来源：Semantic Scholar | 编译：DNA Lab Space
导语
灵芝（*Ganoderma lucidum*）作为传统药用真菌，其多糖和三萜等活性成分在免疫调节、抗肿瘤等领域应用广泛，但传统栽培周期长、底物成本高。近期一项研究创新性地将葡萄酒和奶酪工业副产物——葡萄渣与乳清——作为廉价碳氮源底物，通过液态深层发酵培养灵芝菌丝体，在显著降低生产成本的同时，实现了菌丝体生物量及β-葡聚糖、灵芝酸等活性物质的高效定向生产。该策略同步提升了农产加工废弃物的资源化价值，为食药用真菌的生物制造提供了可持续的循环经济解决方案。
研究背景
灵芝作为重要的药用真菌，其生物活性成分如多糖（尤其是β-葡聚糖）、灵芝酸（三萜类化合物）在免疫调节、抗炎、抗肿瘤和抗氧化等方面表现出显著功效。然而，传统灵芝栽培主要依赖段木或袋料固体培养，周期长达数月，占地大，产物品质易受环境影响。液态深层发酵技术因其周期短、过程可控、产物均一性好等优势，正成为食药用真菌高效生产的重要替代手段。
目前，灵芝液态发酵普遍使用葡萄糖、酵母浸粉等精制培养基，成本高昂，约占生产总成本的30%–50%，严重限制其工业化应用。食品工业副产物资源化利用是降低发酵成本的重要路径。葡萄渣（grape pomace）是葡萄酒酿造后的主要固体残渣，富含纤维素、半纤维素和酚类物质，年产量巨大；乳清（cheese whey）是干酪生产的液态副产品，富含乳糖和可溶性蛋白，但处理不当会造成严重水体污染。此前已有研究尝试利用单一农产废弃物培养灵芝，但菌丝体产量和活性成分浓度常因营养不均衡而受限。
该研究首次将葡萄渣水解液与干酪乳清进行协同复配，构建营养均衡的复合底物用于灵芝液态发酵。通过系统地优化底物配比和发酵条件，在无需补充任何合成营养剂的前提下，实现菌丝体生长和多目标活性成分的最大化合成，同步探索了双废弃物协同资源化的可行性。
研究方法
研究者构建了一套耦合酶解糖化与液态深层发酵的工艺路线。首先对葡萄渣进行预处理与酶解：干燥并粉碎后的葡萄渣按15% (w/v) 固液比与水混合，在50 mM柠檬酸钠缓冲液（pH 5.0）体系中，加入商业化纤维素酶（Celluclast 1.5L）和β-葡萄糖苷酶（Novozyme 188）联合糖化，于50 °C反应48小时，使纤维素和半纤维素充分释放为可发酵糖。获得的葡萄渣水解液经离心和过滤后，测定还原糖浓度并用于调配发酵培养基。
干酪乳清粉复溶后，与葡萄渣水解液按不同碳氮比混合，设计系列发酵基质。实验以10% (v/v) 可溶性固形物浓度为基准，评估了纯葡萄渣水解液（GPH）、纯乳清（CW）以及GPH与CW以75:25、50:50、25:75体积比混合的配方。所有试验组均未添加外源氮源或生长因子，仅以原料自身养分作为支撑。
灵芝（*G. lucidum*）来自真菌保藏中心，采用摇瓶培养系统：在250 mL三角瓶中装液50 mL，接种10% (v/v) 已预培养7天的液体菌种，于28 °C、150 rpm振荡培养14–16天。发酵结束后，菌丝体经离心收集、洗涤、冻干称重以获得生物量。发酵上清液用于耗糖量及胞外多糖分析。
分析测定方面，菌丝体中的总多糖通过苯酚-硫酸法测定，β-葡聚糖采用Megazyme试剂盒定量；三萜及灵芝酸含量以香草醛-高氯酸比色法结合HPLC进行定性与定量。同时监测发酵过程中的还原糖、乳糖、游离酚、抗氧化活性（DPPH·和ABTS·+清除能力）等动态指标，以全面评价底物利用效率及产物功能特性。
研究结果
研究结果表明，葡萄渣与乳清的协同配比可显著改变灵芝发酵的碳氮代谢流，进而调控菌丝体产量和活性成分谱。在纯葡萄渣水解液（GPH）中，灵芝菌丝体生长受限，最高生物量仅为4.21 g/L。纯干酪乳清（CW）培养基中生物量可达8.32 g/L，但因碳氮比偏高且缺乏某些生长辅助因子，菌丝较为蓬松，活性物质浓度不突出。
当两者混合后，生物量出现协同增效。其中，GPH与CW以50:50体积比混合的培养基表现最优，第14天的菌丝体干重达到14.18 g/L，分别较纯GPH和纯CW提高237%和70%。该混合物的初始碳氮比约为30:1，既提供了葡萄渣水解液中可缓慢利用的葡萄糖、木糖等碳源，又由乳清贡献了丰富的乳糖和短肽，实现了速效与缓效营养的互补供给。菌丝体形态亦更为致密均匀，表明营养代谢同步性改善。
在活性物质合成方面，β-葡聚糖是灵芝菌丝体胞壁的关键免疫活性多糖。在最优混合底物条件下，菌丝体总多糖含量达到28.7% (w/w)，其中β-葡聚糖占比高达15.4% (w/w)，显著高于纯CW组（9.2%）和GPH组（11.3%）。这表明混合底物不仅促进菌体增殖，更倾向于诱导细胞壁结构性多糖的合成，可能激活了与细胞壁完整性相关的信号途径。
三萜类物质分析显示，混合底物组的总三萜含量为18.9 mg/g菌丝体（以齐墩果酸计），高于纯GPH（14.6 mg/g）和纯CW（12.3 mg/g）。HPLC定量检测到四种主要灵芝酸（A、C2、D、H），其中灵芝酸A在混合底物组达到3.45 mg/g，为纯CW组的2.3倍。进一步分析发现，葡萄渣中残留的多酚类物质（如没食子酸、儿茶素）可能作为非营养性激发子，通过适度氧化胁迫激活灵芝酸合成路径的关键酶基因表达，实现活性成分的定向强化。
过程动力学还揭示，混合底物组在发酵72–96小时耗糖速率骤增，与菌丝快速生长期高度吻合。发酵结束时，还原糖总利用率超过85%，乳糖利用率接近92%，证实双废弃物中碳源被高效转化。发酵液抗氧化活性在混合底物组同样最高，DPPH·和ABTS·+清除能力分别较纯GPH组提升1.6倍和1.4倍，这不仅归因于代谢中新合成的胞外多糖等物质，也与葡萄渣源多酚的溶出和生物修饰相关。
值得注意的是，在25:75（GPH:CW）和75:25（GPH:CW）比例下，菌丝体产量及活性成分水平均位于中间状态，无极端抑制现象，说明灵芝对两种底物的适应窗口较宽，工艺容错性好，利于工业放大。
讨论与展望
此项研究成功证实，葡萄渣和干酪乳清两种食品加工废弃物可通过差异化的营养功能实现互补，在深层发酵体系中高效支撑灵芝菌丝体的生长与活性物质合成。其核心在于葡萄渣水解液提供了适合真菌利用的混合糖和诱导性酚类物质，而乳清补给了快速利用的氮源与乳糖，两者的协同不仅优化了碳氮比，更可能通过多酚信号分子机制上调灵芝酸合成途径。
该工艺的经济性和可持续性显而易见：全程未添加任何商业蛋白胨、葡萄糖或酵母浸膏，原料为负成本或零成本废弃物，大幅降低培养成本。并且，大量消纳葡萄渣和乳清有助于减轻葡萄酒和乳制品工业的废弃物处理压力，符合循环经济发展要求。菌丝体预计可作为膳食补充剂或功能性食品原料，为食药用菌制造业提供环保新路线。
然而，当前研究仍局限于摇瓶规模，酚类诱导灵芝酸积累的分子机制尚未通过转录组或代谢组证实。未来需进行小试至中试发酵罐放大，解决因废物成分批次差异导致的工艺稳定性问题，并开展毒理学和功能评价以支撑产业化。此外，发酵残渣的组分分析及其作为生物肥料或饲料的再利用潜力也值得深入挖掘。
总体而言，该研究为利用农业食品副产物替代灵芝这类高附加值食药用真菌的合成培养基指出了一条明确可行的技术路线，为实现“废弃物—菌丝体—功能成分”的闭环转化提供了重要实证和数据基础。
参考来源
> Kachrimanidou V, Papadaki A, Papapostolou H, Alexandri M, Gonou-Zagou Z. *Ganoderma lucidum* Mycelia Mass and Bioactive Compounds Production through Grape Pomace and Cheese Whey Valorization. *Molecules*, 2023, 28(17): 6331. DOI: [10.3390/molecules28176331](https://doi.org/10.3390/molecules28176331)
DOI: 10.3390/molecules28176331