基于隧道式發(fā)酵金針菇菌渣的雙孢蘑菇培養(yǎng)料制備分析*

柯斌榕，廖劍華，盧政輝，蘭清秀，應(yīng)正河

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所特色食用菌繁育與栽培國家地方聯(lián)合工程研究中心，福建 福州，3500014）

隧道式發(fā)酵作為一種高效，控制精準(zhǔn)的堆肥發(fā)酵技術(shù)，廣泛的應(yīng)用于有機(jī)肥生產(chǎn)、作物基質(zhì)發(fā)酵、固體垃圾處理以及草生菌培養(yǎng)料的制備中[1-3]。上世紀(jì)70年代，意大利率先將其應(yīng)用于雙孢蘑菇（Agricus bisporus）培養(yǎng)料的制備中，而后在荷蘭和法國成功將其應(yīng)用于雙孢蘑菇培養(yǎng)料的產(chǎn)業(yè)化制備[4]。雙孢蘑菇培養(yǎng)料隧道發(fā)酵技術(shù)，一般包含一次發(fā)酵和二次發(fā)酵2個(gè)階段，隧道一次發(fā)酵技術(shù)使用高壓通氣系統(tǒng)，利用微生物的代謝升溫進(jìn)行原材料的分解轉(zhuǎn)化，同時(shí)消除病原菌以及蟲卵、草籽等潛在風(fēng)險(xiǎn)[5]。隧道二次發(fā)酵技術(shù)是通過巴氏消毒和控溫培養(yǎng)，使培養(yǎng)料的選擇性進(jìn)一步提高，從而滿足雙孢蘑菇生長過程中的營養(yǎng)需求[6-7]。在發(fā)達(dá)國家雙孢蘑菇產(chǎn)業(yè)分工十分完備，其培養(yǎng)料一般由大型培養(yǎng)料生產(chǎn)公司提供，例如荷蘭的CNC公司（CNC Grondstoffen B.V.）、Walkro公司（N.V Walkro Belgie）等大型堆料公司，其培養(yǎng)料制備均采用隧道發(fā)酵技術(shù)，每周可生產(chǎn)3次培養(yǎng)料，超過17 000 t，不僅滿足本國的原料需求，同時(shí)也可出口[8]。

金針菇（Flammulina filiformis）是我國傳統(tǒng)栽培的食用菌，因其富含賴氨酸而有助于兒童智力發(fā)育，故又稱之為“增智菇”[9]。近年來金針菇工廠化栽培隨著日本和韓國栽培模式的引進(jìn)及推廣而得到快速發(fā)展，工廠化金針菇年產(chǎn)量逐步增加。據(jù)中國食用菌協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2018年其產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了257.56萬噸[10]。據(jù)此估算每年將有超過200萬噸的金針菇廢棄菌渣需要處理。傳統(tǒng)的焚燒方式不僅不利于環(huán)保，也造成了菌渣資源的浪費(fèi)。因此，嘗試?yán)盟淼朗桨l(fā)酵技術(shù)，同時(shí)添加牛糞進(jìn)行金針菇菌渣的發(fā)酵，開展雙孢蘑菇培養(yǎng)料的研究，了解金針菇菌渣發(fā)酵過程中的理化性質(zhì)變化，為高效利用金針菇菌渣栽培雙孢蘑菇提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試菌株

雙孢蘑菇母種W192，由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所提供。

1.2 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)選用的金針菇菌渣由福建萬辰生物科技有限公司提供，新鮮金針菇菌渣色澤金黃，可以看見明顯的玉米芯顆粒，有輕微的酸味。牛糞呈黑色塊狀，其中有許多尚未徹底分解的植物纖維，原材料部分理化指標(biāo)見表1。

表1 原材料的部分理化性質(zhì)Tab.1 Part physical and chemical properties of raw materials

由表1可知，金針菇菌渣具有較高的含氮量，但pH偏低需要進(jìn)一步發(fā)酵轉(zhuǎn)化，以滿足雙孢蘑菇的營養(yǎng)需求。試驗(yàn)配方以漳州市龍海等地菇農(nóng)常用菌渣配方做為參考，配方包含過磷酸鈣2%、輕質(zhì)碳酸鈣1%、生石灰0.2%、干牛糞14%、新鮮金針菇菌渣 82.98%[11]。

1.3 試驗(yàn)方法

按常規(guī)方法采用噴淋方式進(jìn)行菌渣及牛糞的預(yù)濕，以牛糞塊中心吸足水為宜，時(shí)間約2 d。預(yù)濕結(jié)束后將菌渣及牛糞用鏟車充分混合，并加入過磷酸鈣，輕質(zhì)碳酸鈣及石灰，進(jìn)一次發(fā)酵隧道。一次填料高度1.1 m，根據(jù)溫度變化情況決定通風(fēng)時(shí)間及通風(fēng)量，隔3 d進(jìn)行第一次翻堆。翻堆過程中注意充分混合后再進(jìn)一次隧道。根據(jù)溫度變化情況在進(jìn)行2次翻堆，進(jìn)二次隧道前培養(yǎng)料的pH一般控制在8左右，含水量控制在約75%。一次發(fā)酵結(jié)束后，將混合料用鏟車轉(zhuǎn)移到二次發(fā)酵隧道中，填料高度1.2 m，根據(jù)常規(guī)二次隧道發(fā)酵工藝進(jìn)行操作。先進(jìn)行循環(huán)平衡料溫，再升溫到60℃進(jìn)行巴氏消毒，保持8 h～10 h，巴氏消毒結(jié)束12 h左右將料溫降至約50℃，控溫培養(yǎng)4 h～5 d，最后通入新風(fēng)將料溫降至30℃以下出料。

菌渣培養(yǎng)料發(fā)酵過程采用溫度記錄儀進(jìn)行培養(yǎng)料發(fā)酵過程中的溫度監(jiān)測(cè)與記錄，一次發(fā)酵在近風(fēng)機(jī)端2 m處及遠(yuǎn)風(fēng)機(jī)端4 m處各放置3個(gè)溫度探頭，探頭距離隧道底部分別為20 cm、50 cm及90 cm，分別標(biāo)記為1-20、1-50、1-90。二次次發(fā)酵在近風(fēng)機(jī)端2 m處及遠(yuǎn)風(fēng)機(jī)端4米處各放置2個(gè)溫度探頭，探頭距離隧道底部分別為50 cm及90 cm，分別標(biāo)記為 2-50、2-90。

1.4 出菇試驗(yàn)

金針菇菌渣培養(yǎng)料的填料高度20 cm，每平方米的投料量為80 kg左右，播種、發(fā)菌、覆土和出菇管理均按常規(guī)方法進(jìn)行[12]。

1.5 菌渣培養(yǎng)料理化性質(zhì)檢測(cè)

1.5.1 含水量測(cè)定

取混合建堆、一次翻堆、二次翻堆、一次發(fā)酵結(jié)束和二次發(fā)酵結(jié)束階段培養(yǎng)料樣品各500 g于105℃熱風(fēng)烘干箱中烘干24 h，后計(jì)算樣品含水量，每個(gè)階段樣品重復(fù)3次。

1.5.2 pH 檢測(cè)

采用奧豪斯pH計(jì)，分別對(duì)原材料、預(yù)濕混合、一次翻堆、二次翻堆、一次發(fā)酵結(jié)束和二次發(fā)酵結(jié)束時(shí)的培養(yǎng)料進(jìn)行pH檢測(cè)。

1.5.3 電導(dǎo)率測(cè)定

以干樣品與蒸餾水重量比1∶6配制樣品懸浮液，放置1 h后，用電導(dǎo)率儀（雷磁DDS-307，上海精密科學(xué)儀器有限公司）測(cè)定不同階段培養(yǎng)料的電導(dǎo)率Ec值。

1.5.4 碳氮比測(cè)定

取混合建堆、一次翻堆、二次翻堆、一次發(fā)酵結(jié)束和二次發(fā)酵結(jié)束階段的培養(yǎng)料樣品，烘干粉碎后，分別采用凱氏定氮法和K2Cr2O3氧化的方法測(cè)定氮和碳的含量，后計(jì)算碳氮比變化[13]。

1.5.5 菌渣培養(yǎng)料感官評(píng)價(jià)

從原材料及培養(yǎng)料發(fā)酵過程中菌渣顏色及氣味等方面，對(duì)培養(yǎng)料進(jìn)行直觀評(píng)價(jià)。

1.6 產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)及數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)各個(gè)潮次的出菇產(chǎn)量，以商品菇規(guī)格為采收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行切腳并稱重，后采用DPS v7.05進(jìn)行產(chǎn)量及各階段培養(yǎng)料理化性質(zhì)的方差分析[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 隧道發(fā)酵過程溫度變化

隧道發(fā)酵過程溫度變化見圖1（一次發(fā)酵）和圖2（二次發(fā)酵），分別檢測(cè)一次發(fā)酵中3個(gè)溫度探頭的數(shù)值及二次發(fā)酵中2個(gè)溫度探頭處的數(shù)值。

圖1 一次發(fā)酵過程中溫度變化Fig.1 The Compost temperature of phaseⅠ

圖2 二次發(fā)酵過程中溫度變化Fig.2 The Compost temperature of phaseⅡ

如圖1、圖2所示，整個(gè)發(fā)酵周期為16 d，一次發(fā)酵共9 d，每隔3 d翻堆1次，二次發(fā)酵7 d。在一次發(fā)酵前期金針菇菌渣培養(yǎng)料升溫較慢，每小時(shí)升溫不到1℃。第1次翻堆后隨著嗜熱微生物數(shù)量增加，其代謝作用加強(qiáng)，溫度快速上升，最高溫度超74℃?？梢娊疳樄骄淮伟l(fā)酵過程需要一個(gè)較長的升溫過程，可以考慮先進(jìn)行預(yù)堆處理，再進(jìn)入一次發(fā)酵隧道進(jìn)行發(fā)酵。

二次發(fā)酵階段，菌渣培養(yǎng)料在平衡時(shí)不容易減小溫差，料溫下降趨勢(shì)明顯。通過16 h的升溫，培養(yǎng)料進(jìn)入巴氏消毒階段，中間溫度可以穩(wěn)定在60℃～64℃，底層溫度在56℃～60℃。控溫培養(yǎng)階段金針菇菌渣培養(yǎng)料溫度可以維持在43℃～50℃，底層溫度略低于控溫發(fā)酵溫度。通過5 d的控溫培養(yǎng)，有利于提高金針菇菌渣培養(yǎng)料的選擇性。

2.2 培養(yǎng)料感官評(píng)價(jià)

培養(yǎng)料發(fā)酵是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，原材料的顏色、結(jié)構(gòu)、氣味等都會(huì)發(fā)生明顯的變化，因此可通過感官評(píng)價(jià)來判斷培養(yǎng)料的質(zhì)量優(yōu)劣。金針菇菌渣發(fā)酵過程中培養(yǎng)料的變化情況見圖3。

圖3 金針菇菌渣發(fā)酵過程中培養(yǎng)料顏色變化Fig.3 The color change at different stages of composting

由圖3所示，金針菇菌渣發(fā)酵培養(yǎng)料的顏色逐步加深，與一次發(fā)酵階段發(fā)酵料內(nèi)部在高溫作用下原材料發(fā)生美拉德反應(yīng)等熱化學(xué)反應(yīng)有關(guān)，而二次發(fā)酵結(jié)束后，由于放線菌的生長，培養(yǎng)料中可以看到許多白色斑點(diǎn)狀的放線菌菌落[15-16]。培養(yǎng)料隨著發(fā)酵進(jìn)程的推進(jìn)其氣味也從微酸，逐漸產(chǎn)生氨味，到二次發(fā)酵結(jié)束后，產(chǎn)生一種放線菌生長時(shí)特有的香味。培養(yǎng)料的結(jié)構(gòu)也從最初粘膩、污手，轉(zhuǎn)變?yōu)槭治詹火つ?、結(jié)構(gòu)松散、質(zhì)地柔軟，無毛刺感的狀態(tài)。

2.3 不同發(fā)酵階段培養(yǎng)料含水量、pH及電導(dǎo)率變化

金針菇菌渣培養(yǎng)料發(fā)酵過程中含水量、pH及電導(dǎo)率的變化情況見表2。

表2 培養(yǎng)料發(fā)酵過程中含水量、pH及電導(dǎo)率變化Tab.2 The water content,pH and Ec at different stages of composting

由表2可知，金針菇菌渣培養(yǎng)料含水量在建堆時(shí)達(dá)到最高值，后于一次翻堆后顯著降低（P＜0.05），因?yàn)榇藭r(shí)大量水分隨發(fā)酵溫度升高而被蒸發(fā)，最后獲得的二次料含水量為66.40%。盡管金針菇菌渣的pH較低，但隨著預(yù)濕過程中的沖淋以及一次發(fā)酵過程中氨氣的產(chǎn)生，其pH快速提高，最終二次料的pH為8.16，更有利于避免發(fā)菌過程中雜菌的侵染。培養(yǎng)料的電導(dǎo)率在建堆時(shí)達(dá)到最大值，后逐漸降低并在二次結(jié)束時(shí)略有升高，這可能與建堆時(shí)添加輕質(zhì)碳酸鈣及過磷酸鈣等輔料有關(guān)。但隨著發(fā)酵進(jìn)程，部分無機(jī)鹽類被吸收轉(zhuǎn)化，電導(dǎo)率則逐步降低。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，通過預(yù)濕噴淋，原料中大量的鹽類被水帶走，使培養(yǎng)料電導(dǎo)率較低，有利于后期雙孢蘑菇菌絲的生長。

2.4 不同發(fā)酵階段培養(yǎng)料碳、氮變化

金針菇菌渣發(fā)酵過程中培養(yǎng)料含氮量及碳氮比變化見圖4。

圖4 培養(yǎng)料發(fā)酵過程中含氮量及碳氮比變化Tab.4 Changes of nitrogen content and the C/N ratio in the compost during composting

由圖4所示，培養(yǎng)料的含氮量隨發(fā)酵時(shí)間逐步上升，建堆時(shí)僅1.57%，到一次發(fā)酵結(jié)束時(shí)達(dá)到1.81%，二次發(fā)酵結(jié)束時(shí)培養(yǎng)料含氮量為2.00%。含氮量的增加主要是由于發(fā)酵過程中微生物代謝將碳水化合物分解，轉(zhuǎn)化為熱量及菌體蛋白[17]。同時(shí)由于含氮量的提升及碳素的減少，培養(yǎng)料的碳氮比逐漸降低，從建堆時(shí)的28.26逐漸降低為20.36。

2.5 各潮次出菇產(chǎn)量比較

各潮次雙孢蘑菇出菇產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)見圖5。

圖5 不同潮次產(chǎn)量比較Fig.5 The yield of difference flush

由圖5可知，金針菇菌渣培養(yǎng)料栽培雙孢蘑菇其總產(chǎn)量可以達(dá)到19.25 kg·m-2，其中產(chǎn)量在前三潮較高，占總產(chǎn)量86.61%，而第四潮后則顯著降低（P＜0.05）?？梢娊疳樄骄ㄟ^隧道發(fā)酵技術(shù)栽培雙孢蘑菇，可以在前三潮獲得較好的產(chǎn)量。因此通過隧道式發(fā)酵獲得的培養(yǎng)料，若應(yīng)用于空調(diào)菇房進(jìn)行周年栽培，可在較短時(shí)間獲得較高的產(chǎn)量。

3 討論

培養(yǎng)料質(zhì)量是雙孢蘑菇栽培過程中關(guān)鍵的有機(jī)組成。隧道式發(fā)酵與傳統(tǒng)的菌渣室外一次發(fā)酵，室內(nèi)二次發(fā)酵相比，可以提高培養(yǎng)料含水率及含氮量，從而提升培養(yǎng)料質(zhì)量，同時(shí)隧道式發(fā)酵能顯著縮短發(fā)酵周期。由于發(fā)酵過程采用高壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，有效避免了厭氧發(fā)酵，有利于培養(yǎng)料發(fā)酵的均一性。試驗(yàn)結(jié)果表明通過隧道發(fā)酵技術(shù)可以有效的將金針菇菌渣轉(zhuǎn)化為雙孢蘑菇培養(yǎng)料，其二次培養(yǎng)料含水量為 66.40%、pH 為 8.16、電導(dǎo)率為 875.00 μs·cm-1、含氮量 2.00%、碳氮比為 20.36，四潮菇產(chǎn)量可以達(dá)到19.25 kg·m-2。其產(chǎn)量相對(duì)集中于前三潮，有助于縮短出菇周期，可以減少空調(diào)菇房的占用時(shí)間，提高周轉(zhuǎn)效率。目前利用杏鮑菇菌渣進(jìn)行雙孢蘑菇栽培已經(jīng)在漳州地區(qū)得到廣泛的推廣，而對(duì)金針菇菌渣的應(yīng)用還較少[18]。當(dāng)前菌渣培養(yǎng)料的發(fā)酵方式仍沿用傳統(tǒng)的稻草發(fā)酵方式，發(fā)酵過程容易出現(xiàn)厭氧區(qū)域，發(fā)酵周期需要在20 d以上，隧道發(fā)酵周期在16 d左右，且前四潮出菇產(chǎn)量較傳統(tǒng)培養(yǎng)料要集中[19]。

菌渣作為一種重要的草生菌替代原料在秸稈資源缺乏的地區(qū)被大力開發(fā)使用，但仍存在菌渣培養(yǎng)料質(zhì)量不穩(wěn)定，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不明確等問題[20-21]。同時(shí)因?yàn)榫c秸稈在物理結(jié)構(gòu)及理化成分上具有較大區(qū)別，因此不能直接套用成熟的秸稈隧道發(fā)酵模式，需要根據(jù)菌渣本身的理化性質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)。如在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)底部的菌渣培養(yǎng)料易出現(xiàn)結(jié)塊的現(xiàn)象，易導(dǎo)致通氣量降低，造成局部厭氧。此外在發(fā)酵過程也發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)料各部分存在發(fā)酵不均勻，二次發(fā)酵中存在發(fā)酵死角等問題，這些都將直接影響下一步的菇房管理與出菇產(chǎn)量。盡管采用金針菇菌渣隧道發(fā)酵得到的培養(yǎng)料，在含水量，含氮量等理化性質(zhì)優(yōu)于常規(guī)菌渣培養(yǎng)料，但與麥稈、雞糞為原料的傳統(tǒng)隧道發(fā)酵料相比仍有許多不足。因此需結(jié)合菌渣理化性質(zhì)，優(yōu)化隧道式發(fā)酵的配方和控制參數(shù)，進(jìn)一步提高雙孢蘑菇培養(yǎng)料的質(zhì)量。