金針菇菌糠發(fā)酵過程中理化指標(biāo)的變化

李學(xué)龍 楊鎮(zhèn) 張敏 劉國麗 李超 劉國宇 李躍

摘要：探索金針菇（Flammulina velutiper）菌糠在基質(zhì)化利用過程中理化指標(biāo)的變化情況，為金針菇菌糠科學(xué)合理利用提供理論基礎(chǔ)。在金針菇菌糠中添加微生物菌劑進行發(fā)酵處理，分別測定菌糠發(fā)酵物的可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、容重、總孔隙度、pH、電導(dǎo)率。結(jié)果表明，添加微生物菌劑發(fā)酵金針菇菌糠0～20 d，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量有所下降，總孔隙度、電導(dǎo)率先上升后下降，容重、pH下降。研究結(jié)果明確了添加微生物菌劑后金針菇菌糠發(fā)酵過程中理化指標(biāo)的變化情況，優(yōu)化了金針菇菌糠發(fā)酵過程，為金針菇菌糠的基質(zhì)化利用提供有效方法。

關(guān)鍵詞：金針菇（Flammulina velutiper）菌糠;微生物菌劑;發(fā)酵;理化指標(biāo)

中圖分類號：S646.1+5? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）22-0032-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.010? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： The aim of the study was to evaluate the changes of physical and chemical indicators，and to provide theoretical foundation for rational utilization of Flammulina velutiper mushroom residue. Microbial agent was added to the F. velutiper mushroom residue，and the content of soluble sugar and soluble protein，bulk density，total porosity，pH and conductivity during the fermentation process were measured. During the 0～20 d after microbial agent was added，the content soluble sugar and soluble protein decreased; The total porosity and conductivity rose in the first stage，and then decreased; Bulk density and pH decreased. The changes of physical and chemical indicators during the fermentation process of F. velutiper mushroom residue were detected，and the fermentation process of F. velutiper mushroom residue was optimized，which could provide effective method for utilization of F. velutiper mushroom residue.

Key words： Flammulina velutiper mushroom residue; microbial agent; fermentation; physical and chemical indicators

菌糠又稱菌渣，是食用菌采收后低營養(yǎng)價值的培養(yǎng)基，是食用菌產(chǎn)業(yè)的主要副產(chǎn)物[1]。中國是世界上最大的食用菌生產(chǎn)國，年產(chǎn)量超過3 500萬t，占世界食用菌總產(chǎn)量的80%以上[2]。據(jù)有關(guān)研究顯示，每生產(chǎn)1 kg食用菌，平均會產(chǎn)生5 kg的廢棄菌糠[3]，因此實際產(chǎn)生的菌糠數(shù)量極其龐大，如不能合理利用，將會造成巨大的資源浪費和環(huán)境污染。食用菌培養(yǎng)基的制作原料主要包括木屑、玉米芯、秸稈等生物質(zhì)，富含有機質(zhì)、鈣、鎂、氮、磷等營養(yǎng)成分[4，5]。

金針菇作為工廠化生產(chǎn)的主要食用菌品種，不受自然環(huán)境制約，可周年生產(chǎn)，因此每天都會產(chǎn)生大量的菌糠，為了保證出菇效率，控制生產(chǎn)成本，工廠化流水作業(yè)收獲金針菇后，菌糠會被廢棄處理。金針菇生產(chǎn)基料主要為木屑、玉米芯、麥麩、棉子殼等，金針菇采收后的菌糠中存在大量菌絲體[6]，使菌糠中含有較豐富的蛋白質(zhì)、多糖、微量元素及活性物質(zhì)。

本研究旨在利用工廠化生產(chǎn)金針菇后產(chǎn)生的菌糠，添加微生物復(fù)合菌劑，通過發(fā)酵培養(yǎng)，研究金針菇菌糠發(fā)酵過程中理化指標(biāo)的變化情況，優(yōu)化金針菇菌糠發(fā)酵過程，為金針菇菌糠的基質(zhì)化利用提供有效方法。

1? 材料與方法

1.1? 材料

金針菇菌糠，由沈陽恒生生物科技發(fā)展有限公司金針菇生產(chǎn)基地提供。

微生物復(fù)合菌劑含有鏈霉菌屬放線菌、假絲酵母、乳酸菌等有益微生物，由遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所分離、篩選、保存。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗設(shè)計? 將金針菇菌糠粉碎，加水至含水量65%，調(diào)節(jié)C/N至25，作為金針菇菌糠發(fā)酵底物。將調(diào)配后的金針菇菌糠裝入200 mL三角瓶中，棉塞封口，121 ℃滅菌25 min，按1%接種量接種微生物復(fù)合菌劑，混勻后于25 ℃恒溫培養(yǎng)，在發(fā)酵培養(yǎng)0、2、4、6、10、15、20 d后，將金針菇菌糠發(fā)酵培養(yǎng)物振蕩混勻后取樣進行生化指標(biāo)檢測。

1.2.2? 項目測定? 可溶性糖含量采用蒽酮比色法[7]測定?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍染色法測定[8]。容重、總孔隙度、電導(dǎo)率、pH按NY/T 2118-2012中附錄A、附錄B方法測定。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 可溶性糖含量變化

圖1結(jié)果顯示，隨著發(fā)酵時間的延長，細菌及真菌利用菌糠中的部分可溶性糖進行合成代謝，因此金針菇菌糠中的可溶性糖含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，0～12 d，下降速度最快，12 d時，可溶性多糖含量降低40%。而后可溶性糖含量有小幅上升，可能與金針菇菌糠發(fā)酵過程中細菌及真菌快速增長至穩(wěn)定期后期向胞外分泌的可溶性糖類物質(zhì)有關(guān)。

2.2? 可溶性蛋白質(zhì)含量的變化

圖2結(jié)果顯示，菌糠發(fā)酵前，金針菇菌糠的可溶性蛋白質(zhì)含量為3.2%，接入菌種發(fā)酵后，微生物開始迅速繁殖，利用可溶性蛋白質(zhì)速度較快，0～10 d，金針菇菌糠可溶性蛋白質(zhì)含量從3.2%下降至0.6%。10～20 d，可溶性蛋白質(zhì)含量變化很小，發(fā)酵20 d時，含量略有增加，可能與發(fā)酵后期菌體衰亡后向環(huán)境中釋放胞內(nèi)細胞器有關(guān)。

2.3? 容重的變化

基質(zhì)容重是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要物理參數(shù)，其表征了基質(zhì)的密實程度和基質(zhì)質(zhì)量[9]，由圖3可以看出，隨著發(fā)酵時間的延長，金針菇菌糠發(fā)酵基質(zhì)的容重呈逐漸下降的趨勢，發(fā)酵初始容重為0.34 g/cm3，發(fā)酵20 d后容重為0.12 g/cm3。其中，0～10 d下降較快，下降幅度為44.2%，10～20 d容重下降逐漸減慢，下降幅度為5.9%。發(fā)酵0～10 d，金針菇發(fā)酵活動較為旺盛，纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等有機質(zhì)分解速度加快，轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)及二氧化碳，使得發(fā)酵基質(zhì)干物質(zhì)重量下降，基質(zhì)物理性狀變得更加疏松，使得容重呈下降變化趨勢。10～20 d，金針菇發(fā)酵活動逐漸減弱，微生物的生長進入穩(wěn)定期，菌體增殖速度下降，另外產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物也進一步對其生長產(chǎn)生抑制作用。有機質(zhì)的分解速度減慢，使得此時期內(nèi)基質(zhì)容重下降較慢。

2.4? 總孔隙度的變化

總孔隙度是指基質(zhì)中持水空隙和通氣空隙的總和，以相當(dāng)于基質(zhì)體積的百分?jǐn)?shù)表示。從圖4可以看出，0～20 d金針菇菌糠發(fā)酵過程中總孔隙度呈上升趨勢，其中0～10 d菌糠發(fā)酵物總孔隙度上升較快，從發(fā)酵初始的69.2%快速上升到84.2%，此時間段內(nèi)，菌糠的發(fā)酵活動較為活躍，微生物的分解代謝速率較快，使得菌糠發(fā)酵物的孔隙度增大。10～20 d，菌糠發(fā)酵物總孔隙度上升較慢，總孔隙度從84.2%上升到86.1%，此時菌糠的發(fā)酵活動逐漸趨于平緩，分解代謝速率同時減慢，總孔隙度維持在一個相對穩(wěn)定的水平。

2.5? 電導(dǎo)率的變化

從圖5可以看出，金針菇菌糠發(fā)酵期間，電導(dǎo)率變化幅度較大。其中，0～10 d上升速度較快，從發(fā)酵初始的0.056 ms/cm上升到發(fā)酵10 d的0.102 ms/cm，上升幅度為82.14%。10～20 d，金針菇菌糠發(fā)酵基質(zhì)的電導(dǎo)率有小幅下降，從發(fā)酵10 d的0.102 ms/cm下降至發(fā)酵20 d的0.095 ms/cm，下降幅度為6.86%。金針菇菌糠基質(zhì)中含有較豐富的無機元素，與部分有機物螯合成為有機-無機成分復(fù)合物，降低了其溶解性。隨著發(fā)酵時間的延長，微生物的分解作用使得無機營養(yǎng)物質(zhì)得以釋放，因此0～10 d測得的菌糠基質(zhì)電導(dǎo)率呈上升趨勢，發(fā)酵后期微生物的發(fā)酵作用逐漸減弱，菌體自溶導(dǎo)致細胞內(nèi)容物滲出，與無機營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生螯合反應(yīng)可能是造成10～20 d菌糠基質(zhì)電導(dǎo)率下降的原因之一。

2.6? pH的變化

pH是影響微生物發(fā)酵的重要影響因素之一，pH偏高或者偏低都會影響發(fā)酵活動的正常進行[10]。發(fā)酵過程中pH的變化是含碳有機化合物所產(chǎn)生的有機酸和含氮化合物所產(chǎn)生的氨共同作用的結(jié)果[11]。

由圖6可知，金針菇菌糠發(fā)酵0～6 d，pH下降速度較快，從7.21降至6.41。發(fā)酵6 d后，pH下降速度減慢，發(fā)酵20 d時，pH下降至6.19。由于金針菇菌糠發(fā)酵過程中細菌、真菌等微生物的繁殖過程產(chǎn)生有機酸，可有效抑制有害雜菌的生長，提高金針菇菌糠的分解效率，縮短發(fā)酵時間。因此，發(fā)酵初期，可溶性糖、可溶性蛋白等物質(zhì)被微生物利用速度加快，產(chǎn)生有機酸類物質(zhì)，菌糠pH下降迅速。發(fā)酵6～10 d時，微生物生長接近穩(wěn)定生長期，生長速度減慢，微生物繁殖與死亡達到平衡，菌體消耗營養(yǎng)成分也趨于平衡，pH下降趨于緩慢。

3? 小結(jié)與討論

分析了金針菇菌糠發(fā)酵過程中理化指標(biāo)的變化。研究結(jié)果表明，金針菇菌糠發(fā)酵過程中，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量有所下降，總孔隙度、電導(dǎo)率先上升后下降，容重、pH下降。隨著發(fā)酵時間的延長，微生物的增殖逐漸加快，營養(yǎng)物質(zhì)利用隨之加快，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)下降趨勢，隨著發(fā)酵的繼續(xù)進行，微生物逐漸進入穩(wěn)定生長期及衰亡期，生命活動逐漸減弱，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)消耗逐漸減弱，直至出現(xiàn)細胞凋亡，發(fā)酵后期可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)含量有所上升，可能與微生物菌體細胞器外泄有關(guān)。

金針菇發(fā)酵過程中，容重呈下降趨勢，并且下降速度逐漸減慢，前半段時間內(nèi)金針菇發(fā)酵活動較為旺盛，有機質(zhì)分解速度加快，轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)及二氧化碳，使得發(fā)酵基質(zhì)干物質(zhì)重量下降，基質(zhì)物理性狀變得更加疏松，使得容重呈下降變化趨勢，而總孔隙度逐漸上升。后半段時間內(nèi)金針菇發(fā)酵活動逐漸減弱，微生物的生長進入穩(wěn)定期，菌體增殖速度下降，另外產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物也進一步對其生長產(chǎn)生抑制作用，因此容重下降速度隨之減慢，基質(zhì)的總孔隙度逐漸穩(wěn)定。

金針菇菌糠發(fā)酵過程中，pH呈逐漸下降趨勢，有利于維持穩(wěn)定的發(fā)酵環(huán)境，加快有機質(zhì)的分解，縮短發(fā)酵時間。電導(dǎo)率可以反映基質(zhì)中可溶性養(yǎng)分的總量[12]。發(fā)酵過程中電導(dǎo)率的變化呈先上升后下降的趨勢，隨著有機質(zhì)分解速度的加快，金針菇菌糠中的可溶性成分逐漸增多，導(dǎo)致電導(dǎo)率上升。發(fā)酵后期，隨著微生物發(fā)酵活動的減弱甚至衰亡，導(dǎo)致細胞器與發(fā)酵基質(zhì)中可溶性物質(zhì)可能發(fā)生吸附作用，電導(dǎo)率呈現(xiàn)上升的變化趨勢。

金針菇菌糠的發(fā)酵過程表明，通過適宜的過程控制，金針菇發(fā)酵基質(zhì)的各理化指標(biāo)均達到有機肥料及蔬菜栽培基質(zhì)的基本要求，為金針菇菌糠科學(xué)利用提供了方法。

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