食用菌菌包微波滅菌條件的篩選*

欒泰龍，鄭煥春

（黑龍江省牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所，黑龍江 牡丹江 157009）

食用菌菌包微波滅菌條件的篩選*

欒泰龍，鄭煥春

（黑龍江省牡丹江林業(yè)科學(xué)研究所，黑龍江 牡丹江 157009）

對(duì)食用菌菌包微波滅菌條件進(jìn)行試驗(yàn)研究，探討了滅菌過(guò)程中微波功率、傳輸速度等技術(shù)條件對(duì)滅菌效果的影響，通過(guò)試驗(yàn)提出了合理的微波滅菌條件。結(jié)果表明，微波功率148 kW、傳輸速度260 r·min－1、通過(guò)微波輻射（頻率2 450 Hz）16 min、物料含水率為62%、pH 6.2是目前菌包微波滅菌的最佳條件。該條件使菌包微波滅菌技術(shù)實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗、無(wú)污染、高效率的技術(shù)要求。

食用菌；菌包；微波滅菌

中國(guó)是食用菌生產(chǎn)大國(guó)，其總產(chǎn)量占全球食用菌總產(chǎn)量的65%以上。食用菌生產(chǎn)早已成為林區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)。在食用菌栽培過(guò)程中，菌包滅菌是否徹底是決定其制袋成功率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的濕熱滅菌技術(shù)存在能源消耗多、環(huán)境污染大、滅菌周期長(zhǎng)、難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作等問(wèn)題[1－2]。

相關(guān)資料表明，采用微波加熱滅菌食品，可以在較短時(shí)間內(nèi)將食品袋中心部位與表面部位同時(shí)加熱到滅菌所需的溫度，此技術(shù)在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域應(yīng)用較廣[3－5]。與目前蒸汽滅菌方法相比，微波滅菌技術(shù)可以更節(jié)能、更快捷、更方便、更容易操作和控制[6－8]，可以縮短滅菌時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少能量消耗和環(huán)境污染，且能達(dá)到理想的滅菌效果[9－10]。但將微波技術(shù)應(yīng)用于食用菌菌包的滅菌研究還鮮有報(bào)道[11]。本文在對(duì)微波應(yīng)用于固態(tài)物料滅菌條件研究的基礎(chǔ)上，對(duì)使用微波與濕熱高溫滅菌的培養(yǎng)料栽培袋進(jìn)行比較試驗(yàn)，從微波功率、傳輸速度、物料含水率、pH值等方面探討菌包經(jīng)傳統(tǒng)滅菌和微波滅菌2種方式的滅菌效果，以期了解菌包微波滅菌的最佳工藝條件，提高食用菌菌包生產(chǎn)效率和成品率。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

LHZD-A裝袋機(jī)、LHWK-1窩口機(jī)、XFS-280A手提式壓力蒸汽滅菌器、微波設(shè)備（專(zhuān)利ZL201320720232.5）、滅菌筐、接種箱、無(wú)菌操作臺(tái)、接種工具。

1.2 試驗(yàn)材料

胰蛋白胨、酵母浸膏、孟加拉紅，均為生化純?cè)噭?/p>

各種原料鋸末、麥麩、米糠、豆粉、白灰、石膏、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格菌袋、封口棉、必潔仕等，市售。

1.3 培養(yǎng)基配制

PCA培養(yǎng)基：胰蛋白胨5.0 g·L-1、酵母浸膏2.5 g·L-1、葡萄糖1.0 g·L-1、瓊脂15.0 g·L-1，蒸餾水1 000 mL，pH 7.0。

孟加拉紅培養(yǎng)基：每升中含蛋白胨5.0 g·L-1、葡萄糖10.0 g·L-1、磷酸二氫鉀1.0 g·L-1、無(wú)水硫酸鎂0.5 g·L-1、瓊脂20.0 g·L-1、孟加拉紅0.033 g·L-1、氯霉素0.1 g·L-1，蒸餾水1 000 mL。

高氏一號(hào)培養(yǎng)基：可溶性淀粉20 g、KNO31 g、K2HPO40.5 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、NaCl 0.5 g、FeSO4·7H2O 0.01 g、瓊脂20 g，pH 7.4～7.6。

1.4 拌料及裝袋標(biāo)準(zhǔn)

原料鋸末提前緩凍，有條件的應(yīng)預(yù)濕。拌料時(shí)培養(yǎng)料各組分要嚴(yán)格按照配方（按照硬雜鋸末60%～62%、刨花料19%～21.5%、麩皮12%、豆粉2%、玉米粉3%、石膏1%、石灰0.2%～0.5%的比例）計(jì)量進(jìn)行組合，誤差不大于5%。將各種原輔料充分混合攪拌均勻，無(wú)結(jié)塊和干芯，采用機(jī)械拌料，攪拌時(shí)間應(yīng)根據(jù)料的情況調(diào)整，特別是顆粒料，其大顆粒料芯應(yīng)以吃透水為準(zhǔn)。攪拌好的培養(yǎng)料含水率應(yīng)在60%～65%，pH值7.2～7.5。

拌料后利用裝袋機(jī)裝袋，裝袋要標(biāo)準(zhǔn)，勻?qū)?，?guī)格相同，上下松緊一致，單袋菌包濕重應(yīng)在1.25 kg～1.5 kg。裝袋后清理袋口并用窩口機(jī)窩口，菌袋口內(nèi)折高度應(yīng)不小于2.5 cm，不大于3 cm。使用海綿塊封口，檢查菌袋壁，無(wú)拉薄、磨損、刺破。

1.5 試驗(yàn)步驟

冷卻間及操作間提前3 d消毒滅菌，提前配制菌落測(cè)定所需培養(yǎng)基；按基本配方進(jìn)行手工拌料，悶料至水分均勻，從中抽取樣品進(jìn)行菌落數(shù)量測(cè)定，裝袋后備用；使用微波菌包滅菌裝置滅菌，塑料周轉(zhuǎn)筐底鋪無(wú)紡布，菌包橫臥在塑料周轉(zhuǎn)筐內(nèi)，無(wú)紡布翻折在菌包上蓋嚴(yán)，在功率148 kW，傳輸速度260 r·min-1下通過(guò)微波輻射（頻率2 450 Hz） 16 min，菌袋增溫至98℃以上。對(duì)照的傳統(tǒng)滅菌方式采用高壓蒸汽滅菌處理，在壓力0.15 MPa的條件下處理2 h；待滅菌后的菌袋冷卻后，從各個(gè)批次菌袋中，取樣品適量裝入培養(yǎng)皿。隨機(jī)抽取菌包，測(cè)定每個(gè)取樣點(diǎn)的微生物總數(shù)，每個(gè)處理做3次重復(fù)取平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；將裝入樣品的培養(yǎng)皿放入恒溫箱中，保持36℃的溫度下培養(yǎng)48 h后檢查培養(yǎng)皿中的菌群數(shù)量，并記錄。需要注意取樣（滅菌后）要在無(wú)菌環(huán)境下進(jìn)行。

微生物計(jì)數(shù)方法和致死率計(jì)算：細(xì)菌總數(shù)測(cè)定按照GB 4789.2-2010菌落總數(shù)測(cè)定執(zhí)行；霉菌和酵母菌計(jì)數(shù)按照GB 4789.15-2010霉菌和酵母計(jì)數(shù)執(zhí)行；致死率（P）公式為：

P=（N1-N2）×100%/N1

式中：N1表示處理前微生物數(shù)量；N2表示處理后微生物數(shù)量。

1.6 單因素試驗(yàn)

對(duì)比滅菌前后的菌落總數(shù)及霉菌、酵母數(shù)量，以微生物致死率為指標(biāo)，考察微波功率、傳輸速度、含水率及pH四個(gè)因素對(duì)滅菌后微生物總量的影響。微波功率考察范圍為100 kW～164 kW，傳輸速度考察范圍為200 r·min-1～300 r·min-1，含水率考察范圍為60%～70%，pH的考察范圍為6.0～7.0。

1.7 正交試驗(yàn)

在前述單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以滅菌后菌袋中樣品的微生物致死率為考察目標(biāo)，選定微波功率、傳輸速度、含水率及pH為考察因素，設(shè)計(jì)四因素三水平L9（34） 正交試驗(yàn)。同時(shí)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)滅菌為對(duì)照CK，各因素和水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微波功率的滅菌效果

表1 微波工藝正交試驗(yàn)的因素和水平Tab.1 Factor and level of orthogonal test for microwave technology

比較菌包在不同微波功率下的滅菌情況。固定微波傳輸速度為260 r·min-1，含水率為65%，pH為6.5，以滅菌后培養(yǎng)料稀釋涂布后的菌落總數(shù)為測(cè)試指標(biāo)，考察不同微波功率對(duì)滅菌后微生物致死率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 微波功率對(duì)微生物致死率的影響Fig.1 Influence of microwave power on the microbial lethality

由圖1可以看出，通過(guò)微波滅菌處理后的菌包，微生物的致死率隨微波功率上升而升高，并逐漸趨緩。當(dāng)微波功率處于較低水平時(shí)，致死率隨功率增加而大幅升高，致死率由接近60%上升至90%左右；當(dāng)微波功率在136 kW～148 kW范圍內(nèi)時(shí)，致死率增加較慢并逐漸趨于平緩；當(dāng)微波滅菌功率超過(guò)148 kW后，致死率可達(dá)到99.5%。通過(guò)試驗(yàn)，由微波功率引起的致死率變化幅度最大，可知微波功率可能是使用微波對(duì)菌包滅菌的最大影響因素之一。

在微波滅菌過(guò)程中，如果微波功率過(guò)低，會(huì)顯著降低滅菌效果，造成菌包滅菌不完全，顯著影響所生產(chǎn)菌包的質(zhì)量；而如果功率過(guò)高，會(huì)增加菌包微波滅菌的破損率，因此在使用微波滅菌時(shí)，考慮功率116 kW～148 kW較為合理。

2.2 微波傳輸速度對(duì)滅菌效果的影響

比較菌包在不同微波速度下的滅菌情況。固定微波功率為148 kW，含水率為65%，pH為6.5，以滅菌后培養(yǎng)料稀釋涂布后的菌落總數(shù)為測(cè)試指標(biāo)，考察不同微波功率對(duì)滅菌后致死率的影響。傳輸速度對(duì)致死率的影響情況見(jiàn)圖2。

在試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)微波滅菌處理后的菌包，其微生物的致死率隨傳輸速度上升呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)傳輸速度為200 r·min-1～220 r·min-1時(shí)，微生物致死率隨速度增加而升高；當(dāng)傳輸速度在240 r·min-1～280 r·min-1范圍內(nèi)時(shí)，致死率達(dá)到較高水平，為95%左右；當(dāng)微波傳輸速度超過(guò)280 r· min-1后，致死率反而再次呈現(xiàn)小幅下降趨勢(shì)。分析產(chǎn)生此種情況的原因，可能是在滅菌過(guò)程中，當(dāng)微波傳輸速度達(dá)到一定速率后，物料中含水率發(fā)生了變化，導(dǎo)致滅菌后致死率再次出現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此為了保證使用微波滅菌方式所生產(chǎn)的菌包質(zhì)量，考慮使用傳輸速度為240 r·min-1～280 r·min-1較為合理。

圖2 傳輸速度對(duì)微生物致死率的影響Fig.2 Influence of transmission speed on microbial lethality

2.3 物料含水率對(duì)微波滅菌效果的影響

比較在特定微波條件下菌包中不同含水率對(duì)滅菌情況的影響。固定微波功率為148 kW，傳輸速度為260 r·min-1，pH為6.5，以滅菌后培養(yǎng)料稀釋涂布后的菌落總數(shù)為測(cè)試指標(biāo)，考察不同微波功率對(duì)滅菌后致死率的影響。物料含水率對(duì)致死率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 物料含水率對(duì)微生物致死率的影響Fig.3 Influence of material moisture on microbial lethality

在試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)微波滅菌處理后的菌包，其微生物的致死率隨含水率的增大呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)。當(dāng)含水率為約60%時(shí)，微生物致死率最高；當(dāng)含水率在64%～65%時(shí)，致死率約為90%；當(dāng)物料含水率超過(guò)66%以后，致死率繼續(xù)下降。致死率隨著含水率的增大而緩慢下降，可能是在滅菌過(guò)程中，含水率影響了物料的整體介電性質(zhì)，導(dǎo)致了致死率的改變。因此，為了保證微波滅菌方式所生產(chǎn)的菌包質(zhì)量，含水率在60%～65%比較合理。

2.4 pH對(duì)微波滅菌效果的影響

比較在特定微波條件下菌包中不同pH對(duì)滅菌情況的影響。固定微波功率為148 kW，傳輸速度為260 r·min-1，含水率65%，以滅菌后培養(yǎng)料稀釋涂布后的菌落總數(shù)為測(cè)試指標(biāo)，考察不同微波功率對(duì)滅菌后致死率的影響。pH對(duì)微生物致死率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 pH對(duì)微生物致死率的影響Fig.4 Influence of pH on microbial lethality

通過(guò)特定微波功率及傳輸速度進(jìn)行滅菌處理，pH的變化對(duì)菌包內(nèi)微生物致死率影響較小。當(dāng)pH在6.0～6.5范圍內(nèi)時(shí)，微生物致死率沒(méi)有明顯變化；當(dāng)pH超過(guò)6.5時(shí)，致死率略有下降?？梢?jiàn)，采用微波方式對(duì)食用菌菌包進(jìn)行滅菌，物料的pH對(duì)滅菌效果影響有限。在菌包制袋時(shí)，可以根據(jù)各個(gè)不同種類(lèi)食用菌菌絲體的pH適宜范圍，按照所需要的pH值調(diào)配并拌料。

2.5 正交試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)微波功率、傳輸速度、含水率等條件的測(cè)定，確定不同條件下微波滅菌所能得到的最佳效果，并通過(guò)對(duì)試驗(yàn)水平的篩選得到最優(yōu)條件組合，使菌包經(jīng)微波滅菌后達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)要求。正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

對(duì)致死率進(jìn)行極差分析，從結(jié)果可以看出，利用微波對(duì)食用菌菌包進(jìn)行滅菌，探討微波因素對(duì)致死率的影響效果，其順序大小依次為：A>B>C>D，即微波功率>傳輸速度>含水率>pH，最優(yōu)組合為A3B1C2D3，按照微波功率 148 kW，傳輸速度 260 r·min-1，物料含水率62%，pH6.5的條件進(jìn)行滅菌操作，可實(shí)現(xiàn)最理想的滅菌效果。

對(duì)袋型完好情況進(jìn)行極差分析，從結(jié)果可以看出，利用微波對(duì)食用菌菌包進(jìn)行滅菌，探討微波因素對(duì)袋型完好情況的影響效果，其順序大小依次為：B>A>C>D，即傳輸速度>微波功率>含水率>pH，最優(yōu)組合為B1A1C1D2，按照微波功率116 kW，傳輸速度260 r·min-1，物料含水率60%，pH6.2的條件進(jìn)行滅菌操作，袋型破損率最低。

對(duì)微波滅菌的成品率進(jìn)行極差分析，正交結(jié)果顯示，對(duì)食用菌菌包進(jìn)行微波滅菌，微波因素對(duì)菌包成品率的影響效果，其順序大小依次為：A>B>C> D，即微波功率>傳輸速度>含水率>pH，最優(yōu)組合為A3B1C1D2，按照微波功率 148 kW，傳輸速度 260 r·min-1，物料含水率60%，pH6.2的條件進(jìn)行滅菌操作，滅菌后食用菌菌包的污染率最低。

在滅菌試驗(yàn)過(guò)程中，使用傳統(tǒng)方式和微波方式對(duì)菌包滅菌，其兩者增溫情況變化很小，在表2中所顯示的各個(gè)組別試驗(yàn)結(jié)果中，不同滅菌方式對(duì)增溫的影響較小，可以將增溫情況作為參考因素應(yīng)用于菌包微波滅菌中。

對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中菌包微波滅菌幾組因素進(jìn)行考察，最后得出的實(shí)際效果有所不同。要得到最理想滅菌效果、袋型破損以及兼顧污染率最低，所采用的微波和物料條件也不盡相同，因此對(duì)前述正交試驗(yàn)結(jié)果采用綜合平衡法進(jìn)行分析較為合適。

利用微波對(duì)食用菌菌包進(jìn)行滅菌，首要考慮的因素是微波功率，在對(duì)致死率、袋型完好情況和成品率的考察中，微波功率148 kW可以同時(shí)滿(mǎn)足最佳的滅菌效果及污染率最低兩個(gè)因素?？紤]到微波功率是影響袋型破損的次要因素，因此采用148 kW作為微波滅菌的最佳功率；其次，在致死率、袋型完好情況和成品率的考察中，傳輸速度260 r·min-1均是最佳，因此260 r·min-1可以視為最佳微波傳輸速度。物料含水率也是影響菌包微波滅菌的重要因素。當(dāng)初始物料含水率為62%時(shí)，可得到最佳的滅菌效果；而物料含水率為60%時(shí)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)菌包破損率和污染率最低。單因素試驗(yàn)中，微波滅菌后的食用菌菌包，其含水率將會(huì)下降2%～2.5%，為了不影響食用菌的生長(zhǎng)，物料含水率選擇62%，是微波滅菌較為合理的水平。對(duì)菌包采用微波與傳統(tǒng)兩種方式滅菌后進(jìn)行對(duì)比，滅菌后培養(yǎng)料的pH變化情況較小，傳統(tǒng)蒸汽滅菌使pH降低0.8～1.0，而微波滅菌后其pH值變化小于0.1，選擇pH6.2左右作為拌料時(shí)適合的pH值。

2.6 最佳試驗(yàn)條件的驗(yàn)證

由正交試驗(yàn)結(jié)果分析得出菌包微波滅菌最優(yōu)條件組合為A3B1C2D2。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，在此條件下滅菌后微生物致死率約為99.62%，破損率為3%，污染率約為1.4%，其值是滿(mǎn)足菌包實(shí)際生產(chǎn)中各組較高的值，因此A3B1C2D2的組合是菌包利用微波滅菌的較為合理的條件。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平結(jié)果Tab.2 Results of L9（34）orthogonal experimental

3 結(jié)論

本文探討了食用菌菌包的微波滅菌工藝條件，為進(jìn)一步提高微波殺菌技術(shù)使用的范圍和效果奠定了基礎(chǔ)。試驗(yàn)結(jié)果表明，功率148 kW，傳輸速度260 r·min-1，通過(guò)微波輻射 （頻率 2 450 Hz） 16 min，物料含水率為62%，pH6.2，是目前菌包微波滅菌較為理想的條件。微波作為食用菌菌包滅菌的技術(shù)手段不僅完全可行，且有一定優(yōu)勢(shì)。采用微波滅菌處理的食用菌菌包，其滅菌效果可控，污染率處于較低水平，滿(mǎn)足菌包生產(chǎn)的實(shí)際要求。將微波技術(shù)應(yīng)用于食用菌菌包的滅菌研究，可為實(shí)現(xiàn)食用菌菌包滅菌新工藝、食用菌菌包自動(dòng)化生產(chǎn)及相關(guān)設(shè)備研制提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。

目前，采用微波滅菌菌包對(duì)食用菌生長(zhǎng)發(fā)育的影響，僅僅有平菇、滑菇等少數(shù)食用菌品種的相關(guān)試驗(yàn)報(bào)道，試驗(yàn)結(jié)果還不能擴(kuò)大到更多食用菌種類(lèi)，因此微波滅菌對(duì)其他菌類(lèi)品種的出菇情況、菇的品質(zhì)有何影響，還需要進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

[1]馬向東，陳紅歌.食用菌栽培新技術(shù)[M].開(kāi)封：河南大學(xué)出版社，2002.

[2]孫嘉鴻，梁正.微波對(duì)平菇二級(jí)種培養(yǎng)基雜菌滅菌的研究[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，25（7）：101-103.

[3]傅大放，周濤，錢(qián)科.生物固體微波殺菌及機(jī)理研究[J].微波學(xué)報(bào)，2003，19（4）：70-72.

[4]黃建蓉，郭祀遠(yuǎn)，蔡妙顏，等.食品微波殺菌新技術(shù)的研究進(jìn)展[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1998，24（4）：44-52.

[5]陳啟和，何國(guó)慶.微波技術(shù)在食品中的應(yīng)用和食品殺菌研究進(jìn)展[J].糧油加工與食品機(jī)械，2002（4）：30-32.

[6]駱琳，丁青芝，張勇.微波滅菌食品工業(yè)中應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].江蘇調(diào)味副食品，2008，3（25）：22-29.

[7]徐懷德，王云陽(yáng).食品殺菌新技術(shù)[M].北京：科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2005：205-218.

[8]葛新鋒，劉存祥.微波對(duì)固體培養(yǎng)物料的滅菌工藝的試驗(yàn)研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，41（3）：322-325.

[9]王魯嘉.微波滅菌實(shí)驗(yàn)及分析[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，20（1）：34-36.

[10]林勇，劉強(qiáng)，劉存祥.微波對(duì)固體培養(yǎng)物料的滅菌工藝研究[J].洛陽(yáng)工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2005，1（15）：12-13.

[11]王衛(wèi)國(guó)，李玉薇，王芳.食用菌栽培袋的微波滅菌研究[J].食用菌，2001（2）：60-62.

Microwave Sterilization Condition for Edible Fungus Spawned Bag

LUAN Tai-long,ZHENG Huan-chun
（Mudanjiang Forestry Science Research Institute in Heilongjiang Province,Mudanjiang 157009,China)

The microwave sterilization conditions of spawned bag for edible fungus were studied,the influence of microwave power,transmission speed and other technical conditions on the sterilization effect were explored,and the reasonable conditions of microwave sterilization were proposed the by test.The results showed that it used power of 148 kW and speed of 260 r·min－1, by micro wave radiation (frequency was 2 450 Hz)16 min,the moisture content of the material rate of 62%,pH value of 6.2, which was the optimum conditions of microwave sterilization for the edible fungus spawned bag.These optimum conditions improved microwave sterilization technology for edible fungus spawned bag to realize the technical requirements of low cost,low power consumption,no pollution,high efficiency.

edible fungus;spawned bag;microwave sterilization

S646.9

A

1003-8310（2016）05-0028-06

10.13629/j.cnki.53－1054.2016.05.008

黑龍江省森工總局應(yīng)用研究項(xiàng)目（sgzjY2014019）。

欒泰龍（1982－），男，碩士，工程師，主要從事食用菌、林副產(chǎn)品加工研究。E－mail:94437341＠qq.com

2016－07－10