突破传统栽培限制：创新发酵技术助力灵芝多糖高效生产

灵芝（Ganoderma lucidum），作为中国传统医学中的瑰宝，以其丰富的生物活性成分如多糖、三萜类化合物等，在医疗、制药、食品及功能性食品行业中占据重要地位。灵芝多糖具有独特的生物活性，包括增强肠道健康、调节免疫反应等。然而，传统栽培方法产量低、质量不稳定，限制了灵芝多糖（GLPs）的深入研究与广泛应用。浸没式发酵作为一种有效的生产方式，具有周期短、可控性强、可追溯和易于大规模生产等优点。然而，目前相关研究大多聚焦于提升总多糖含量，却忽视了对具有特定结构多糖，尤其是高分子量成分的生产条件的探索。

近期，中国农业部南方食用菌资源与利用重点实验室张劲松教授团队在《Food Chemistry》杂志上发表了一篇题为“Innovative submerged directed fermentation: Producing high molecular weight polysaccharides from Ganoderma lucidum”的研究论文，提出了一种创新的浸没式定向发酵技术，能够高效生产高分子量的灵芝胞内多糖（IPS），为灵芝多糖的工业化生产带来了重大突破^[1]。

接种量和通气速率（airvolume/culturevolume/min，VVM）对高分子量IPS含量的影响

研究发现，接种量对高分子量IPS的含量有显著影响。在0.5 g/100 mL的接种量下，高分子量IPS的含量达到最大值。高通风速率 (1.5 VVM) 促进了菌丝体的快速生长，但并未提高高分子量IPS的合成。以这种速度过量的氧气可能会引起氧化应激，从而阻碍了IPS的产生。因此，1.0 VVM被选为最佳速率，平衡了增长和高效的IPS合成。

图1 不同接种量下灵芝高分子量IPS的高效凝胶过滤色谱（HPSEC）

图2 不同通气效率下菌丝生长曲线和高分子量IPS峰面积

不同发酵规模对高分子量IPS的含量的影响

不同发酵规模下，高分子量IPS的合成趋势不同，50 L发酵罐中高分子量IPS的含量在96小时达到最大值，且超过250 mL摇瓶和3 L发酵罐的含量。不仅如此，50 L发酵罐的规模更接近于工业生产，可以更好地预测和评估实际生产过程中的问题。

图3 在不同发酵规模条件下的菌丝生长曲线和高分子量 IPS峰面积

补料分批发酵对生物量和高分子量IPS的影响

通过降低初始葡萄糖浓度并结合补料发酵，可显著提高菌丝体生物量和高分子量IPS的产量。在500 L发酵罐中，最大高分子量IPS含量和最大生物量分别比50 L发酵罐高出33.24%和17.16%。

图4 补料分批发酵中的菌丝生长曲线和高分子量 IPS峰面积

注：(A) 在50L发酵罐中初始葡萄糖浓度为10 (g·L-1)。(B) 在50L发酵罐中的初始葡萄糖浓度为20 (g·L-1)。(C) 在500L发酵罐中的补料分批发酵。

高分子量IPS结构与活性分析

通过甲基化、气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）和核磁共振波谱（NMR）分析，确认了高分子量IPS的结构（图5），其主要结构重复单元为β-1,3-Glcp主链，通过β-1,3-Glcp在O-6位置连接β-1-Glcp侧链。此外，用透析膜 (10,000 Da) 透析后冷冻干燥的多糖被标记为10E级分多糖。10E级分是灵芝的高分子量IPS，10E多糖组分在体外显示出免疫调节活性，能够刺激RAW264.7巨噬细胞释放一氧化氮（NO）（图6）。

图5 10E级分的结构表征。

注：（A）10E级分的甲基化产物的总离子色谱图。（B）10E级分的1D NMR光谱1H NMR。（C）10E级分的1D NMR光谱13C NMR。（D） 10E级分的一级结构的重复单元。

图6 10E级分对RAW264.7细胞的影响。

注：（A）10E级分对RAW264.7细胞的代谢活力的影响。（B） 10E级分对从LPS刺激的RAW264.7细胞释放NO的影响。a、b、c、d和f表示0.05水平的显著性。

研究意义与展望

这项研究不仅阐明了环境因素对灵芝浸没式定向发酵生产高分子量β-葡聚糖的影响机制，还通过对发酵条件的不断优化，成功实现了高分子量灵芝多糖（IPS）的稳定生产，这一成果为灵芝多糖的工业化生产提供了可靠的技术支撑，对于满足市场对高价值功能成分的需求具有重要意义。此外，该研究在拓展灵芝多糖应用领域方面也发挥了重要作用，尤其是在制药和营养保健品等对生物活性成分的分子量或结构有特定要求的领域，为其应用提供了全新的思路。

参考文献

[1] Jia Guo, Chenmin Tang, Yanfang Liu, et al. Innovative submerged directed fermentation: Producing high molecular weight polysaccharides from Ganoderma lucidum[J].Food Chemistry, 2025, 471,142759.