江南大学科研团队筛选出灵芝孢子孢壳高效降解菌株并优化发酵条件

本研究为灵芝加工副产物的资源化利用提供菌株数据与工艺参考。

作者｜安 耘 运营｜魏雨欣 图片｜网 络 来源｜FFL未来食品实验室

FFL总结与推荐

一、技术推荐

灵芝是知名食药用真菌，灵芝孢子为其生殖细胞，富含多糖、三萜、不饱和脂肪酸、腺苷等多种活性物质，具备抗氧化、免疫调节、改善神经功能、抗肿瘤、调节血脂、抗病毒等多种药理活性。

灵芝孢子拥有双层细胞壁，孢壳主要由几丁质、纤维素、木质素以及硅、钙等无机元素构成，结构坚韧，耐酸碱、耐热、抗酶解，会阻碍孢子内部活性成分释放，工业上必须进行破壁处理。孢子破壁加工之后会产生大量灵芝孢子孢壳副产物，其主要成分为几丁质，难以降解。现阶段该副产物大多被直接废弃，不仅造成药用资源浪费，还存在潜在的环境污染风险，行业缺少实现其高值化再利用的技术手段。

微生物发酵是绿色环保的加工手段，可利用微生物分泌几丁质酶分解几丁质类底物。现有研究缺少针对灵芝孢子孢壳副产物的微生物降解研究。鉴于此，江南大学生物工程学院彭政团队从灵芝菌丝生长环境中，筛选可分泌几丁质酶、能够高效降解灵芝孢子孢壳的菌株，开展菌株鉴定、酶学性质测定与发酵条件优化，并验证菌株对实际孢壳底物的降解能力，为灵芝加工副产物资源化利用提供可行技术方案，提升中药材资源的综合利用率。

二、核心痛点

工业破壁工艺仅聚焦提取孢子内部活性物质，孢壳则直接被当作废弃物丢弃，几丁质资源得不到回收利用，造成中药材资源综合利用率偏低。孢壳骨架成分为高分子几丁质，结构致密，耐酸、耐碱、耐热，可抵抗普通消化酶的降解；物理、化学降解处理成本较高，化学法还易造成环境污染，常规商用几丁质酶对孢壳的实际降解效果有限。

三、本技术核心优势

研究首先开展平板初筛，使用以几丁质为唯一碳氮源的选择性平板，依据透明圈与菌落直径比值筛选几丁质降解菌株，得到B5、C8、C17、C19、D1、D4共6株候选菌株；再通过摇瓶复筛，筛选得到C8菌株，经16S rRNA鉴定为Lysobacter enzymogenes（产酶溶杆菌）。

▲图1 初筛几丁质降解菌平板

▲图2 三点接种筛选培养基平板

▲图3 几丁质降解细菌的系统发育树

摇瓶复筛测定C8、C17、C19在24-72h内的产酶动态变化。C8的整体几丁质酶活最高，在48h酶活达到峰值，因此确定C8作为后续研究的目标菌株。

▲图4 几丁质降解菌株摇瓶发酵过程几丁质酶活力变化

随后，研究验证灵芝孢子粉孢壳降解效果。C8发酵上清液对灵芝孢子孢壳的降解率为15.69 %，降解效果优于3种高活力商品化几丁质酶；降解后上清液颜色加深，在降解体系中检测到总糖750.02mg/L，证明该粗酶液能够裂解孢壳骨架，释放可溶性糖类。

▲图5 灵芝孢子孢壳降解效果验证

研究进一步对菌株酶活及酶学性质开展表征，采用胶体几丁质-DNS法测定几丁质酶活，确定该菌株所产几丁质酶的最适反应pH为5，最适反应温度为50℃。

▲图6 酶促反应条件探究（pH、温度）

研究通过单因素实验筛选培养基组分类型，碳源优选果糖，氮源优选蛋白胨；金属离子中K+（KCl）可显著提升几丁质酶活力，相比对照组酶活提升24.65%，Cu2+等离子会对菌株产酶产生抑制作用。

▲图7 培养基组分种类优化（碳源、氮源、金属离子）

研究继续优化各组分的最佳添加浓度与接种比例，得到最优条件：果糖4g/L，蛋白胨10g/L，KCl 0.7g/L，几丁质3g/L，最优接种量5%(v/v)。在此条件优化后，几丁质酶活可达0.563U/mL，是优化前的4.7倍。

▲图8 培养基组分添加量与接种量单因素优化

最后，研究直接将工业副产物灵芝孢子孢壳作为发酵底物开展实验。结果发现，外加几丁质粉末会与孢壳竞争酶的活性位点，造成降解效率下降；不添加几丁质诱导物的组别发酵9天后，孢壳降解率可达29.29%，总糖含量1163.60 mg/L。通过扫描电镜可以直观观察到，发酵后的孢壳表面产生大量孔洞、结构破碎，从微观形貌层面证实C8菌株对孢壳具备降解破坏能力。

▲图 9 C8菌株直接发酵灵芝孢子孢壳底物的实验结果

四、总结

本研究针对灵芝孢子破壁后孢壳副产物被废弃、几丁质骨架难以降解的行业痛点，从灵芝生长环境筛选得到一株产几丁质酶的Lysobacter enzymogenes（产酶溶杆菌）C8。经过对培养基、接种条件、酶促反应参数进行优化，菌株几丁质酶活由0.098U/mL提升至0.563U/mL。体外粗酶液对孢壳的降解率为15.69%；直接以孢壳作为发酵底物发酵9天，降解率可达29.29%，降解效果优于商品化几丁质酶，降解过程可生成可溶性糖类产物。

本研究证实，利用这株来源于自然环境的产酶溶杆菌实现灵芝孢子孢壳的生物降解具备可行性，为灵芝加工副产物的资源化利用提供菌株数据与工艺参考。

参考文献：

Li Y Y, Xu J, Hu L J, et al. Screening and fermentation optimization of a strain with Ganoderma lucidum spore powder wall degradation activity[J]. Food Bioscience, 2026, 81: 109179.