共培養與二次發酵差在哪裡?從菌株互動到代謝圖譜的研究方法

單一菌株發酵的邏輯相對清楚:研究者固定菌株、培養基、溫度、酸鹼值與時間,再觀察菌絲生物量、多醣產率或其他成分如何變化。當第二種真菌、乳酸菌或酵母進入同一個系統後,情況便不再只是把兩套代謝能力相加。不同微生物會競爭碳源、氮源、氧氣與生長空間,也可能利用對方釋放的代謝物、改變環境酸鹼值,或因壓力而重新分配自身的代謝資源。共培養研究真正關心的,正是這些互動是否形成可重複、可控制且具有應用價值的變化。

「共培養」與「二次發酵」也不是可以互換的名稱。共培養通常指兩種以上微生物在同一培養階段共同生長;二次發酵則是先完成第一階段培養,再加入新的微生物、基質或條件進行後續轉化。兩種流程的接種時間、原料定義、污染風險與檢測方式都不同。若只看到成品中同時存在桑黃、益生菌與穀物,卻沒有說明它們是在培養前混合、共同生長,還是分階段發酵,就無法判斷製程真正發生了什麼。

單一菌株資料是判斷微生物互動的基準

研究共培養之前,必須先知道每一個菌株單獨生長時的表現。Huang等人於2024年研究三株 Sanghuangporus vaninii,以單因子試驗與反應曲面法調整液態培養基。研究得到的最佳化配方約含25.86 g/L麥芽糖、7.30 g/L酵母萃取物與0.71 g/L蒲公英粉,驗證結果顯示三株菌絲生物量相較基本PDB培養基增加109%至191%。這些數字描述的是三個特定菌株在特定液態系統中的乾菌絲生物量,不能直接代表子實體產量,也不能推論加入另一種微生物後仍會維持相同反應。

Le等人於2025年的研究則使用從越南採集並鑑定為 S. vaninii 的菌株,以表面發酵比較培養基、碳氮源、pH、溫度與培養時間。在PDA、可溶性澱粉、酵母萃取物、pH 8.0、30°C及五週培養條件下,乾菌絲重量為6.98 g/L,多醣與β-glucan產率分別為5.20及0.96 g/L。液態搖瓶與表面發酵本身已會產生不同的氧氣傳遞、菌絲形態與產率;共培養研究若沒有各菌株在相同條件下的純培養對照,就很難判斷變化來自菌株互動,還是培養系統本身。

共培養不是把兩個產量直接相加

Lu與Liu於2024年研究 S. vaniniiPleurotus sapidus 的液態共培養。研究者先分別建立兩種真菌的種子液,再以6.9%與3.1%的接種比例加入含有30 g/L葡萄糖、6 g/L酵母萃取物且pH為9的共培養液,在28°C下培養五天;純培養組則以相同培養液分別培養,用來提供比較基準。研究測量整體菌絲生物量與胞內多醣,並依菌絲顏色及形態將兩種真菌分開,分析各自的胞內代謝物。

結果顯示,共培養系統的總生物量分別為 S. vaniniiP. sapidus 純培養的3.23倍與1.08倍,胞內多醣則分別為5.08倍與1.23倍。不過,顯微與形態觀察同時發現,P. sapidusS. vaninii 的生長具有明顯抑制作用,使後者菌絲球顏色變淡、體積縮小且菌絲較短。這說明整個培養瓶的總產量上升,並不表示每一個菌株都生長得更好;共培養可能同時包含競爭、壓力反應與資源重新分配,評估時必須分開看整體產量與個別菌株狀態。

代謝體學所提供的是互動後的成分地圖

共培養的影響通常不會只出現在一個成分上。上述研究以UPLC-QTOF進行非靶向代謝體分析,在正、負離子模式共偵測17,589個訊號峰,註釋出3,188種代謝物。純培養與共培養樣品在PCA與OPLS-DA中呈現分離,顯示兩種真菌進入共同系統後,胞內代謝輪廓確實改變。以VIP大於等於1且p值小於0.05作為篩選條件,S. vaninii 純培養與共培養之間有1,591項差異代謝物,其中907項上升、684項下降;P. sapidus 則有855項差異代謝物。

研究進一步指出,胺基酸、核苷酸、醣類、脂肪酸、糖解作用、三羧酸循環及物質運輸相關路徑都受到影響。這些資料可以用來建立「共培養造成代謝重編程」的假說,並挑選後續值得確認的候選指標,但非靶向代謝體中的峰值註釋仍可能受到資料庫、離子模式與統計門檻影響。某一代謝物訊號增加,不等於成品中已經建立穩定含量,也不等於它具有經人體證實的作用;較合理的下一步,是以標準品、靶向定量與不同批次重複試驗確認結果。

共培養與二次發酵的控制點並不相同

同步共培養從接種開始便讓不同微生物共享同一環境,菌株相容性、初始比例、接種活性與生長速度會直接影響最後由誰占優勢。某一菌株若生長較快,可能先消耗可利用糖類或改變pH,使另一菌株受到抑制;接種比例即使只略有差異,也可能改變整個系統的代謝方向。因此,同步共培養需要監測個別菌株是否仍存在、各自生物量如何變化,以及總產量是否只是其中一株大量生長所造成。

順序式二次發酵則把時間變成另一個重要變因。第一階段形成的菌絲、酵素、酸度與代謝物,會成為第二階段微生物所面對的起始環境;第二階段的乳酸菌或酵母可能利用殘留糖類,也可能分解、轉化或消耗第一階段產物。研究設計因此需要保留第一階段終點樣品、第二階段未接種對照與最終發酵樣品,才能知道變化究竟發生在哪一段。若只比較原始基質與最終成品,便無法區分真菌培養與後續微生物發酵各自扮演的角色。

ProMyco Enhance™如何把共培養落在固態原料上

綠品發展的ProMyco Enhance™菌絲共生強化發酵技術,結合桑黃菌絲、益生菌與天然穀物或植物性基質進行固態共培養。它不是在製程完成後把桑黃粉、益生菌粉與穀粉直接混合,而是讓菌絲與微生物實際參與基質的生長與轉化。固態系統中的水分不是大量游離液體,氧氣與熱量也會隨基質厚度、顆粒大小與培養位置產生梯度,因此其研究條件不能直接套用液態搖瓶共培養的生物量或多醣數字。

在這套原料中,研究重點包括桑黃菌絲在基質中的生長程度、益生菌在培養過程中的變化、基質糖類與蛋白質是否被利用,以及發酵前後的酸度、氣味、色澤、總糖、代表性代謝物與微生物安全。綠品亦發展乳酸菌與酵母參與的二次發酵流程,這類順序式製程需要分別保存第一階段與第二階段樣品,才能比較後續發酵是否改變成分指紋、溶解性、風味或保存穩定性。ProMyco Enhance™固態共培養原料與桑黃子實體微細化粉是兩條不同製程,不能以同一個多醣比例或同一篇液態共培養研究直接判定高低。

從研究現象走向可重複的食品製程

共培養的第一項產品化要求,是建立足以解釋結果的對照組。除了共同培養樣品,至少需要未接種基質、單獨桑黃菌絲、單獨益生菌或酵母,以及相同成分直接混合但未共同發酵的對照。只有這樣,才能判斷成分變化來自菌絲生長、微生物轉化、單純混合,還是乾燥後水分比例改變。若研究目標涉及胞內多醣、胞外代謝物或特定小分子,也必須先定義樣品是整體發酵物、分離菌絲、培養液或萃取物。

第二項要求是把生物與食品指標放在同一套資料中。菌種身分、接種量、pH、溫度、含水率與培養時間用來說明發酵如何進行;水活性、一般生菌數、黴菌酵母、可能污染菌與保存試驗則用來確認原料能否安全穩定地被使用;代謝體、靶向成分與感官分析用來判斷互動是否形成具有實際價值的差異。成分增加但批次不穩定、風味無法接受或保存期間快速變化,都不足以支持成熟的食品原料。

結語

共培養將真菌發酵從單一菌株的條件最佳化,推進到微生物之間的競爭、互利與壓力反應。S. vaniniiP. sapidus 的液態研究顯示,共培養可以提高整體生物量與胞內多醣,同時抑制其中一株真菌的生長,並使數千項代謝訊號重新分布。這些結果說明共培養有可能形成單一培養中不易出現的代謝狀態,也提醒研究者不能只用總產量判定系統是否成功。

對綠品而言,ProMyco Enhance™固態共培養與乳酸菌、酵母參與的二次發酵,分別代表同步互動與分階段轉化的研發路徑。兩者都必須從明確菌種、基質、接種順序、製程紀錄與對照試驗出發,再以成分、代謝、感官與安全資料確認是否能跨批次重現。當微生物互動可以被拆解、量測並回到實際製程中解釋,共培養才不只是把多種原料放在一起,而會成為可管理的真菌發酵技術。

參考資料

Lu, Y., & Liu, D.(2024),Metabolomics profiles of the liquid co-culture of Sanghuangporus vaninii and Pleurotus sapidus,Frontiers in Sustainable Food Systems。https://www.frontiersin.org/journals/sustainable-food-systems/articles/10.3389/fsufs.2024.1445993/full

Huang, H. et al.(2024),Optimized Liquid Medium Formulation for Sanghuangporus vaninii and Biological Activity of the Exopolysaccharides,Foods。https://www.mdpi.com/2304-8158/13/22/3574

Le, T. H. Y. et al.(2025),Optimizing surface fermentation conditions for enhancing polysaccharide and β-glucan production in Sanghuangporus vaninii—a newly recorded medicinal mushroom from Vietnam,Vegetos。https://www.vegetosindia.org/article/optimizing-surface-fermentation-conditions-for-enhancing-polysaccharide-and-%CE%B2-glucan-production-in-sanghuangporus-vaninii%E2%80%94a-newly-recorded-medicinal-mushroom-from-vietnam

Lu, J. et al.(2024),Research Progress of Bioactive Components in Sanghuangporus spp.,Molecules。https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10976032/

Qi, Y. et al.(2024),Widely targeted metabolomics analysis of Sanghuangporus vaninii mycelia and fruiting bodies at different harvest stages,Frontiers in Microbiology。https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2024.1391558/full

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