可移動(dòng)雙孢菇栽培料發(fā)酵車設(shè)計(jì)及效果試驗(yàn)

忻龍祚，金亞征，梁昌明，楊 欣，霍曉靜，郝建軍

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可移動(dòng)雙孢菇栽培料發(fā)酵車設(shè)計(jì)及效果試驗(yàn)

忻龍祚1，金亞征1※，梁昌明2，楊 欣3，霍曉靜3，郝建軍3

（1. 河北北方學(xué)院園藝系，張家口 075400；2. 河北北方學(xué)院外國語學(xué)院，張家口 075400； 3. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，保定 071000）

在中國多數(shù)地區(qū)，雙孢菇以家庭小規(guī)模栽培生產(chǎn)為主，由于雙孢菇培養(yǎng)料發(fā)酵達(dá)不到要求，雙孢菇存在產(chǎn)量低、效益差等問題，是雙孢菇未得到大面積推廣栽培的因素之一。可移動(dòng)式發(fā)酵車是針對(duì)中小規(guī)模雙孢菇栽培者使用的研發(fā)產(chǎn)品，主要由通風(fēng)底座、發(fā)酵室、壓力風(fēng)機(jī)、控制系統(tǒng)、通風(fēng)管道、控制閥、換熱器等部分構(gòu)成。根據(jù)原料性狀，完成一次發(fā)酵需要15～20 d，發(fā)酵過程中無需翻堆倒料；發(fā)酵料上、中、下三層溫差可以控制在0.1～3.9 ℃，均質(zhì)程度高；發(fā)酵料色澤、手感、秸稈纖維、氣味、浸出液等物理性狀均符合堆肥腐熟的判定標(biāo)準(zhǔn)，且栽培雙孢菇平均產(chǎn)量能達(dá)到18 kg/m2。

發(fā)酵；溫度；設(shè)計(jì)；可移動(dòng)發(fā)酵車；雙孢菇；風(fēng)循環(huán)；有效發(fā)酵積溫；產(chǎn)量

0 引 言

雙孢菇，學(xué)名(Large)Sing草腐生真菌，中文別名蘑菇、洋蘑菇、白蘑菇等，日本稱之為西洋松茸。含有19種氨基酸、多種維生素、核苷酸等，營養(yǎng)價(jià)值豐富，且具有提神、消食、平肝陽等功能，是世界上人工栽培最廣泛、產(chǎn)量最高、消費(fèi)量最大的食用菌之一[1]。培養(yǎng)料是雙孢蘑菇生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，培養(yǎng)料發(fā)酵的質(zhì)量直接影響到雙孢蘑菇的質(zhì)量和產(chǎn)量[2]。目前，雙孢菇培養(yǎng)料發(fā)酵方式主要有一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、集中發(fā)酵等[3-14]。傳統(tǒng)雙孢菇培養(yǎng)料的發(fā)酵主要采用室外長期堆漚腐熟一次性發(fā)酵，此種方式發(fā)酵時(shí)間長、期間需要4～5次翻料，勞動(dòng)強(qiáng)度大，經(jīng)常出現(xiàn)培養(yǎng)料發(fā)酵不徹底、不均勻、培養(yǎng)料消耗大、培養(yǎng)料中攜帶的雜菌及病蟲害多等現(xiàn)象，導(dǎo)致雙孢菇質(zhì)量差、產(chǎn)量低，而且堆漚發(fā)酵過程中產(chǎn)生的硫磺味和氨氣嚴(yán)重污染環(huán)境[3-4]；二次發(fā)酵又稱為后發(fā)酵，主要是指在室外堆制10～15ｄ，翻堆1～2次后，搬入栽培室或二次隧道內(nèi)的人工輔助增溫發(fā)酵技術(shù)，二次發(fā)酵能夠縮短發(fā)酵時(shí)間，培養(yǎng)料經(jīng)過后發(fā)酵的巴氏消毒能夠?qū)⒒烊肱囵B(yǎng)料中的雜菌和病蟲害徹底清除，促進(jìn)有益微生物的大量繁殖，播種后的菌絲吃料快、結(jié)菇早、轉(zhuǎn)潮快，有效提高單位面積的產(chǎn)量[5-9]。但室內(nèi)二次發(fā)酵存在能源消耗大、菇房等設(shè)施腐蝕性嚴(yán)重、技術(shù)要求高、工藝難度大、游離氨含量過高等問題，而采用隧道式后發(fā)酵則存在基礎(chǔ)設(shè)施投資較高、培養(yǎng)料的均質(zhì)化程度低、產(chǎn)量不穩(wěn)等問題[8,10]；集中發(fā)酵是國外大規(guī)模栽培生產(chǎn)常見的發(fā)酵方式，分為前發(fā)酵、后發(fā)酵、發(fā)菌等3個(gè)階段[13]，把所需的所有雙孢菇培養(yǎng)料集中起來，分別放在特制隧道設(shè)施中進(jìn)行自動(dòng)控制的發(fā)酵方式[11-12]，集中發(fā)酵技術(shù)科學(xué)、操作簡單、管理容易、節(jié)省人力、能源等，但設(shè)施造價(jià)成本高，適于大規(guī)模的工廠化生產(chǎn)，不適宜中國農(nóng)村中小規(guī)模和分散栽培[14]。針對(duì)上述問題，本文研發(fā)了一種新型雙孢菇栽培原料一次成型發(fā)酵車，該設(shè)備可移動(dòng)、投資少，適于中小規(guī)模雙孢菇栽培使用。本次試驗(yàn)提出有效發(fā)酵溫度是指原料達(dá)到發(fā)酵要求的48～52 ℃，有效發(fā)酵積溫是指發(fā)酵原料在發(fā)酵期間，發(fā)酵各階段發(fā)酵溫度達(dá)到有效發(fā)酵溫度與維持時(shí)間乘積的總和。

1 可移動(dòng)發(fā)酵車組成及工作原理

1.1 發(fā)酵車組成及功能

本次試制雙孢菇栽培料可移動(dòng)發(fā)酵車整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。發(fā)酵車是封閉的可調(diào)節(jié)內(nèi)外循環(huán)系統(tǒng)。主要包括通風(fēng)底座、發(fā)酵室、壓力風(fēng)機(jī)、控制箱、換熱器（通常中國北方冬季外界溫度很低時(shí)采用）等5部分。通風(fēng)底座主要是由開孔地板、進(jìn)風(fēng)管道和外保溫層3層組成，進(jìn)風(fēng)管道包括底部進(jìn)風(fēng)主管道、底部進(jìn)風(fēng)側(cè)中管、底部進(jìn)風(fēng)側(cè)翼管道等；發(fā)酵室是一個(gè)由四壁、頂壁和底座組成的密閉空間，其包括兩壁下側(cè)及頂部的循環(huán)風(fēng)嘴及管道、測(cè)溫儀、溫度傳感器和控溫調(diào)風(fēng)閥門，其規(guī)格大小可以依據(jù)發(fā)酵料體積的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)和定制；壓力風(fēng)機(jī)要求風(fēng)壓在5 700～7 800 Pa，風(fēng)量要求根據(jù)所裝發(fā)酵原料量選擇，達(dá)到每噸新鮮料進(jìn)新風(fēng)150～200 m3/h；控制箱與發(fā)酵室內(nèi)測(cè)溫儀、溫度傳感器以及外部風(fēng)機(jī)、各個(gè)通風(fēng)閥門連接，通過采集室內(nèi)各部溫度信息反饋，發(fā)出指令調(diào)控壓力風(fēng)機(jī)開啟關(guān)停與管道內(nèi)風(fēng)的流向、流量、內(nèi)外風(fēng)交換，從而調(diào)節(jié)發(fā)酵室內(nèi)各部位熱的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵室內(nèi)各部位熱分布相對(duì)平衡，不同部位溫差需控制在5 ℃以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)不同部位有效發(fā)酵積溫的一致性。通過對(duì)發(fā)酵室內(nèi)空氣質(zhì)量的測(cè)定，調(diào)控新風(fēng)進(jìn)入時(shí)機(jī)與量，確保發(fā)酵對(duì)新鮮空氣（主要是氧氣）的需要。

1.底部進(jìn)風(fēng)主管 2.底部進(jìn)風(fēng)側(cè)中管 3.底部進(jìn)風(fēng)側(cè)翼管 4.底座 5.地輪 6.空氣濾清器支架 7.空氣濾清器 8.風(fēng)機(jī)支架 9.離心通風(fēng)機(jī) 10.電機(jī) 11.側(cè)風(fēng)道主管 12.左側(cè)進(jìn)風(fēng)道 13.控制箱 14.頂部出風(fēng)管 15.右側(cè)進(jìn)風(fēng)道導(dǎo)管 16.溫度檢測(cè)孔 17.右側(cè)進(jìn)風(fēng)道 18.發(fā)酵室

1.2 可移動(dòng)發(fā)酵車工作原理

可移動(dòng)發(fā)酵車對(duì)雙孢菇栽培料發(fā)酵的關(guān)鍵是通過風(fēng)的循環(huán)來帶動(dòng)熱量的流動(dòng)，通過風(fēng)嘴和管道的布置實(shí)現(xiàn)風(fēng)壓風(fēng)量在發(fā)酵室內(nèi)的流動(dòng)分布均勻，從而達(dá)到各部位發(fā)酵料均勻受熱，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)酵料有效發(fā)酵積溫量的一致。通過進(jìn)出新風(fēng)量來控制有效發(fā)酵溫度和發(fā)酵所需新鮮空氣，通過發(fā)酵室內(nèi)風(fēng)的內(nèi)循環(huán)來調(diào)節(jié)各部位溫度差在發(fā)酵容許范圍內(nèi)。

將預(yù)處理好的原料通過頂部進(jìn)料口自然下落堆置發(fā)酵室內(nèi)，密閉進(jìn)出料口（門），讓料內(nèi)微生物生長產(chǎn)生熱量進(jìn)行發(fā)酵。當(dāng)外界溫度低于10 ℃，室內(nèi)料溫低于30 ℃時(shí)，開啟換熱器將鼓入的冷空氣加熱，熱空氣通過通風(fēng)管道的通風(fēng)嘴進(jìn)入發(fā)酵室給原料進(jìn)行加溫，加快發(fā)酵速度，室內(nèi)3層料溫平均溫度達(dá)到45 ℃停止換熱器加熱（此裝置為輔助裝置）。通常情況下，當(dāng)料進(jìn)入發(fā)酵車24 h左右，通過適度開啟外循環(huán)鼓新風(fēng)，促進(jìn)微生物繁殖對(duì)栽培原料加熱增溫。無論采用哪種方式加溫，均要求各部位溫差低于5 ℃。當(dāng)栽培原料溫度達(dá)到65 ℃時(shí)，停止加熱，料溫60～70 ℃維持8 h，再降溫至45～55 ℃維持1～2 d。繼續(xù)增溫至65 ℃以上，料溫60～70 ℃維持8 h之后，再降溫至45～55 ℃內(nèi)維持15 d左右，直到發(fā)酵室內(nèi)加入新風(fēng)后再溫不在上升，當(dāng)料溫開始下降時(shí)開啟外循環(huán)降溫至45 ℃以下，發(fā)酵結(jié)束。

2 可移動(dòng)發(fā)酵車結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.1 可移動(dòng)發(fā)酵車發(fā)酵室的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置

本次試驗(yàn)試制可移動(dòng)發(fā)酵車主要結(jié)構(gòu)及參數(shù)如表1、圖2a，2b所示，發(fā)酵車規(guī)格為4 000 mm×2 500 mm× 2 654 mm，兩端開門，其中一側(cè)安裝風(fēng)機(jī)和調(diào)控裝置機(jī)，另一側(cè)留9個(gè)發(fā)酵數(shù)據(jù)采集觀察孔，頂部兩端對(duì)角開1 000 mm×500 mm進(jìn)料口各1個(gè)（位于發(fā)酵車頂部，配有升降軌道進(jìn)料和出料）。發(fā)酵車向內(nèi)開進(jìn)風(fēng)孔總計(jì)260個(gè)，分別在底座和兩側(cè)壁下方，孔徑3 mm，孔間距200 mm，其中底座進(jìn)風(fēng)孔17孔6列，18孔5列，交錯(cuò)排列，共192個(gè)，兩側(cè)壁距底座500 mm處設(shè)有通風(fēng)管道，每側(cè)開進(jìn)風(fēng)孔38個(gè)。頂部出風(fēng)孔（循環(huán)風(fēng)孔）呈長方形，規(guī)格為50 mm×25 mm，孔間距250 mm，共計(jì)12個(gè)。發(fā)酵室的四壁、頂壁和底板采用鋼板夾隔熱材料制成，管道、發(fā)酵廂體與原料發(fā)酵氣體接觸的設(shè)施均要做防銹蝕處理或采用防銹材料，管道采用聚氨酯PUR管道。一次可以發(fā)酵栽培料20 m3左右。發(fā)酵車規(guī)格可以根據(jù)雙孢菇栽培基地的規(guī)模進(jìn)行調(diào)節(jié)。

表1 可移動(dòng)發(fā)酵車結(jié)構(gòu)參數(shù)

發(fā)酵車發(fā)酵過程主要操作結(jié)構(gòu)見圖2c，2d所示。發(fā)酵料發(fā)酵需要升溫時(shí)，新鮮空氣進(jìn)風(fēng)閥門15開啟1/2，循環(huán)風(fēng)進(jìn)氣閥門16開啟1/2，底部風(fēng)道閥門12全部打開，開啟離心風(fēng)機(jī)，溫度上升到預(yù)定值后關(guān)閉風(fēng)機(jī)，關(guān)閉各閥門。同時(shí)應(yīng)及時(shí)通過放風(fēng)口監(jiān)測(cè)發(fā)酵室的空氣質(zhì)量，判斷發(fā)酵室內(nèi)是否缺氧，如果缺氧應(yīng)及時(shí)鼓入新鮮空氣。

發(fā)酵過程中當(dāng)發(fā)酵車內(nèi)上層溫度較高，與中、下層溫度相差5 ℃時(shí)開啟內(nèi)循環(huán)，即同時(shí)打開底部風(fēng)道閥門12，循環(huán)風(fēng)閥門16，其他閥門全部關(guān)閉。開啟離心風(fēng)機(jī)，發(fā)酵室內(nèi)的熱空氣在風(fēng)機(jī)的帶動(dòng)下經(jīng)頂部出風(fēng)管14回流到底部進(jìn)風(fēng)主管1，經(jīng)底座進(jìn)風(fēng)孔鼓入發(fā)酵料，由底層向上流動(dòng)，循環(huán)往復(fù)直至發(fā)酵料3層溫度差值≤2 ℃。

發(fā)酵過程中，發(fā)酵后期會(huì)出現(xiàn)發(fā)酵料下沉，中部發(fā)酵料密度增大，開啟內(nèi)循環(huán)方式無法調(diào)節(jié)發(fā)酵料3層溫差時(shí)，可將底部風(fēng)道閥門12開啟1/3～1/2，側(cè)風(fēng)道閥門3開啟1/2，循環(huán)風(fēng)閥門16全部打開，其他閥門全部關(guān)閉，開啟離心風(fēng)機(jī)，用較大的風(fēng)壓帶動(dòng)中部料內(nèi)熱量向上下層轉(zhuǎn)移。

發(fā)酵料需要降溫時(shí)，開啟新鮮空氣進(jìn)氣閥15，底部風(fēng)道閥門12、側(cè)風(fēng)道閥門3全開或酌情開啟，放風(fēng)口2開啟，其余閥門全部關(guān)閉，開啟離心風(fēng)機(jī)，降溫至所需適宜溫度。

1.底部進(jìn)風(fēng)主管 2.放風(fēng)口 3.側(cè)風(fēng)道閥門 4.底座 5.地輪 6.空氣濾清器支架 7.空氣濾清器 8.風(fēng)機(jī)支架 9.離心風(fēng)機(jī) 10.電機(jī) 11.中進(jìn)風(fēng)主管 12.底部風(fēng)道閥門 13.控制箱 14.頂部出風(fēng)管 15.新鮮空氣進(jìn)風(fēng)閥門 16.循環(huán)風(fēng)閥門

2.2 可移動(dòng)發(fā)酵車制動(dòng)控制系統(tǒng)主要參數(shù)設(shè)置

如圖3所示，可移動(dòng)發(fā)酵車制動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)置主要是發(fā)酵車室內(nèi)環(huán)境控制箱（圖3a）、傳感器數(shù)據(jù)控制箱構(gòu)成（圖3b），測(cè)溫儀和溫度傳感器分別設(shè)置在發(fā)酵室不同位置，測(cè)試、顯示各部分發(fā)酵料的溫度，并把溫度信息傳遞給控制箱?？刂葡涫前l(fā)酵裝置的中樞，根據(jù)所接收傳遞來的溫度信息和設(shè)定的程序，控制風(fēng)機(jī)、各個(gè)通風(fēng)閥門協(xié)調(diào)配合，通過管道調(diào)控風(fēng)的流向、流量、內(nèi)外風(fēng)交換，從而調(diào)節(jié)發(fā)酵室內(nèi)各部位溫度達(dá)到基本一致，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵室內(nèi)各部位熱分布相對(duì)平衡，與通風(fēng)地板配合，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣交換和熱能再利用，實(shí)現(xiàn)整個(gè)發(fā)酵過程的自動(dòng)控制。發(fā)酵車的測(cè)控系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成，即參數(shù)設(shè)置、發(fā)酵監(jiān)控和數(shù)據(jù)回調(diào)，其中參數(shù)設(shè)置分為基本參數(shù)設(shè)置和控制參數(shù)設(shè)置，控制參數(shù)設(shè)置主要是發(fā)酵過程的幾個(gè)主要階段的溫度和氣體的調(diào)控[1,4]，如圖4所示。熱引升溫階段要求此階段發(fā)酵料的料溫不能高于65 ℃，發(fā)酵室內(nèi)CO2應(yīng)維持在0.3%～5.0%范圍內(nèi)，高于3.0%打開閥門通新風(fēng)，低于0.3%關(guān)閉閥門，停止送風(fēng)。巴氏消毒階段的料溫需維持60～65 ℃，持續(xù)8 h，同時(shí)也是通過通風(fēng)的方式控制CO2維持在0.3%～3.0%。降溫維持要求料溫保持48～52 ℃，持續(xù)24 h，CO2維持在0.3%～5.0%范圍內(nèi)。為了使發(fā)酵料滅菌徹底，可以進(jìn)行第2次巴氏消毒，條件與第1次巴氏消毒相同。最后進(jìn)入料溫的降溫維持階段，溫度仍是維持48～52 ℃。當(dāng)溫度降到45 ℃時(shí)，鼓入新鮮空氣和開啟內(nèi)循環(huán)時(shí)料溫不升反降時(shí)，表明腐熟完成，發(fā)酵結(jié)束，點(diǎn)擊“發(fā)酵結(jié)束”按鈕，系統(tǒng)將執(zhí)行全面降溫策略（即執(zhí)行從48 ℃左右向35 ℃以下降溫），以便開倉出料。對(duì)于上、中、下3層層間溫度的調(diào)控主要通過開啟內(nèi)循環(huán)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)3層層間溫差出現(xiàn)3 ℃時(shí)進(jìn)行調(diào)控。對(duì)于每個(gè)過程溫度的傳感是通過3層的均勻9個(gè)點(diǎn)的平均值獲得，見圖5所示，且發(fā)酵室內(nèi)氨氣濃度也通過氨氣測(cè)定裝置傳到參數(shù)設(shè)置頁面上，發(fā)酵室內(nèi)氨氣質(zhì)量濃度臨界點(diǎn)不能超過3 mg/L，如果氨氣濃度達(dá)到臨界點(diǎn)，應(yīng)立即通風(fēng)。

圖3 發(fā)酵車制動(dòng)控制系統(tǒng)外觀示意圖

圖4 發(fā)酵車制動(dòng)控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置頁面

圖5 發(fā)酵車制動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)酵監(jiān)控頁面

3 性能試驗(yàn)

3.1 可移動(dòng)發(fā)酵車發(fā)酵期間溫度調(diào)控試驗(yàn)

3.1.1 料溫測(cè)定方法

本次試驗(yàn)填充原料時(shí)為保證發(fā)酵車上部空氣流通，發(fā)酵堆最高處距離車頂預(yù)留空隙40 cm，其余210 cm平均分為3層，每層3個(gè)方位的溫度平均計(jì)為發(fā)酵原料每層的平均溫度。先根據(jù)發(fā)酵車上原料的堆積厚度將原料發(fā)酵堆平均分為上、中、下3層，每層厚度600～700 mm，每層呈對(duì)角線布置3支高質(zhì)感溫度計(jì)，兩端的溫度計(jì)探頭深入料內(nèi)距發(fā)酵室壁300 mm，分別測(cè)中心和兩端3個(gè)方位發(fā)酵料內(nèi)的溫度，3層共計(jì)9支，24 ｈ監(jiān)控每層料溫的變化。每隔2 h記錄１次。每層3個(gè)方位的平均溫度計(jì)為該層的發(fā)酵溫度。

3.1.2 發(fā)酵期間料溫控制及變化

本次發(fā)酵車發(fā)酵試驗(yàn)是在張家口宣化縣沙嶺子鎮(zhèn)進(jìn)行，8月中旬開始，室外溫度變化20～35 ℃。雙孢菇培養(yǎng)料（配方為30%玉米秸稈+50%牛糞+20%棉籽殼+1%石膏+1%過磷酸鈣+1%石灰，含水率68%）在發(fā)酵期間進(jìn)行了升溫、巴氏消毒、降溫、恒溫維持、發(fā)酵結(jié)束等5個(gè)階段的溫度變化過程，見表2。

培養(yǎng)料進(jìn)發(fā)酵室時(shí)料溫為37 ℃，培養(yǎng)料在嗜溫性微生物和嗜熱性微生物共同的作用下升至65 ℃，進(jìn)入巴氏消毒階段。巴氏消毒主要?dú)⑺离s菌、消滅有害昆蟲及線蟲的蟲卵、幼蟲等，此階段在65～70 ℃之間穩(wěn)定維持8 h。巴氏消毒后降溫進(jìn)入雙孢菇培養(yǎng)料發(fā)酵腐熟階段，此階段恒溫48～55 ℃維持14 d共336 h，此階段嗜熱性微生物群落如嗜熱性放線菌、嗜熱側(cè)孢霉等活動(dòng)頻繁，促進(jìn)氮和碳水化合物的結(jié)合，轉(zhuǎn)化糖、氨氣，抑制雜菌的生長，增加培養(yǎng)料的選擇性。當(dāng)溫度出現(xiàn)長時(shí)間無變化，鼓入新鮮空氣和開啟內(nèi)循環(huán)時(shí)料溫不升反降時(shí)，表明腐熟完成，發(fā)酵結(jié)束。發(fā)酵結(jié)束后培養(yǎng)料自然條件下降溫至30 ℃進(jìn)行播種。發(fā)酵期間升溫階段，上層培養(yǎng)料升溫最快，中層居中，下層升溫最為緩慢，可能是由于上層氧氣濃度高于中、下層，有利于發(fā)酵升溫。而培養(yǎng)料降溫階段，通過鼓入新鮮空氣和內(nèi)循環(huán)，下層料溫降溫最快，在15.5 h內(nèi)降低14.8 ℃，中層居中降14 ℃，上層降溫較慢降13 ℃，因?yàn)樾迈r空氣通過通風(fēng)底座鼓入發(fā)酵室，加速了下層培養(yǎng)料溫度的降低。

表2 培養(yǎng)料發(fā)酵期間溫度變化

3.1.3 發(fā)酵料溫調(diào)控方式及效果

選擇性和均質(zhì)性是影響雙孢菇培養(yǎng)料發(fā)酵質(zhì)量好壞的2個(gè)重要方面，對(duì)雙孢菇產(chǎn)量和質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。選擇性要求發(fā)酵后的培養(yǎng)料最適于雙孢菇的生長，均質(zhì)性要求發(fā)酵后的培養(yǎng)料理化性狀和水分均勻[3]。本試驗(yàn)采取了“氣體內(nèi)循環(huán)”、“1/2進(jìn)+1/2內(nèi)+放”等措施來增加空氣流動(dòng)、調(diào)節(jié)料溫及保證有氧發(fā)酵，從而增加培養(yǎng)料的選擇性和均質(zhì)性。“空氣內(nèi)循環(huán)”可以調(diào)節(jié)上、中、下3層培養(yǎng)料溫差、保證發(fā)酵室內(nèi)氧氣的均勻，當(dāng)上、中、下3層溫差≥5 ℃時(shí)，打開內(nèi)循環(huán)閥門，至3層溫差≤2 ℃時(shí)，關(guān)閉內(nèi)循環(huán)閥門?！?/2進(jìn)+1/2內(nèi)+放”是進(jìn)風(fēng)口開1/2，內(nèi)循環(huán)開1/2，放風(fēng)口打開，此操作通常5～20 min，可以改善發(fā)酵室內(nèi)空氣質(zhì)量，增加O2的濃度，調(diào)節(jié)發(fā)酵室料內(nèi)溫度等。本發(fā)酵車經(jīng)過上述措施調(diào)控后，上、中、下3層培養(yǎng)料溫差可以控制在0.1～3.9 ℃，控制效果如圖6所示。

圖6 發(fā)酵車上中下3層發(fā)酵料溫在發(fā)酵過程中的變化

3.2 可移動(dòng)發(fā)酵車發(fā)酵效果

3.2.1 培養(yǎng)料發(fā)酵后理化性狀的測(cè)定

本試驗(yàn)發(fā)酵配方采用30%玉米秸稈+50%牛糞+20%棉籽殼+1%石膏+1%過磷酸鈣+1%石灰，原料發(fā)酵后的效果如圖7所示，可以明顯看到白色放線菌布滿整個(gè)發(fā)酵料[15-17]。為驗(yàn)證發(fā)酵車對(duì)培養(yǎng)料的腐熟效果，對(duì)玉米秸稈、牛糞組及棉籽殼合進(jìn)行了理化性狀的測(cè)定[18-21]。方法是在培養(yǎng)料每層隨機(jī)選取10個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)稱取培養(yǎng)料500 g，10點(diǎn)混勻后取樣備用進(jìn)行理化指標(biāo)的測(cè)定，3次重復(fù)，結(jié)果如表3所示。經(jīng)過發(fā)酵車發(fā)酵后的培養(yǎng)料上、中、下3層其色澤、手感、秸稈纖維、氣味、浸出液等物理性狀均符合堆肥腐熟的判定標(biāo)準(zhǔn)[1]。培養(yǎng)料發(fā)酵前pH值為8.2，發(fā)酵結(jié)束后每層發(fā)酵料的pH值上、中、下3層分別是7.5、7.6、7.5，均適宜雙孢菇生長的pH值范圍，3層的差異僅0.1。含水率發(fā)酵前68%，發(fā)酵后至上而下3層分別63%、63%、61%，發(fā)酵過程中含水率僅減少5～7個(gè)百分點(diǎn)。氮為2.8%～2.9%，C/N比15.8～16.0，3層差異極小。培養(yǎng)料發(fā)酵后料中的有害氣體的含量尤其是氨氣的含量是影響發(fā)酵料質(zhì)量高低的重要指標(biāo)，氨氣檢測(cè)儀對(duì)發(fā)酵料上、中、下3層料的氨氣檢測(cè)結(jié)果分別是2.1、3.7、3.0 mg/kg。發(fā)酵料理化性狀檢測(cè)結(jié)果表明，該發(fā)酵料的pH值、含水量、含氮量、氨氣含量及C/N比均符合堆肥腐熟的判定標(biāo)準(zhǔn)[1,22-25]，且3層發(fā)酵料均質(zhì)性程度較高。

表3 玉米秸稈、牛糞培養(yǎng)料發(fā)酵前后理化性狀參數(shù)

圖7 玉米秸稈與牛糞原料發(fā)酵效果

3.2.2 發(fā)酵料栽培雙孢菇產(chǎn)量效應(yīng)分析

1）試驗(yàn)材料與方法

雙孢菇栽培品種：雙孢菇2796，河北北方學(xué)院食用菌研究中心提供。

試驗(yàn)處理：將發(fā)酵好的玉米秸稈、牛糞進(jìn)行雙孢菇的產(chǎn)量效應(yīng)試驗(yàn)。對(duì)照處理采用目前雙孢菇生產(chǎn)上常用的培養(yǎng)料建堆二次發(fā)酵法（CK）[3-4,26-27]；發(fā)酵車發(fā)酵料的選取方法是每層?xùn)|南、中心、西北3個(gè)方位的發(fā)酵料分開栽培雙孢菇，共9個(gè)處理，與對(duì)照處理共計(jì)10個(gè)處理，每個(gè)處理用料0.218 m3，8個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)栽培1.212 m2，栽培容器為白色塑料筐。

培養(yǎng)料發(fā)酵：酵車培養(yǎng)料發(fā)酵時(shí)間為8月中旬，對(duì)照處理建堆發(fā)酵時(shí)間比發(fā)酵車發(fā)酵提前10 d。

播種：9月8號(hào)開始播種，9 cm×8 cm穴播，深度約5 cm。為保持料面濕度，在料面上鋪上潔凈報(bào)紙，開始養(yǎng)菌。

發(fā)酵管理：菌絲培養(yǎng)階段，菇棚內(nèi)溫度維持在20～27 ℃，濕度70%～75%，逐漸加大菇棚的通風(fēng)量。9月15日開始測(cè)量菌絲生長深度，每隔4 d測(cè)量1次，直至9月28日發(fā)現(xiàn)筐側(cè)已長滿菌絲且中部菌絲已長至料深的2/3，準(zhǔn)備覆土。

覆土：9月29日將覆土材料用蒸汽自動(dòng)發(fā)生器進(jìn)行常壓蒸汽消毒，覆土土壤使用的是玉米田土。9月30日停止蒸汽消毒，清理培養(yǎng)料料面雜質(zhì)雜菌，用霧化器適當(dāng)加濕。10月1日進(jìn)行覆土，覆土厚度為3 cm，一次覆土。

出菇管理：出菇期間，菇棚內(nèi)濕度85%～90%，溫度15～22 ℃，CO2質(zhì)量濃度<500 mg/L，棚內(nèi)自然光照，透光率約10%左右。

2）結(jié)果與分析

本次試驗(yàn)10月底開始采菇，收獲前兩潮菇的產(chǎn)量分析比較，結(jié)果如表4所示。上、中、下3層每層3個(gè)方位的平均產(chǎn)量分別18.11、18.62、17.93 kg/m2，無顯著性差異（>0.05）。東南、中心、西北3個(gè)方位每個(gè)方位3層的平均產(chǎn)量分別為18.11、18.50、18.06 kg/m2，無顯著性差異（>0.05）。3層平均產(chǎn)量約18.22 kg/m2，與對(duì)照處理產(chǎn)量18.91 kg/m2相比較，無顯著性差異（>0.05）。

表4 發(fā)酵車不同部位發(fā)酵料對(duì)雙孢菇產(chǎn)量的影響

注：SPASS軟件進(jìn)行方差分析，Duncan法，不同小寫字母表示不同處理在同行或同列在0.05水平上差異顯著。

Note: Variance analysis is done by Duncan in SPASS software, with different small letters meaning significant difference on the level of 0.05 for the different treatments in the same line or row.

4 結(jié)論與討論

1）可移動(dòng)發(fā)酵車是能夠自由移動(dòng)、封閉、可調(diào)節(jié)內(nèi)外循環(huán)的系統(tǒng)設(shè)備，主要通過風(fēng)的循環(huán)來帶動(dòng)熱量的流動(dòng)，使發(fā)酵料料溫均勻一致，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵料高度選擇性、均質(zhì)性。經(jīng)過試驗(yàn)表明，該車上、中、下3層培養(yǎng)料溫差可以控制在0.1～3.9 ℃，經(jīng)過該車發(fā)酵的發(fā)酵料色澤、手感、秸稈纖維、氣味、浸出液等物理性狀均符合堆肥腐熟的判定標(biāo)準(zhǔn)，且上、中、下3層，東南、中心、西北（根據(jù)發(fā)酵車放置方位）3個(gè)方位的發(fā)酵料栽培雙孢菇平均產(chǎn)量都能達(dá)到18 kg/m2左右，層間、方位間產(chǎn)量無顯著性差異。

2）可移動(dòng)發(fā)酵車完成一次發(fā)酵經(jīng)過升溫、巴氏消毒、降溫、恒溫維持、發(fā)酵結(jié)束等5個(gè)過程，只用20 d左右一次性完成。此過程不需要翻堆，也不需要2次發(fā)酵過程，大大縮短了發(fā)酵時(shí)間和降低勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅降低原料生產(chǎn)成本。

3）可移動(dòng)發(fā)酵車使用沒有季節(jié)限制，一年四季都可以采用，在進(jìn)風(fēng)主管與離心通風(fēng)機(jī)之間安裝換熱器，通過給進(jìn)入空氣進(jìn)行加熱或降溫后鼓入發(fā)酵室內(nèi)，有效控制調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度和時(shí)間。

4）本次試驗(yàn)下層料水分含量較中上層低2個(gè)百分點(diǎn)，主要是因發(fā)酵結(jié)束后降溫階段，底部通入風(fēng)量較大，當(dāng)時(shí)外界空氣相對(duì)濕度很低，只有20%左右。如果在進(jìn)風(fēng)口增設(shè)加濕裝置，通入濕度較大的空氣，就可能解決上述問題。

可移動(dòng)發(fā)酵車可以根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)制作，而且可以根據(jù)生產(chǎn)場(chǎng)地進(jìn)行移動(dòng)，適合于中小規(guī)模推廣使用。

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Design on mobile fermenting device ofcultivating material and experiment of cultivation effects

Xin Longzuo1, Jin Yazheng1※, Liang Changming2, Yang Xin3, Huo Xiaojing3, Hao Jianjun3

(1.075400; 2.075400; 3.071000)

Nutritiousis one of the most extensively cultivated, most productive in total and largest consumed edible fungi in the world. In many parts of China, it is mainly planted in small-scale family cultivation. Due to the inadequate fermentation of cultivating material, it is of low yield and unstable benefit, which has been one of the main reasons resulting in not extensively being planted since it was introduced to China. With its movability, adjustable size, low investment, short, effective and homogeneous fermentation and low labor intensity, new mobile fermenting device was designed for cultivators of medium or small-scaleplanting. It is mainly made up of ventilation pedestal, fermenting room, compressor fan, controlling system, ventilation pipe, controlling valve and heat exchanger (often used in extremely cold winter outside of Northern China). The key to the fermentation of cultivating material by this device is to homogeneously heat every part of cultivating material in fermenting room to achieve the homogeneity of the effective accumulative temperature. By the flow of heat through air circulation, air pressure and air volume can homogeneously reach each part of the fermenting room through the arrangement of air outlet and duct. The effective fermenting temperature and the need of fresh air for fermentation can be adjusted by the volume of air in and out, and the temperature difference in the fermenting room can be controlled within acceptable range for fermentation by air circulation in it. The experiment formula of ferment effects is about 30%corn stalk, 50%cow manure, 20%cotton seed hull, 1% plaster, 1% superphosphate, and 1% lime on mobile fermenting device. Material temperature changes are observed during 5 temperature phases including temperature increasing, pasteurizing, temperature decreasing, constant-temperature sustaining, and fermentation ceasing. Material temperature in temperature increasing phase has been controlled not more than 65 ℃, 60-65 ℃ in pasteurizing phase for 8 h, and 48-52℃ in temperature decreasing and sustaining phase for 24 h. And during fermenting, carbon dioxide in fermenting room has been kept 0.3%-5.0% and ammonia concentration has been not more than 3 mg/L by ventilation. Fermenting results show that according to the characteristics of cultivating material, it takes 15-20 days to have it fermented, which can greatly reduce the fermenting time, labor intensity and production cost of raw material because of no turning of the material and secondary fermentation. And the temperature range of the up, middle and low fermentation material in the room can be managed between 0.1 and 3.9 ℃, which can achieve the fermentation material more homogeneous. And after fermentation, pH values of the upper, the middle and the lower layer material are respectively 7.5, 7.6 and 7.5, which are fit for the development of. And before fermentation, the moisture content is 68%, but after it, the moisture contents of the upper, the middle and the lower layer material are 63%, 63% and 61%, respectively, which decrease by only 5%-7%. And the nitrogen content is 2.8%-2.9%, and the ratio of carbon to nitrogen is 15.8-16.0. In all, after its fermentation, the physical and chemical properties of the material, such as color, feeling, smell and leachate accord with the standards of compost maturity. Yield ofis very important, the average yield ofcultivated through the fermentation material can reach 18 kg/m2, and it is not different significantly from the contrast (<0.05).

fermentation; temperature; design; mobile fermenting device;; wind circulation; effective accumulative fermenting temperature; yield

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.22.031

S646

A

1002-6819(2017)-22-0241-07

2017-06-13

2017-10-10

河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（14227304D）；河北省農(nóng)業(yè)廳現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)崗位專家專項(xiàng)基金項(xiàng)目（HBCT2013060204）

忻龍祚，男，河北張家口人，副教授，主要從事食用菌栽培、育種等研究工作。Email：nkxxlz@163.com

金亞征，女，河北廊坊三河人，副教授，主要從事園藝作物栽培等研究工作。Email：jyzheng_2@126.com