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对羟基苯甲醛等天麻成分对灰树花胞外多糖生物合成的影响



全 文 : 对羟基苯甲醛等天麻成分对灰树花胞外多糖生物合成的影响
吴彩云1,吴天祥 1,2*,朱俊杰 1,刘 昕 1,赵群丽 1
(1.贵州大学酿酒与食品工程学院;2.贵州省发酵与酿造重点实验室 贵州 贵阳 550025)
摘 要:在灰树花液体发酵体系中,分别添加不同浓度梯度的天麻素、对羟基苯甲醇和对羟基苯甲醛三种天麻成分,
分析这三种成分对灰树花菌体生长和胞外多糖(EPS)合成的影响,采用苯酚-硫酸法测定胞外多糖含量。结果表明:
适宜浓度的这三种成分均能促进灰树花菌体生长和胞外多糖的生物合成,其中对羟基苯甲醛添加量为 0.15g/L 时效果
最佳,并且与 7%(v/v)天麻醇提物效果基本一样。动态分析 0.15g/L 对羟基苯甲醛和 7%(v/v)天麻醇提物对灰树
花 EPS 促进作用的结果表明:在整个发酵过程中,二者促进灰树花 EPS 生物合成的效果基本一样,并且从发酵第
7d 开始,二者的 EPS 均显著高于空白组(P<0.05)。因此,对羟基苯甲醛是对灰树花 EPS 产量增效作用最大的天麻
成分。
关键词:对羟基苯甲醛;天麻成分;灰树花;胞外多糖
Effect of p-hydroxylbenzaldehyde and other main ingredients of Rhizoma gastrodiae on the
biosynthesis of exopolysaccharide by submerged culture of Grifola frondosa
Wu Cai-yun 1, Wu Tian-xiang *1,2, Zhu Jun-jie 1, Liu Xin 1, Zhao Qun-li 1
(1. School of Liquor & Food Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025,China; 2. Key Laboratory of fermentation
& brewing of Guizhou Province, Guiyang 550025,China)
Abstract: To test the stimulatory effects of three ingrediengts of R. gastrodiae, various concentrations of the main
ingredients of R. gastrodiae including gastrodin and p-hydroxybenzyl alcohol as well as p-hydroxylbenzaldehyde were
separately added into the cultural medium of Grifola frondosa in submerged culture. The exopolysaccharide (EPS)
concentration in the precipitate was further determined by phenol–sulphuric acid assay. The results showed that all of the
additives had an effective stimulatory effect on mycelial growth and EPS production. Among them, the addition of
p-hydroxylbenzaldehyde at 0.15 g/L exhibited the best results,and was approximately equal with 7% (v/v) extracts of the R.
gastrodiae. Furthermore, kinetic analysis of the addition of 0.15 g/L hydroxybenzaldehyde and 7% (v/v) extracts of the R.
gastrodiae in enhancing EPS respectively and the result showed that: the HBA was approximately equal with the extracts of
the R. gastrodiae on increasing EPS productions through the whole fermentation process, and start from the 7th day, the EPS
were significantly higher than the control group (P <0.05). Therefore, HBA is the most responsible to promote the EPS
productions in submerged culture of G. frondosa.
Key words: P-hydroxylbenzaldehyde; the ingredients of Rhizoma gastrodiae; Grifola frondosa; exopolysaccharide
中图分类号:Q936 文献标志码:A 文章编号:
天麻为兰科植物的干燥块茎,主产于贵州、四川、云南及陕西等地[1],是我国名贵的中药材之一,其主要
成分有天麻素、对羟基苯甲醇、对羟基苯甲醛等[2-7]。
灰树花(Grifola frondosa),又名贝叶多孔菌,隶属于担子菌亚门(basidiomycotina),多孔菌科
(polyporaceae),是一种营养丰富、生物活性物质含量高的药(食)用真菌。灰树花多糖具有抗肿瘤[8-9]、清
除自由基[10-11]、抗 HIV[12]、抗氧化 [10.12-14]、提高成纤维细胞增值及促进胶原蛋白合成[10]等生物活性。
液体发酵培养是获得药用真菌多糖一种快速、高效、经济的方法。为了最大量获得胞外多糖(EPS),在
药用真菌液体发酵体系中添加一定的刺激物,不仅能促进菌体细胞的生长,而且能增加次生代谢产物(如 EPS)
的生物合成[15]。
Liu Gao-Qiang [16]等在灵芝液体深层发酵体系中添加乙酸乙酯可显著促进灵芝多糖的合成和菌体生长。

项目来源:国家自然科学基金[2014]31460537 号
1作者简介:吴彩云(1990-),女,硕士研究生,研究方向:食品生物技术。E-mail:1749753070@qq.com
*通信作者:吴天祥(1965-),男,教授,博士,研究方向:发酵工程与生物转化。E-mail: ce.txwu@gzu.edu.cn
2015-08-25
1
网络出版时间:2015-08-25 13:45:39
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20150825.1345.014.html
Tang Ya-Jie [17]在灵芝 EPS 的生物合成及其相关活力的研究表明,乳糖可促进灵芝菌体生长和 EPS 合成。在
灰树花液体深层发酵过程中, Hsieh[18-19]等添加橄榄油、植物油,Cheng Hua-Bing 等[20]添加适量聚乙二醇、
候晓梅[21]等添加适量的白花蛇草、薏苡仁、连翘、黄芪等中药,赵亮[22]等添加山药、 苦荞均可以促进灰树
花细胞生长和 EPS 的生物合成。
本课题组承担了国家自然科学基金项目“天麻提取物有效成分对灰树花发酵的代谢影响及机理研究”课题,
前期研究结果表明,在灰树花液体发酵体系中添加天麻提取物可显著促进灰树花细胞生长和 EPS 的生物合成
[23-27]。但是并不确定这种促进作用主要是灰树花利用了哪种或者哪几种天麻主要成分所产生的结果。因此,本
实验在灰树花发酵体系中添加几种不同浓度梯度的天麻主要成分(包括天麻素、对羟基苯甲醇及对羟基苯甲
醛),分析这些添加物对灰树花发酵过程中菌体生长和 EPS 合成的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂
灰树花菌株(Grifola frondosa,菌种编号:5.404) 中国普通微生物菌种保藏管理中心;天麻 贵州省德
江县;天麻素、对羟基苯甲醇和对羟基苯甲醛 美国 Sigma 公司;葡萄糖 天津市大茂化学试剂厂;蛋白胨 上
海盛思生化科技有限公司;KH2PO 天津市福晨化学试剂厂;MgSO4·7H20 天津市瑞金特化学品有限公司;
无水乙醇 成都金山化学试剂有限公司;其余均为市售分析纯。
1.2 仪器与设备
CP114 电子天平,奥豪斯仪器(_上海)有限公司; GZX-9070 MBE 数显鼓风干燥箱,上海博讯实业有限公
司医疗设备厂;BXM-30R 立式灭菌锅,上海博讯实业有限公司医疗设备厂;TG2-16G 低速离心机,上海安亭
科学仪器厂; SW-CJ-1D 净化工作台,苏州净化设备有限公司;Molecular Devices SPECTRA MAX 190 酶标仪,
昆明纳瑞科技有限公司;Agilent 1100 高效液相色谱仪及检测器,Agilent 公司;UF-C18 色谱柱 Ufavour。
1.3 培养基
斜面培养基:PDA 培养基
液体种子培养基: 葡萄糖 30 g/L,蛋白胨 2 g/L,酵母膏 6 g/L,KH2PO4 0.5 g/L,MgSO4•7H2O 0.5 g/L;
pH 自然。
发酵培养基: 葡萄糖 50 g/L,蛋白胨 5 g/L,酵母膏 6 g/L,KH2PO4 2 g/L, MgSO4•7H2O 2 g/L;pH 自然。
1.4 培养方法
1.4.1 斜面种子培养
于母种试管中切取黄豆粒大小的菌丝块接于 PDA 斜面中部,置于 25 ℃恒温培养箱中,培养至菌丝长满
整个斜面。
1.4.2 液体种子培养
将培养好的斜面菌种用接种扒切取蚕豆大小颗粒,接种于液体种子培养基中,一支 PDA 斜面接种一瓶。
250 mL 三角锥形瓶装液量 100 mL、25 ℃、150 r/min、摇床培养 4-7d,三角锥形瓶中应长出大量细小、均匀
的菌丝球且菌液清亮为佳。
1.4.3 发酵培养
按 5%的接种量接种。用移液枪量取液体种子,接种于发酵培养基中。250 mL 三角锥形瓶装液量为 100 mL、
25 ℃、150 r/min、摇床培养时间根据需要设定。
1.5 天麻醇提取液制备
天麻经洗净、蒸煮、55℃烘干、粉碎,过 80 目后备用。称取 50g 的天麻,加 100mL 95%vol 乙醇浸提 48h,
过滤,减压蒸去乙醇,再加 50mL 的蒸馏水重溶,过滤,即 1g 天麻可得 1mL 的醇提液,醇提液用于灰树花液
体培养。
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2
1.6 分析方法
1.6.1 生物量(BIO)的测定[26]
灰树花菌体生长以其生物量为指标。将发酵液滤纸过滤,蒸馏水冲洗菌丝体 3 次,于 60℃数显鼓风干燥
箱中烘干至恒重,称重即得菌丝体生物量。
1.6.2 胞外多糖(EPS)含量测定[23]
取一定量发酵上清液,加入 7 倍 95%乙醇,于冰箱中静置 24 h。离心(4 000r/min,15min),除去上清液后,
用 95%乙醇清洗沉淀 3 次,然后将沉淀在 60℃下烘干,加水溶解,用苯酚-硫酸法[28]测定胞外多糖含量。
1.6.3 HPLC 检测条件[5]
色谱柱 Agilent TC-C18 (4.6mm×250mm,5um);流动相为 A:0.1%磷酸水和 C:乙腈。梯度洗脱:0-35min
C:3%-30%(v/v);35-45min,C:30%-70%(v/v)。流速 1mL/min,柱温 30℃,检测波长 22l nm。
1.6.4 统计方法 所有的试验数据均使用 SPSS 17.0 分析显著性,用 Origin 8.0 做图表。

2 结果与分析

2.1 不同浓度的天麻醇提取物对灰树花 BIO 和 EPS 的影响
0 2 4 6 8 10 12 140.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.4


(?
Y)
天麻醇提取物(v/v)
图1 天麻浓度对灰树花BIO和EPS的影响
Fig.1 Effect of the concentrations of R. gastrodiae extract on BIO and EPS productions by submerged culture of G. frondosa.
BIO
EPS

在灰树花发酵体系中添加不同浓度天麻醇提取物,发酵 9d 后 BIO 和 EPS 如图 1 所示。随天麻醇提取物浓
度的增加,灰树花 BIO 和 EPS 先增加至最大量后降低,这可能是因为在高浓度的天麻提取物对灰树花生长具
有一定的抑制作用进而使 EPS 产量有所降低,此结果与贺宗毅[26]和王娜[23]的一致。当天麻醇提取物添加量为
7%(v/v)时,灰树花 BIO 和 EPS 分别达最大值 2.196±0.034 和 1.365±0.018 g/L,与空白组(不加天麻)相
比,分别增加了 110.143% 和 78.5%。基于前期研究,我们认为天麻醇提取物中必定存在某种或某几种可促进
树花菌体生长和 EPS 生物合成的成分。因此,添加 7% (v/v)天麻醇提物作为后期试验的实验组。
2.2 天麻提取物成分分析
表 1 为采用 HPLC 法测定 75%天麻醇提物中三种成分的含量结果。75%天麻醇提物灭菌后天麻素、对羟基
苯甲醇和对羟基苯甲醛的含量分别增加了 128.90%、21.12%和 15.36%。由于灰树花液体发酵培养需经过高压
灭菌,因此以灭菌后天麻醇提物中天麻素、对羟基苯甲醇和对羟基苯甲醛的含量进行实验。
表 1 HPLC 法测定 75%天麻醇提物中三种成分的含量
Table.1 Determination of three ingredients from 75% ethanol R. gastrodiae extract by HPLC
成分 未灭菌 灭菌
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3
峰面积 含量(mg/g) 峰面积 含量(mg/g)
天麻素 9542 2.3879 21854.4 5.4660
对羟基苯甲醇 3938.6 0.6592 4773.9 0.7984
对羟基苯甲醛 10527 1.3144 12142.4 1.5163

2.3 实验组 BIO 和 EPS 比较
空白 天麻 GA HA HBA
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8




g/
L)
BIO
EPS
图2 实验组EPS比较
Fig.2 EPS comparison of the experimental groups
以灭菌后 7g 天麻醇提物中所含天麻素、对羟基苯甲醇和对羟基苯甲醛的质量进行实验,并与天麻醇提物
作比较分析对灰树花 BIO 和 EPS 的促进作用。在灰树花发酵液中分别添加 0.383 g/L 的天麻素(GA)、0.685 g/L
对羟基苯甲醇(HA)、0.106 g/L 对羟基苯甲醛(HBA)和 7%(v/v)天麻醇提取物(天麻),发酵 9d 后各实
验组 BIO 和 EPS 如图 2 所示。天麻实验组的 BIO 和 EPS 产量最高并且显著高于空白组、GA、HA 实验组,
其次是 HBA 实验组,其余三个实验组的产量相差不大。单独添加三种天麻成分中, 对羟基苯甲醛促进灰树花
BIO 和 EPS 的效果最佳,但这种促进作用仍低于天麻醇提取物,这很可能是由于所添加的三种成分的浓度过
小或者过大,并且对羟基苯甲醛可能是天麻醇提取物中促进灰树花 EPS 生物合成贡献力最大的成分。
2.4 三种天麻成分对灰树花 EPS 合成的影响
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.401.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
EP
S (
g/L
)
添浓加度物(g/L)
图3 三种天麻成分对灰树花EPS合成的影响
Fig.3 Effect of three ingredients of R. gastrodiae on EPS productions by submerged culture of G. frondosa.
天麻素
对羟基苯甲醇
对羟基苯甲醛

为了分析这三种天麻成分对灰树花 EPS 生物合成的影响和确定最佳添加量,在灰树花液体发酵体系中分
别添加 0.02-0.35 g/L 的天麻素、对羟基苯甲醇和对羟基苯甲醛,发酵 9 天后灰树花 EPS 结果如图 3 所示。EPS
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4
产量随三种添加物浓度的增大先增加至最大值后降低,对羟基苯甲醛添加量在 0.0 5-0.25 g/L 时的 EPS 产量均
高于其他实验组。此外,与空白组(不加添加物)相比,天麻素浓度为 0.25-0.35 g/L、对羟基苯甲醇浓度为
0.15-0.30 g/L 和对羟基苯甲醛浓度为 0.0 5-0.30 g/L 时均能显著促进灰树花 EPS 的生物合成(P<0.05),其中对
羟基苯甲醛添加量为 0.15g/L 时对灰树花 EPS 合成的促进作用效果最佳,EPS 达最大值 2.2511±0.0378 g/L,增
加了 40.53%。因此,在所添加的这三种天麻成分中,对羟基苯甲醛对灰树花 EPS 生物合成的促进作用最大。
我们不禁猜想,这种促进作用是高于还是等于天麻醇提取物的,后期试验以 0.15g/L 对羟基苯甲醛为一个实验
组。
2.5 天麻提取物和对羟基苯甲醛两实验组 EPS 比较
空白 天麻提取物 对羟基苯甲醛
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
图4 0.15g/L对羟基苯甲醛和7%(v/v)天麻醇提取物两实验组EPS比较
Fig.4 EPS comparison between the experimental groups of 0.15 g/L hydroxybenzaldehyde and 7% (v/v) extracts of the R. gastrodiae
EP
S (
g/L
)

图 4 为空白、0.15g/L 对羟基苯甲醛和 7%(v/v)天麻醇提取物三个实验组发酵 9d 后 EPS 产量。对羟基苯
甲醛和天麻醇提取物两实验组EPS产量几乎一样,分别为 1.6744和 1.6968 g/L,并且均显著高于空白组的 1.3405
g/L(P<0.05)。因此,对羟基苯甲醛对灰树花 EPS 生物合成的促进作用与天麻醇提取物的基本一样。
2.6 灰树花液体发酵过程中 BIO 和 EPS 的动态变化
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 2 4 6 8 10 12 140.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0

EP
S (
g/L
)
空白
天麻提取物
对羟基苯甲醛
BI
O (
g/L
)
发酵时间(d)
图5 动态分析对羟基苯甲醛和天麻醇提取物对灰树花BIO 和EPS的影响
Fig.5 Kinetic analysis of the effect of hydroxybenzaldehyde and extracts of the R. gastrodiae on BIO and EPS

图 5 为空白、0.15g/L 对羟基苯甲醛和 7%(v/v)天麻醇提取物三个实验组发酵 13d 期间灰树花 BIO 和 EPS
随发酵时间的动态变化情况。在整个发酵过程中,三个实验的 BIO 和 EPS 逐渐增加至最大值后趋于稳定。在
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5
发酵的 0-5d,三个实验的 BIO 和 EPS 产量很低并且基本一样;在发酵 5-13d,对羟基苯甲醛和天麻醇提取物
的 BIO 和 EPS 分别快速增加至发酵第 9d 和 11d 后趋于稳定,并且两实验组的 BIO 和 EPS 产量基本一样,空
白组 BIO 和 EPS 分别发酵至第 7d 和第 9d 后基本不再增加。这说明发酵第 5 的开始,灰树花大量吸收营养物
质和天麻成分来促进自身菌体生长和 EPS 的生物合成。此外,发酵第 7d 后,对羟基苯甲醛和天麻醇提取物的
BIO 和 EPS 均显著高于空白组(P<0.05)。再一次说明对羟基苯甲醛和天麻醇提取物可显著促进灰树花菌体生
长和 EPS 的生物合成。
2.7 灰树花液体发酵过程中对羟基苯甲醛吸收利用情况与 BIO 和 EPS 产量间的关系
0 2 4 6 8 10 12 140.00
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
0.18
对羟基苯甲醛含量
BIO
EPS
发酵时间(d)
图6 灰树花液体发酵过程中对羟基苯甲醛吸收利用情况与BIO和EPS产量间的关系
Fig.6 The relationship between the absorption of hydroxybenzaldehyd and BIO as well as EPS through the whole fermentation process






(
g/
L)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
EP
S/B
IO
(g/
L)

图 6 为对羟基苯甲醛添加量为 0.15g/L 时,灰树花发酵液中对羟基苯甲醛、BIO 和 EPS 随发酵时间的动
态变化情况。由图 6 可知,对羟基苯甲醛含量从发酵第 3d 开始大幅度减少至发酵第 7d 基本为零,而从发酵第
5d 开始,灰树花 BIO 和 EPS 开始大量积累。这再次说明发酵第 5d 后,对羟基苯甲醛被灰树花大量吸收用以
促进菌体生长和 EPS 生物合成。

3 结论
在灰树花深层发酵体系中,添加适宜浓度的天麻成分(包括天麻素、对羟基苯甲醇和对羟基苯甲醛)均能
促进灰树花菌体的生长和胞外多糖的生物合成,其中对羟基苯甲醛添加量为 0.15g/L 时对灰树花 EPS 合成的促
进作用效果最佳,并且与 7%(v/v)天麻醇提物的效果基本一样。因此,对羟基苯甲醛是对灰树花 EPS 产量
增效作用最大的天麻成分。EPS 合成酶是菌体分泌的一种诱导 EPS 产生的一类酶的总称。王琼[29]和张清丽[30]
的研究认为 α-磷酸葡萄糖变位酶(α-PGM)、磷酸葡萄糖异构酶(PGI)、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶、TDP-葡萄
糖焦磷酸化酶等是 EPS 合成的关键酶。徐晓宝[24]的研究表明天麻提取物可提高 α-PGM 酶活力。本研究中对羟
基苯甲醛对灰树花 EPS 生物合成的促进作用与天麻醇提取物的基本一样。这可能是在提高 EPS 合成的关键酶
酶活力方面,对羟基苯甲醛的效果与天麻提取物基本一样,但是二者具体提高哪种或者哪几种 EPS 合成酶酶
活力尚不清楚,需要作进一步研究。

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2015-08-25
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