% and 79.8%.
KEYWORDS　Morchella , Solid fermentat ion , Mycelial biomass , Starch degradat ion
3174 期 韩建荣:四种羊肚菌在固体发酵条件下的菌丝生物量和降解淀粉作用