金針菇菌渣和醋渣固態(tài)發(fā)酵的工藝研究

費 凡, 馮偉偉, 茆廣華, 張偉杰, 丁陽陽, 趙 婷, 吳向陽*

1.江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院, 江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院, 江蘇 鎮(zhèn)江 212013；3.江蘇大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 江蘇 鎮(zhèn)江 212013

食用菌菌渣是指在食用菌生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)采收后所剩下的部分及剩余的培養(yǎng)基，因其營養(yǎng)成分大部分已被吸收，也被稱為培養(yǎng)基殘料或菌糠。中國是食用菌生產(chǎn)和食用大國，食用菌的總產(chǎn)量從2000年的608萬t穩(wěn)步增長到2016年的3 596余萬t，占世界總產(chǎn)量的70%以上[1]。伴隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，采收食用菌子實體后的栽培廢棄物——菌渣的產(chǎn)生量越來越多[2]。據(jù)統(tǒng)計，荷蘭菌渣的產(chǎn)生量每年達2.1×106m3，美國菌渣的產(chǎn)生量每年達3.4×106m3[3]，而我國作為食用菌生產(chǎn)量最大的國家，每年至少會產(chǎn)生約5 214萬t的菌渣[4]。目前，食用菌菌渣處理方法主要是丟棄或焚燒，不僅造成了資源的浪費，且對環(huán)境造成了污染[5]。醋渣是制醋產(chǎn)業(yè)的主要副產(chǎn)物之一，其主要成分是稻殼、麩皮等，具有一定的酸性和腐蝕性，會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。我國的制醋產(chǎn)業(yè)發(fā)達，每年至少會產(chǎn)生超過300萬t的醋渣[6]?，F(xiàn)階段對醋渣的主要處理方式是填埋和焚燒，不僅浪費資源，也對環(huán)境造成二次污染[7]。因此亟需探索新的金針菇菌渣和醋渣的資源化利用方式，減少環(huán)境污染的同時對其進行二次利用。

研究發(fā)現(xiàn)，金針菇菌渣的結(jié)構(gòu)具有疏松多孔的特性，并含有豐富的纖維素、木質(zhì)素、維生素、抗生素、礦質(zhì)元素、蛋白質(zhì)和多糖等生物活性物質(zhì)，可用于制備食用菌的二次栽培基質(zhì)、燃料、肥料和多糖等[8～10]。醋渣為制醋過程中的副產(chǎn)物，含有水分、粗蛋白質(zhì)、粗纖維及豐富的微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)[11]，可用于制備燃料、飼料添加劑、食用菌栽培基質(zhì)及酶制劑[12～14]。然而，若將金針菇菌渣和醋渣用作食用菌二次栽培基質(zhì)等，也并未達到其資源化處理的終點，還是會產(chǎn)生食用菌菌渣和醋渣，且隨著再利用次數(shù)的增多，養(yǎng)分消耗殆盡，依然面臨廢棄物的處理問題；將其燃燒提供熱能的處理方式，也會產(chǎn)生二次污染物；此外，利用金針菇菌渣和醋渣堆肥制備肥料，也存在耗時長、發(fā)酵不充分及過程繁瑣等不足。

而發(fā)酵工藝的發(fā)展，尤其是固態(tài)發(fā)酵，為金針菇菌渣和醋渣的利用提供了新的途徑。固態(tài)發(fā)酵工藝是指培養(yǎng)基質(zhì)呈固態(tài)且氣、液、固三相并存，并用一種或多種微生物發(fā)酵的一個生物反應(yīng)過程，可用于快速、溫和的發(fā)酵農(nóng)業(yè)固態(tài)廢棄物，實現(xiàn)其資源化利用。菌種是發(fā)酵過程中必不可少的物質(zhì)，對發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化效率、發(fā)酵參數(shù)的控制等都起到?jīng)Q定性作用。枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、黃孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)和熱帶假絲酵母(Candidatropicalis)等微生物對環(huán)境適應(yīng)性強且能夠充分分解發(fā)酵原料中的粗纖維和大分子蛋白等物質(zhì)，同時，其代謝產(chǎn)物無毒、無副作用、性能穩(wěn)定、不易變異且相互之間無拮抗作用，常用于固態(tài)發(fā)酵[15]。目前，已有關(guān)于工農(nóng)業(yè)廢棄物資源化處理的相關(guān)研究，但采用固態(tài)發(fā)酵法對金針菇菌渣和醋渣進行發(fā)酵并摸索其固態(tài)發(fā)酵工藝的研究還未見文獻報道，有待探討。

基于此，本研究主要針對農(nóng)業(yè)廢棄物——金針菇菌渣和醋渣的資源化利用率低、高附加值的開發(fā)利用少、環(huán)境污染嚴重等問題，尋求對其資源化高效利用的新途徑。蛋白質(zhì)是構(gòu)成細胞、血液、骨骼、肌肉、抗體、激素、酶、乳、毛及各種器官組織的主要成分，是生命活動所必需的養(yǎng)分，而充足的粗蛋白質(zhì)可以為生物的生命活動提供必需的能量[16]。因此，本研究以粗蛋白質(zhì)含量為考察指標，采用固態(tài)發(fā)酵法對金針菇菌渣和醋渣進行發(fā)酵，并優(yōu)化其固態(tài)發(fā)酵工藝，以期提高其發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量，為農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化高效利用提供一種新途徑。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

金針菇菌渣和醋渣，由江蘇步龍生物科技有限公司提供?？莶菅挎邨U菌、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母菌保存于中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心；硫酸鉀、硫酸銅、濃硫酸、氫氧化鈉、硼酸和亞甲基藍指示劑均購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

1810-B型石英自動雙重純水蒸餾器(江蘇金壇華晶石英玻璃廠)，BS124S型分析天平(賽多利斯儀器(北京)有限公司)，101型電熱鼓風(fēng)干燥箱(鞏義市英峪予華儀器廠)，元素分析儀(珀金埃爾默儀器(上海)有限公司)，ICP等離子體光譜儀(廣東天瑞儀器有限公司)。

1.3 金針菇菌渣與醋渣的基本組分分析

利用粉碎機將金針菇菌渣和醋渣粉碎，過40目篩，測定其灰分、粗脂肪、粗纖維、粗蛋白質(zhì)和4種元素(C、N、H、P)的含量。

采用GB 5009.4-2016測定樣品中灰分的含量[17]；采用GB 5009.6-2016測定樣品中粗脂肪的含量[18]；采用GB/T 5009.10-2003測定樣品中粗纖維的含量[19]；采用GB 5009.5-2016測定樣品中粗蛋白質(zhì)的含量[20]。

利用元素分析儀和電感耦合等離子質(zhì)譜儀測定C、N、H和P的含量，具體操作為：準確稱取樣品0.2 g，加入硝酸和高氯酸(體積比4∶1)，硝化，再用0.05%鹽酸定容，利用電感耦合等離子質(zhì)譜儀進行P含量的測定，同時利用元素分析儀測定上述樣品中C、N、H的含量[21]。

1.4 固態(tài)發(fā)酵工藝優(yōu)化

1.4.1單菌發(fā)酵實驗 在發(fā)酵原料(金針菇菌渣和醋渣1∶1)100 g、發(fā)酵溫度25℃、接種量5%(菌液體積與固體發(fā)酵原料質(zhì)量比(V/m)；即5 mL菌液與100 g發(fā)酵原料混勻)的條件下進行發(fā)酵，發(fā)酵時間為5 d，于每天的固定時間取樣。考察枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響，以確定單菌發(fā)酵所需的最優(yōu)菌種。采用GB5009.5-2016法測定粗蛋白質(zhì)含量[20]。

1.4.2多菌發(fā)酵實驗 在發(fā)酵原料(金針菇菌渣和醋渣1∶1)100 g、發(fā)酵溫度25℃、接種量5%的條件下進行發(fā)酵，發(fā)酵時間為5 d，于每天的固定時間取樣?？疾?組混合菌種(各菌種等比例混合)對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響，具體組合為：枯草芽孢桿菌和黃孢原毛平革菌(枯+黃)、枯草芽孢桿菌和熱帶假絲酵母(枯+熱)、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母(黃+熱)以及枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母(枯+黃+熱)。

隨后，以等比例多菌發(fā)酵實驗中粗蛋白質(zhì)含量達到峰值的天數(shù)為發(fā)酵時間，在發(fā)酵原料(金針菇菌渣和醋渣1∶1)100 g、發(fā)酵溫度為25℃、接種量5%的條件下進行發(fā)酵，考察4組混合菌種對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響，具體組合為：枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母(混合菌液2∶1∶1)，枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母(混合菌液1∶2∶1)，枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母(混合菌液1∶1∶2)以及枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母(混合菌液1∶1∶1)。從而確定多菌發(fā)酵所需的最優(yōu)菌種組合及比例。

1.4.3金針菇菌渣和醋渣配比優(yōu)化 在發(fā)酵時間3 d、發(fā)酵溫度25℃、接種量5%的條件下，采用最優(yōu)的菌種組合及比例進行多菌發(fā)酵，考察不同比例的金針菇菌渣和醋渣(10∶0、7∶3、1∶1、3∶7和0∶10)發(fā)酵原料(100 g)對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響。

1.4.4單因素實驗 影響發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的主要因素有接種量、發(fā)酵溫度和pH等。采用單因素實驗對各因素進行考察，混合菌種接種量水平設(shè)置為：1%、3%、5%、7%和9%，發(fā)酵溫度水平設(shè)置為：20℃、23℃、26℃、29℃和32℃，pH水平設(shè)置為：6.0、6.5、7.0、7.5和8.0。于發(fā)酵第3天取樣，考察各因素的不同水平對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響。

1.4.5正交實驗 在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以pH、溫度(℃)和混合菌種接種量(%，V/m)為因素，以粗蛋白質(zhì)含量為考察指標，采用L9(34)正交表進行發(fā)酵條件優(yōu)化，各因素的實驗水平見表1。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test.

獲得正交實驗的最佳條件后，在此條件下，進行驗證實驗，即在最優(yōu)工藝條件下進行發(fā)酵，并測定其粗蛋白質(zhì)含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 金針菇菌渣和醋渣的基本組分分析

金針菇菌渣和醋渣的組分分析可探明其基本組分和營養(yǎng)物質(zhì)，金針菇菌渣和醋渣的基本組分分析結(jié)果見表2。C和N是微生物發(fā)酵分解過程中所必需的元素，適當(dāng)?shù)腃/N，可有助于微生物的發(fā)酵分解。研究表明，發(fā)酵基質(zhì)的C/N為11～24時，發(fā)酵菌種較為活躍，發(fā)酵效率達到最高[22]。如表2所示，金針菇菌渣中C和N含量分別為24.40%和2.16%，C/N為11.30；醋渣中的C和N含量分別為43.67%和1.88%，C/N為23.23。H則是發(fā)酵過程中生成水的主要來源，是固態(tài)發(fā)酵中不可或缺的一種元素，金針菇菌渣和醋渣中H元素的含量分別為3.21%和5.87%。P元素是主要的營養(yǎng)元素，在發(fā)酵過程中起著能量調(diào)節(jié)的作用，金針菇菌渣和醋渣中的P含量分別為3.20%和6.36%。由此可見，金針菇菌渣和醋渣具有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和能量物質(zhì)，二者經(jīng)混合后可用于固態(tài)發(fā)酵。

表2 金針菇菌渣及醋渣的主要成分Table 2 Main components of F. velutipes residue and vinegar residue.

2.2 單菌發(fā)酵對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響

在金針菇菌渣∶醋渣為1∶1、發(fā)酵時間5 d、接種量5%、pH 7.0、發(fā)酵溫度25℃的條件下，考察不同菌種單菌發(fā)酵對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響，結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，3種菌種發(fā)酵過程中粗蛋白質(zhì)含量整體呈先上升后下降的趨勢，且均在發(fā)酵后的第3～4天達到峰值。經(jīng)枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母單菌發(fā)酵3 d后的粗蛋白質(zhì)含量分別為13.9%、14.9%和14.1%。因此，若進行單菌發(fā)酵，可選擇黃孢原毛平革菌為發(fā)酵菌，發(fā)酵時間為3 d。

圖1 單菌發(fā)酵對發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白含量的影響Fig.1 Effect of single bacteria fermentation on crude protein content of fermentation products.

2.3 多菌發(fā)酵對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響

在金針菇菌渣∶醋渣為1∶1、發(fā)酵時間5 d、接種量5%、pH 7.0、發(fā)酵溫度25℃的條件下，考察等比例混合菌種對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響，結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明，多菌發(fā)酵過程中粗蛋白質(zhì)含量的變化均呈先上升后下降的趨勢，且在發(fā)酵后的第3天達到峰值，其中以枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌及熱帶假絲酵母3個菌種1∶1∶1的混合菌液發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量最高，為18.5%，明顯高于單菌發(fā)酵和其他多菌發(fā)酵組。推測主要是由于菌種之間存在相互協(xié)作，增加了對原料的適應(yīng)能力，所以發(fā)酵效果優(yōu)于單菌發(fā)酵。因此，本研究采用多菌發(fā)酵，其組成及比例為：枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母1∶1∶1，發(fā)酵時間為3 d。

隨后，在金針菇菌渣∶醋渣為1∶1、發(fā)酵時間3 d、接種量5%、pH 7.0、發(fā)酵溫度25℃的條件下，進一步考察不同比例混合菌種對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響，結(jié)果如圖3所示。其中，混合菌種枯草芽孢桿菌:黃孢原毛平革菌:熱帶假絲酵母為1∶1∶1時，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)含量最高，為18.0%。推測主要是由于發(fā)酵菌種在比例為1∶1∶1時協(xié)同作用最好，發(fā)酵效率高，從而發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量較高。再次驗證本研究適合采用多菌發(fā)酵的方式，且組成及比例為枯草芽孢桿菌∶黃孢原毛平革菌∶熱帶假絲酵母為1∶1∶1。

圖2 多菌發(fā)酵對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響Fig.2 Effect of multi-bacteria fermentation on crude protein content of fermentation products.

圖3 不同比例混合菌種對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響Fig.3 Effect of different ratio of multi-bacteria on crude protein content of fermentation products.

2.4 發(fā)酵原料配比對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響

在發(fā)酵時間3 d、混合菌種接種量5%、pH 7.0、發(fā)酵溫度25℃的條件下，考察發(fā)酵原料不同比例對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響，結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明，隨著發(fā)酵原料中金針菇菌渣含量逐漸減少、醋渣含量逐漸增加，發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量呈先上升后下降的趨勢，且在金針菇菌渣與醋渣的比例為7:3時達到峰值，此時的粗蛋白質(zhì)含量為16.7%。其可能的原因是金針菇菌渣中的營養(yǎng)成分較高，更有利于混合菌種的代謝活動，因此金針菇菌渣所占比重越大，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)含量越高。但是在發(fā)酵原料全部為菌渣的發(fā)酵過程中，發(fā)酵物過于黏稠，不利于氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的傳遞，從而導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量降低。因此，發(fā)酵原料最佳比例為金針菇菌渣:醋渣為7∶3。

圖4 發(fā)酵原料配比對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響Fig.4 Effect of material ratio on crude protein content of fermentation products.

2.5 單因素實驗結(jié)果

2.5.1混合菌種接種量對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響 接種量是固態(tài)發(fā)酵中極為重要的因素，接種量過少會導(dǎo)致發(fā)酵效果不佳，過多則會造成一定的浪費，甚至影響發(fā)酵效果。在金針菇菌渣:醋渣7:3、發(fā)酵時間3 d、pH 7.0、發(fā)酵溫度25℃的條件下，研究不同接種量對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響。從圖5可以看出，隨著接種量的增加，發(fā)酵基質(zhì)中粗蛋白質(zhì)含量呈先升高再下降的趨勢。這可能是由于接種量過低會導(dǎo)致發(fā)酵周期過長，在固定的時間內(nèi)發(fā)酵不完全，從而導(dǎo)致粗蛋白質(zhì)含量較低；而接種量過高則會導(dǎo)致混合菌種在極短的時間繁殖過于旺盛，相互擠壓生存空間、爭奪養(yǎng)分，從而導(dǎo)致發(fā)酵效率低，發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白質(zhì)含量較低。由圖5可知，發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量在接種量為7%時最高，為16.6%。由此確定多菌發(fā)酵的最佳接種量為7%。

2.5.2發(fā)酵溫度對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響 在金針菇菌渣∶醋渣為7∶3、發(fā)酵時間3 d、混合菌種接種量7%、pH 7.0的條件下，研究不同發(fā)酵溫度對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響。從圖6可以看出，隨著發(fā)酵溫度的升高，發(fā)酵基質(zhì)中的粗蛋白質(zhì)含量呈先上升后下降的趨勢。這可能是由于混合菌種在溫度適中的環(huán)境下能夠正常發(fā)育繁殖，促進發(fā)酵的進行；若溫度過低，菌種活性降低甚至進入休眠，從而導(dǎo)致發(fā)酵緩慢，發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量較低；若溫度過高，同樣影響菌種活性。由圖6可知，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)含量在發(fā)酵溫度為26℃時最高，為17.0%。因此，多菌發(fā)酵的最佳發(fā)酵溫度為26℃。

圖5 混合菌種接種量對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響Fig.5 Effect of inoculation amount of multi-bacteria on crude protein content of fermentation products.

圖6 發(fā)酵溫度對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響Fig.6 Effect of fermentation temperature on crude protein content of fermentation products.

2.5.3pH對發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量的影響

在金針菇菌渣∶醋渣為7∶3、發(fā)酵時間3 d、混合菌種接種量7%、發(fā)酵溫度26℃的條件下，研究不同pH對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響。從圖7可以看出，發(fā)酵基質(zhì)中的粗蛋白質(zhì)含量隨著pH的升高呈逐漸升高的趨勢，并且在pH 7.0～7.5時趨于平緩，pH 7.5～8.0時又略微下降，可能是由于混合菌種在pH接近弱堿性的情況下能夠快速生長繁殖從而提高發(fā)酵的效率，增加發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量，若pH過高則會影響混合菌種的正常代謝活動，從而降低發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量。由圖7可知，pH 7.5時發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量最高，為16.8%。因此，多菌發(fā)酵的最佳發(fā)酵pH為7.5。

圖7 pH對發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量的影響Fig.7 Effect of pH on crude protein content of fermentation products.

2.6 正交實驗結(jié)果

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以pH、溫度、接種量為因素，選用L9(34)正交表進行發(fā)酵條件優(yōu)化，結(jié)果如表3所示。由極差R可知，各因素對發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量的影響大小分別為：發(fā)酵溫度>接種量>pH，即發(fā)酵溫度對發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)含量的影響最大，接種量次之，pH最小。

由正交實驗方差分析表(表4)可知，溫度和接種量對發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白質(zhì)含量的影響顯著，pH對發(fā)酵產(chǎn)物中的蛋白質(zhì)含量的影響不顯著。

通過正交實驗篩選出的最佳結(jié)果的優(yōu)化方案為A2B2C2，即pH 7.5，發(fā)酵溫度26℃，接種量7%。隨后，采用pH 7.5、發(fā)酵溫度26℃、接種量7%作為發(fā)酵條件進行發(fā)酵驗證實驗，發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白質(zhì)含量為17.90%，高于上述正交實驗的最大值。因此，pH 7.5、溫度26℃、接種量7%為本研究最優(yōu)的固態(tài)發(fā)酵工藝條件。

表3 正交實驗結(jié)果表Table 3 Results of optimization test.

3 討論

單菌發(fā)酵和多菌發(fā)酵的實驗結(jié)果說明金針菇菌渣和醋渣固態(tài)發(fā)酵的最佳發(fā)酵方式為多菌發(fā)酵，且混合菌種的組成及比例為枯草芽孢桿菌、黃孢原毛平革菌和熱帶假絲酵母1∶1∶1。金針菇菌渣和醋渣的最佳配比為7:3，發(fā)酵時間為3 d。單因素實驗和正交實驗的結(jié)果表明，金針菇菌渣和醋渣固態(tài)發(fā)酵的最佳條件為發(fā)酵溫度26℃、接種量7%、pH 7.5，在該條件下，發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量為17.90%。

柯斌榕等[23]以菌渣堆肥pH、電導(dǎo)率、含氮量和雙孢菇產(chǎn)量為參考指標，采用單因素實驗研究金針菇菌渣堆肥的發(fā)酵特性，結(jié)果表明，其堆肥時間為13 d，且隨著堆肥時間的延長，菌渣pH及含氮量呈上升趨勢，且金針菇菌渣堆肥的電導(dǎo)率較高。由此可見，金針菇菌渣堆肥存在發(fā)酵時間長、發(fā)酵產(chǎn)物pH過高和發(fā)酵過程溫度過高等不足。而本研究以金針菇菌渣和醋渣為原料進行固態(tài)發(fā)酵，經(jīng)過工藝優(yōu)化后能在較短的時間內(nèi)完成發(fā)酵，且發(fā)酵過程中溫度和pH穩(wěn)定。

表4 正交實驗結(jié)果方差分析表Table 4 Variance analysis of orthogonal test results.

注：P<0.05表示差異具有顯著性。

研究表明，使用2%的金針菇菌渣替換飼糧中的玉米和豆粕，黃羽雞肉品質(zhì)及雞肉中的粗蛋白質(zhì)和總氨基酸顯著高于對照組，肉雞的日增重和采食量較對照組無顯著差異，可見，飼糧中添加金針菇菌渣對黃羽肉雞的生長性能及產(chǎn)量無影響，但可以改善雞肉的品質(zhì)和營養(yǎng)價值[24]。陳永霞等[25]將醋渣加入飼料中飼養(yǎng)豬，以普通豬飼料為對照，結(jié)果表明，添加量為20%的醋渣可顯著增加20 kg和40 kg以上的仔豬的日增重量，還可抑制20 kg以上的仔豬的腹瀉率，可見，醋渣可作為飼料添加于生豬飼料中。說明金針菇菌渣和醋渣有利于畜禽的生長發(fā)育，可用作動物飼料。但直接向飼料中添加金針菇菌渣和醋渣存在飼料中粗纖維含量過高、粗蛋白質(zhì)含量較低等問題，從而影響飼養(yǎng)動物的生長性能及其經(jīng)濟效益[26]，本研究則通過優(yōu)化金針菇菌渣和醋渣的固態(tài)發(fā)酵工藝，提高了其發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白質(zhì)含量，增加其營養(yǎng)價值。

本研究選擇金針菇菌渣和醋渣作為發(fā)酵原料，探究其最佳發(fā)酵工藝，提高發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白質(zhì)含量，不僅能夠有效地解決金針菇菌渣和醋渣帶來的環(huán)境污染問題，還能對其進行資源化利用，是一種有效的固態(tài)廢棄物資源化利用的方法。但本研究僅對金針菇菌渣和醋渣固態(tài)發(fā)酵的工藝進行優(yōu)化，未對優(yōu)化后的發(fā)酵產(chǎn)物的利用做進一步研究；且由于金針菇菌渣和醋渣中粗纖維含量均較高，若將其加以實際應(yīng)用，還需要通過固態(tài)發(fā)酵降低其粗纖維含量，以提高發(fā)酵產(chǎn)物的適口性。在后續(xù)的實驗中將對此繼續(xù)進行探究。