摘要
本研究介绍了一种利用乳清的新方法，即使用乳清作为基质培养食用菌灵芝的菌丝体。采用中心复合立方体设计的响应面分析（RSA）成功确定了菌丝体最大产量的最优条件：pH 4.2和28.3°C。高提取率以及高多糖含量（即1.2 g/l）表明乳清可作为菌丝体生产的替代基质。在设计范围内，可溶性化学需氧量（SCOD）去除率为80.7%至93.1%。因此，利用乳清培养灵芝菌丝体可为解决乳清的替代利用和废物管理这一双重问题提供独特的解决方案。在最优条件下，还采用四阶龙格-库塔近似法评估了底物抑制生物动力学。使用95%置信区间的非线性最小二乘法（NLLS）。乳糖和SCOD的最大微生物生长速率µmax和半饱和系数Ks分别确定为2.28 ± 0.11和2.27 ± 0.15每天，以及95.5±9.1和128.0±12.1 g/l。乳糖和SCOD的微生物产率系数Y和微生物衰减速率系数kd分别确定为0.49±0.03和0.39±0.03 g VSS/g各底物，以及0.05±0.01和0.05±0.01每天。乳糖和SCOD的抑制系数分别为37.6 ± 2.9和49.3 ± 3.3 g/l。
1. 引言
乳清是奶酪生产的副产品，是在将酪蛋白和乳脂作为凝乳从牛奶中分离出来后剩余的液体。根据所制作奶酪的类型，每生产1公斤奶酪可产生多达9升乳清。乳清中的有机物导致化学需氧量（COD）高达40-70 g/l。2001年全球奶酪生产及由此产生的乳清副产品约为1.5亿吨，一直是最大的单一潜在污染源之一。奶酪行业的持续增长、减少废水中污染物的必要性以及最大化原材料回报的需求，促使生产者寻求利用乳清的新途径。乳制品废物应被视为一种廉价的潜在原材料来源，可从中生产有价值的产品。乳清含有牛奶中约一半的营养成分；4%的乳糖、含氮化合物、微量矿物质和维生素使其具有营养价值。
在本研究中，我们假设解决乳清管理问题并降低高处置成本的独特方案是将乳清用作培养食用菌灵芝菌丝体的替代基质。灵芝菌丝体因其 perceived 的健康益处而被广泛用作许多保健食品和治疗药物的原料。灵芝消费量的近期增加是由于该蘑菇热量低且富含植物蛋白、几丁质、维生素和矿物质。包括灵芝在内的蘑菇子实体传统上一直使用谷物、锯末或木材等基质在固体培养中生产。然而，完成子实体培养通常需要数月时间，且产品质量往往难以控制。因此，深层发酵菌丝体培养最近作为细胞材料和有价值代谢产物（如多糖）高效生产的有前景替代方法而受到极大关注，主要由于其菌丝体培养周期短（通常不到2周）。
环境条件的控制以及培养基组成的改良对于提高菌丝体培养的生产效率至关重要。尽管付出了这些努力，但关于深层培养中不同基质影响灵芝生长的环境因子优化的信息却很少。此外，利用乳清的灵芝生物动力学文献中也缺乏，这对于控制和预测生产效率至关重要。因此，本研究的目标是：（1）找到pH和温度同时变化时灵芝菌丝体最大产量的最优条件，使用乳清作为基质；（2）评估最优生长条件下菌丝体的生物动力学。
2. 材料与方法
2.1. 乳清作为基质
将韩国Samik公司的干乳清粉溶解于蒸馏水中（57.1 g/l干粉），以获得典型乳清的乳糖浓度（即40 g/l乳糖），因为乳糖是乳清中的主要含碳化合物。所得乳清用作培养灵芝菌丝体的基质。由于乳清含有微生物生长所需的大部分必需营养物质，且为了获得关于原乳清处理的信息，未添加额外的营养物质。然而，每次试验都仔细监测以正磷酸盐形式存在的铵态氮和磷的含量，以确保这两种关键营养物质不受限制。
2.2. 微生物菌株和培养条件
灵芝（KCTC 6283）购自韩国典型培养物保藏中心（KCTC），在4°C下保存在马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）斜面上。将灵芝种子培养物转移至含PDA培养基的平皿中，在25°C下培养4天。使用圆形打孔器获得菌丝体琼脂圆片（5 mm），并将其用作后续实验的接种物。使用三个相同的发酵罐，工作体积为4升，配备温度、pH和溶解氧（DO）控制器，以分批模式培养菌丝体。每个生物反应器接种15个含有灵芝的琼脂圆片，该灵芝如前所述在PDA培养基表面生长。将经过过滤净化的空气以1（体积/体积）/分钟的速率供应至生物反应器，以维持最低2 mg/l的DO浓度。分别使用2 N氢氧化钠和2 N硫酸缓冲液将pH调节至所需水平。使用10%消泡剂（A5758，Sigma）控制泡沫。
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