隧道發(fā)酵技術(shù)在草菇工廠化栽培過程中的應(yīng)用

黃琳翔，李 婕，王圣銪，肖淑霞，蔡志英，江玉姬，謝寶貴

(1.福建農(nóng)林大學食品科學學院，福建 福州350002；2.福建省尤溪縣農(nóng)業(yè)局，福建尤溪365100；3.福建省食用菌技術(shù)推廣總站，福建 福州350003；4.福建省龍海市農(nóng)業(yè)局，福建 龍海363101；5.福建農(nóng)林大學生命科學學院菌物研究中心，福建福州350002)

隧道發(fā)酵技術(shù)是將原料發(fā)酵為適宜食用菌生長所需養(yǎng)料的過程[1]，該技術(shù)既可以殺死原料中的蟲卵，又可以減少環(huán)境污染，進行廢物利用，從而高效地大批量生產(chǎn)出適宜食用菌生長的培養(yǎng)料.隧道發(fā)酵過程中不需要蒸汽升溫，是一種節(jié)能且適用于工業(yè)化生產(chǎn)的最佳方式[2].該技術(shù)目前多應(yīng)用于雙孢蘑菇的生產(chǎn)過程[3]，在其他食用菌類的應(yīng)用較少.

草菇(Volvaria volvacea)隸屬真菌界擔子菌門層菌綱傘菌目光柄菇科，草菇屬.草菇是一種喜好高溫高濕環(huán)境的草腐大型真菌，又名蘭花菇、美味草菇、中國菇等，是世界上第三栽培的食用菌，味道鮮美，在營養(yǎng)和藥用方面有較高的利用價值[4].我國是第一個栽培草菇的國家，距今已有200多年的歷史[5].我國草菇的產(chǎn)量居世界之首[6]，種植地主要分布在廣東、廣西、福建、臺灣等地.在南方，草菇的栽培期主要集中在晚春夏初，屬于高溫型真菌[7].目前主要是季節(jié)性栽培，尚未實現(xiàn)工廠化周年栽培.在福建省11—12月份的溫度是一年中溫度最低的月份，隧道發(fā)酵較為困難，其他月份隧道發(fā)酵相對較容易，本次試驗在溫度最低的時間進行，利用小型發(fā)酵隧道，探索了隧道發(fā)酵技術(shù)和草菇工廠化栽培技術(shù)，旨在為實現(xiàn)草菇工廠化栽培提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料 (1)栽培料配方：玉米芯30%，甘蔗渣20%，銀耳廢菌料30%，木薯渣10%，麩皮5%，石灰5%，含水量67%，121℃滅菌2 h，5%接種量.

(2)草菇菌株：V1295由福建農(nóng)林大學菌物研究中心提供.

1.1.2 儀器與設(shè)備 (1)儀器：消化爐(福斯分析儀器公司)；FOSS全自動凱式定氮儀(福斯分析儀器公司)；SPX型智能生化培養(yǎng)箱(寧波江南儀器廠)；FE20PH計(梅特勒—托利多儀器有限公司)；UV—2600紫外分光光度計(島津儀器有限公司).

(2)發(fā)酵隧道：自行設(shè)計建設(shè)小型試驗用草菇發(fā)酵隧道(圖1)，長3.4 m，寬1.4 m，高2.0 m，采用混泥土與彩鋼板結(jié)構(gòu)，地板由混凝土澆筑而成，并預(yù)先安裝透氣嘴，全部孔隙約相當于地板面積的25%，為了便于氣流在地板下分布流通，在有孔地板與下層水泥地面之間鋪設(shè)直徑160 mm的通風管道，側(cè)面頂部安放排氣口(直徑160 mm)，配有離心通風機.在原料發(fā)酵過程中，由功率2.2 kW風機產(chǎn)生的強氣流經(jīng)風道和地板孔洞吹過原料，由隧道上部的管道排出或循環(huán)利用.隧道空間及料堆中設(shè)有溫度探頭和CO2探頭，與控制系統(tǒng)及通風系統(tǒng)聯(lián)動，通過調(diào)整新鮮空氣與循環(huán)風的比例，可保障原料發(fā)酵所需要的氧氣和溫度.

圖1 發(fā)酵隧道Fig.1 Fermentation tunnel

1.2 試驗步驟

1.2.1 原料預(yù)處理 棉籽殼、玉米芯使用前應(yīng)充分預(yù)濕，再按配方比例加入攪拌鍋內(nèi)進行攪拌.

1.2.2 配料、拌料 按培養(yǎng)料配方比例準備好各項原輔材料，用攪拌鍋將培養(yǎng)料攪拌均勻.先將銀耳廢料、玉米芯、甘蔗渣等粗料投入攪拌鍋中，再投入木薯粉、麩皮等精料，最后加入石灰；先干拌10 min，再加水攪拌60 min，最終調(diào)整培養(yǎng)料含水量至65%～67%.

1.2.3 發(fā)酵 培養(yǎng)料攪拌均勻后，將其均勻移入發(fā)酵隧道中，裝料系數(shù)分別為(體積分數(shù))40%、50%、60%，即裝料高度為0.8、1.0、1.2 m，進行控溫有氧發(fā)酵.發(fā)酵總時間為120 h，發(fā)酵第一階段為升溫階段[8]，溫度會隨著發(fā)酵過程的進行而升高，對發(fā)酵料中的微生物、蟲卵進行初步的殺滅，并使栽培料中的木屑等進一步軟化分解.發(fā)酵前24 h不通風，利用培養(yǎng)料之間存留氧氣發(fā)酵，使堆溫迅速升至60℃以上，24 h后開始控制通風，注意聯(lián)動控制通風與內(nèi)循環(huán)，不可使堆溫急速降低.發(fā)酵第二階段為恒溫階段，隨著溫度的升高，嗜熱微生物開始達到最適生長條件，中低溫微生物滅活，當料溫升高到60～70℃時嗜熱微生物也開始消失，此時應(yīng)盡量減小通氣量，使溫度能夠在短時間內(nèi)升高，溫度在10 h內(nèi)維持約60℃[9].第三階段為腐熟階段，又稱為營養(yǎng)轉(zhuǎn)化階段，堆肥中有機質(zhì)經(jīng)礦化腐殖化最終達到穩(wěn)定的程度[10]，此時應(yīng)適當增加通氣量使溫度降低至48～53℃，保持3～4 d，使原料中的養(yǎng)料分解轉(zhuǎn)化為菌種生長所需要的營養(yǎng)成分，如消耗易分解的有機物，同化和揮發(fā)游離氨等.整個發(fā)酵過程控制CO2含量為8 000～12 000 mg·kg-1.發(fā)酵好的培養(yǎng)料翻堆，溫度降到35℃以下時，裝筐進行滅菌.

1.2.4 裝筐、滅菌 使用80 cm×120 cm×0.005 cm規(guī)格聚丙烯塑料膜放入52 cm×38 cm×10 cm塑料筐中，裝入栽培料至與塑料筐邊緣平齊，每筐裝濕料重7.5 kg，堆碼式滅菌，121℃時維持90～120 min.

1.2.5 冷卻、接種 待筐料溫度達28℃以下時，在潔凈室內(nèi)進行接種，每筐接種約200 g.

1.2.6 菌絲培養(yǎng) 菌絲在10～44℃溫度下均可生長，但低于20℃時生長緩慢，15℃時生長極微，至10℃時幾乎停止生長，5℃以下或45℃以上導致菌絲死亡，因此培養(yǎng)前期，培養(yǎng)室溫度29～32℃為宜，培養(yǎng)后期，培養(yǎng)室溫度28～30℃為宜.培養(yǎng)料含水量約70%，空氣相對濕度控制在90%～95%為宜，空氣相對濕度低于80%時，子實體生長緩慢，表面粗糙無光澤，高于95%時，菇體容易壞死和發(fā)病，CO2含量應(yīng)控制在3 500 mg·kg-1以下，當菌絲長滿筐后，轉(zhuǎn)入出菇管理.

1.2.7 出菇管理 草菇的子實體在26～34℃均能生長，但溫度低于20℃或高于34℃，子實體均較難發(fā)育.現(xiàn)蕾前(撕開覆蓋膜后1～3 d)，菇房內(nèi)溫度控制在29～31℃，相對濕度控制在90%～95%，CO2含量應(yīng)控制在1 500～2 500 mg·kg-1.生長期(3～7 d)CO2含量應(yīng)控制在1 000～1 500 mg·kg-1，培養(yǎng)室溫度為28～30℃，CO2含量應(yīng)低于2 500 mg·kg-1.草菇營養(yǎng)生長階段對光照要求不嚴，在無光條件下也可正常生長，轉(zhuǎn)入生殖生長階段需要光的誘導，才能產(chǎn)生子實體.適宜光照為50～100 lx，忌強光，子實體的色澤與光照強弱有關(guān)，強光下草菇顏色深黑，帶光澤，弱光下色澤暗淡，甚至白色.

1.2.8 含氮量和含碳量的測定 隧道發(fā)酵過程中，在不同的發(fā)酵時間，分別選取上層、中層、下層不同位置的發(fā)酵料進行含氮量和含碳量的測定.將發(fā)酵料烘干，粉碎過100目篩，測定樣品中的含氮量[11]和含碳量[12]；每個樣品做3個平行重復，同時做空白對照.

1.2.9 統(tǒng)計方法 應(yīng)用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計分析，各組測定值以平均值±標準差表示，重復3次，組間差異按方差分析進行檢驗，并用最小顯著差法檢驗作兩兩比較，以P＜0.05為有顯著差異，以P＜0.01為有極顯著差異.

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵過程中的溫度、pH變化

福建11—12月份室外溫度較低，相對于其他季節(jié)隧道發(fā)酵較難控制.因此本次試驗選擇在11—12月進行.在發(fā)酵過程中，每隔12 h取樣1次，測定發(fā)酵料的溫度、pH變化(圖2、圖3)，結(jié)果表明，裝料系數(shù)為50%(裝料高度1.0 m)的發(fā)酵料前10 h溫度幾乎無變化，之后溫度開始上升，在32 h時達最高溫度65℃，之后溫度開始下降趨于穩(wěn)定。維持約50℃，直到120 h發(fā)酵結(jié)束，此時的溫度為49℃.pH從發(fā)酵開始時的9.81逐漸降低，直到發(fā)酵120 h后，pH為7.79.發(fā)酵溫度較高，pH略顯堿性[13].

圖2 發(fā)酵過程中溫度的變化Fig.2 Changes in temperature during fermentation

裝料系數(shù)為40%(裝料高度0.8 m)發(fā)酵時，前12 h溫度幾乎不變，之后溫度開始上升，48 h溫度最高為53℃，48 h后溫度開始下降，120 h后發(fā)酵結(jié)束，此時溫度為48℃，發(fā)酵溫度偏低；從發(fā)酵開始pH值緩幅降低，120 h發(fā)酵結(jié)束后pH下降至8.31.

圖3 發(fā)酵過程中pH的變化Fig.3 Changes in pH during fermentation

裝料系數(shù)為60%(裝料高度1.2 m)發(fā)酵時，溫度持續(xù)升高，64 h達到最高點，最高溫度為67℃，60 h后溫度開始下降，直到120 h發(fā)酵結(jié)束，溫度降為53℃；pH約9.0.

從結(jié)果分析可知，裝料高度0.8 m時，發(fā)酵料較少，發(fā)酵溫度整體較低，發(fā)酵最高溫度僅53℃，無法使木屑雜質(zhì)充分降解，營養(yǎng)物質(zhì)無法充分轉(zhuǎn)化，由于發(fā)酵溫度較低，殺菌效果也較差，無法達到發(fā)酵的要求.裝料高度1.2 m時，發(fā)酵料較多，發(fā)酵最高溫度可達67℃，為三者中最高，溫度變化幅度最大，但pH變化幅度較小，從發(fā)酵結(jié)束時的pH分析，發(fā)酵并不充分，發(fā)酵料偏堿性且稍有異味.因此，裝料高度1.0 m時較適宜，即裝料系數(shù)為50%.

2.2 含氮量和含碳量的變化

從發(fā)酵開始0 h起，每隔8 h取1次發(fā)酵料，直到發(fā)酵結(jié)束120 h，對所取樣的含氮量和含碳量進行測定，測定結(jié)果如圖4和圖5所示，隨發(fā)酵時間的延長，碳、氮含量均增加.隨著發(fā)酵的進行，發(fā)酵料質(zhì)地變軟，單位質(zhì)量的發(fā)酵料其碳、氮含量隨著發(fā)酵的延長而升高.發(fā)酵過程中發(fā)酵料的含氮量和含碳量呈上升趨勢，發(fā)酵料高度1.0 m時的碳、氮含量總體高于發(fā)酵料高度0.8 m和1.2 m的碳、氮含量.

圖4 發(fā)酵過程中碳含量的變化Fig.4 Changes in carbon content during fermentation

圖5 發(fā)酵過程中氮含量的變化Fig.5 Changes in nitrogen content during fermentation

對發(fā)酵結(jié)束后發(fā)酵料的含氮量和含碳量進行顯著性分析(圖6、圖7).結(jié)果表明：發(fā)酵料高度0.8 m的平均含碳量與發(fā)酵料高度1.0 m的平均含碳量之間呈現(xiàn)顯著差異.發(fā)酵料高度1.2 m的平均含碳量與發(fā)酵料高度1.0 m之間呈現(xiàn)極顯著差異.發(fā)酵料高度0.8 m的平均含氮量與發(fā)酵料高度1.0 m的平均含氮量呈現(xiàn)顯著差異，發(fā)酵料高1.0 m的平均含氮量與發(fā)酵料高1.2 m的平均含氮量呈極顯著差異.因此發(fā)酵料高1.0 m時，其碳、氮含量優(yōu)于其余發(fā)酵高度，結(jié)合溫度、pH的測定結(jié)果，確定發(fā)酵料高度1.0 m即裝料系數(shù)50%時，發(fā)酵料較優(yōu)質(zhì).

圖6 發(fā)酵料含碳量Fig.6 Carbon content of fermented material

圖7 發(fā)酵料含氮量Fig.7 Nitrogen content of fermented material

2.3 出菇試驗

2.3.1 塑料框不同裝量對草菇農(nóng)藝性狀的影響 選取高度1.0 m的發(fā)酵料進行出菇試驗(圖8)，對塑料框不同裝量進行出菇試驗，測定草菇的農(nóng)藝性狀(圖9～11).草菇的產(chǎn)量、生物轉(zhuǎn)化率和菇體大小均與裝料量呈正相關(guān).生物轉(zhuǎn)化率計算式如下[14].

圖8 草菇的菌絲培養(yǎng)與出菇Fig.8 Mycelium culture and fruit body of straw mushroom

草菇的平均單框產(chǎn)量如圖9所示，裝料高度2.5、7.0、10.0 cm三者之間呈現(xiàn)極顯著差異；裝料高度5.0cm與裝料高度10.0 cm之間呈現(xiàn)極顯著差異；裝料高度10.0 cm時平均產(chǎn)量最高為434.14 g，與裝料高度7.0 cm呈現(xiàn)極顯著差異.因此可確定最適宜的裝料高度為每筐10.0 cm.

圖9 草菇的平均單框產(chǎn)量Fig.9 Average single frame yield of straw mushroom

對草菇橫徑的均值進行分析表明(圖10)：裝料高度2.5、5.0、7.0 cm之間的草菇橫徑無顯著差異，三者與裝料高度10.0 cm的草菇橫徑存在極顯著差異，裝料高度10.0 cm時，草菇的橫徑均值達到最大40.34 mm.對草菇縱徑的均值進行分析表明(圖11)：裝料高度2.5、5.0與10.0 cm之間的草菇縱徑呈極顯著差異，裝料高度10.0 cm時，達到縱徑均值的最大值43.71 mm，與裝料高度7.0 cm時的草菇縱徑呈顯著差異，說明裝料高度10.0 cm時，草菇橫徑和縱徑的均值明顯大于其余3個發(fā)酵高度.塑料框裝料高度10.0 cm時，生物轉(zhuǎn)化率最高為17.37%，而裝料高度2.5、5.0和7.0 cm的生物轉(zhuǎn)化率分別9.05%、10.09%和13.62%.草菇的產(chǎn)量、生物轉(zhuǎn)化率、單朵菇大小均隨裝料厚度的增加而增加.根據(jù)草菇的農(nóng)藝性狀和生長情況，4個裝料高度中最適宜草菇生長的裝料高度為10.0 cm.

圖10 草菇的橫徑均值Fig.10 Average transverse diameter of straw mushroom

圖11 草菇的縱徑均值Fig.11 Average longitudinal diameter of straw mushroom

綜上所述，裝料高度為10.0 cm時草菇生長狀況較好.當裝料高度不足10.0 cm時，塑料框裝料少，草菇產(chǎn)量較低，一方面的原因是冬天栽培時，菇房需要加熱維持溫度，料少較薄，易失水分，料偏干不利于草菇的生長；另一方面的原因是發(fā)酵料薄時，供給菌體生長的營養(yǎng)物質(zhì)相對不足，造成草菇產(chǎn)量低.

2.3.2 發(fā)酵隧道不同裝量系數(shù)對草菇農(nóng)藝性狀的影響 在發(fā)酵隧道裝量系數(shù)分別為40%、50%和60%，即裝料高度為0.8、1.0和1.2 m時進行發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后，每框裝料高度10.0 cm，經(jīng)高壓滅菌后，進行草菇栽培試驗，測定農(nóng)藝性狀(表1)，結(jié)果表明，發(fā)酵料高1.0 m的草菇產(chǎn)量與其余各組的產(chǎn)量均呈極顯著差異，生物轉(zhuǎn)化率最高為(17.37±5.54)%；發(fā)酵料高1.0 m時，栽培的草菇橫徑與發(fā)酵料高度0.8和1.2 m條件的橫徑均值均呈顯著差異，說明發(fā)酵料高1.0 m發(fā)酵的培養(yǎng)料較優(yōu)，適合草菇的生長.

表1 不同隧道發(fā)酵料高度栽培的草菇農(nóng)藝性狀1)Table 1 Agronomic characteristics of straw mushroom with different heights of fermented materials

3 結(jié)論與討論

利用隧道發(fā)酵技術(shù)對原料進行處理，該技術(shù)在雙孢菇的栽培中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但在草菇生產(chǎn)中應(yīng)用的相關(guān)報道比較少.本研究利用自制的小型發(fā)酵隧道進行了草菇生產(chǎn)原料的發(fā)酵，對發(fā)酵隧道的裝料系數(shù)以及發(fā)酵過程的溫度、pH、含碳量和含氮量變化規(guī)律進行了研究，結(jié)果表明：在40%、50%、60%裝料系數(shù)中，裝料系數(shù)為50%時，草菇發(fā)酵料的發(fā)酵效果最佳，進一步將發(fā)酵料轉(zhuǎn)移到栽培框中進行草菇的栽培試驗，發(fā)現(xiàn)當裝料高度為10.0 cm時，草菇的產(chǎn)量較高，草菇的農(nóng)藝性狀最佳.

我國目前食用菌工廠化栽培的品種主要是金針菇、杏鮑菇、秀珍菇等.草菇工廠化栽培目前尚處在研究階段，主要原因是草菇的生長對環(huán)境條件十分敏感，需在高溫高濕條件下進行栽培且草菇為好氧菌，因此草菇在栽培過程中容易被污染，其次是因為草菇栽培過程中的工藝技術(shù)未得到改進，工廠化栽培未取得較大突破.針對這些問題，楊小兵等[15]對草菇的培養(yǎng)基配方和發(fā)酵條件進行優(yōu)化，并通過人工氣候調(diào)控、原料高溫蒸汽殺菌、深框栽培模式等方法對草菇工廠化栽培工藝優(yōu)化進行了研究，提高了框式栽培的產(chǎn)量.趙風云等[16]采用框栽、袋栽橫置、袋栽豎置3種不同的栽培模式對草菇進行栽培，通過草菇的農(nóng)藝性狀分析表明，袋栽橫置模式下草菇的生物學效率最高(21.95%)，比本研究的隧道發(fā)酵料框栽高4.58%，因此，栽培料的前處理方式以及相配套的栽培模式有待進一步研究，這些研究結(jié)果可為今后草菇工廠化栽培提供依據(jù).

改變我國草菇現(xiàn)有的生產(chǎn)方式并朝工廠化、規(guī)?；较虬l(fā)展是一條必然之路，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上進一步對高產(chǎn)菌株的篩選和栽培技術(shù)進行研究，從而有效提高草菇產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，促進草菇工廠化栽培.隨著經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，草菇工廠化生產(chǎn)將具有巨大的發(fā)展空間和良好發(fā)展前景.