食用菌副產(chǎn)物資源化再利用研究進展

陳雪冬 劉雪龍 高冠群 張紅彩 徐路順 高圓夢

摘? ? 要：食用菌味道鮮美，營養(yǎng)豐富，經(jīng)濟價值高，但產(chǎn)生的副產(chǎn)物容易造成資源浪費和環(huán)境污染。為了促進食用菌副產(chǎn)物的合理化、資源化利用，在參閱大量文獻資料基礎上，對近年來食用菌副產(chǎn)物在飼料生產(chǎn)、肥料生產(chǎn)、栽培基質(zhì)制備、新能源生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境修復劑開發(fā)以及生物活性物質(zhì)提取等方面的利用現(xiàn)狀進行了歸納總結(jié)，分析了食用菌副產(chǎn)物再利用過程中存在的主要問題，如食用菌及菌渣一體化產(chǎn)業(yè)鏈不完善、菌渣再利用機制不明確、菌渣吸附有害物質(zhì)后仍需二次處理等，并展望了食用菌副產(chǎn)物循環(huán)再利用的可觀前景。總體而言，食用菌副產(chǎn)物資源豐富，有效再利用的途徑很多，應加強與農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的有機結(jié)合，實現(xiàn)資源利用的最大化。

關(guān)鍵詞：食用菌;副產(chǎn)物;資源化利用;研究進展

中圖分類號： X712? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.10.010

The Research Progress on Resource Utilization of By-products of Edible Fungi Industry

CHEN Xuedong1， LIU Xuelong1， GAO Guanqun2， ZHANG Hongcai1， XU Lushun1， GAO Yuanmeng1

（1. College of Life Science， Luoyang Normal University， Luoyang， Henan 471934， China; 2. Information Institute， Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300192， China）

Abstract： Edible fungi has delicious taste， rich nutrition and high economic value， but the by-products are easy to cause resource waste and environmental pollution. In order to promote the rationalization and resource utilization of edible fungi by-products， based on a large number of literature， the utilization status of edible fungi by-products on feed production， fertilizer production， cultivation matrix preparation， new energy production， development of ecological environment restoration agents and extraction of bioactive substances in recent years were summarized. The main problems existing in the reuse of edible fungi by-products were analyzed， such as the imperfect integrated industrial chain of edible fungi and mushroom residue， the unclear reuse mechanism of mushroom residue， and the need for secondary treatment after mushroom residue adsorbed harmful substances. The prospect of the recycling of edible fungi by-products was also prospected. In general， the resources of edible fungi by-products are rich， and there are many ways to reuse them effectively. The organic combination with agriculture and aquaculture should be strengthened to maximize the utilization of resources.

Key words：edible fungi; by-product; resource utilization; research progress

食用菌是一種大型真菌，鮮嫩可口，具有很高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值，頗受人們青睞[1-2]。我國是食用菌生產(chǎn)大國，近幾十年來，食用菌產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，年產(chǎn)量呈穩(wěn)步增長趨勢，但隨著食用菌生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，隨之產(chǎn)生的副產(chǎn)物也越來越多，據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1 kg食用菌會產(chǎn)生約3.5 kg菌渣[3]，菌渣的主要成分是被食用菌菌絲利用后的植物殘體， 極難降解，如果菌渣隨意丟棄或直接焚燒，不但會造成資源浪費，而且會嚴重污染生態(tài)環(huán)境[4]。習近平總書記在中央深改小組會議審議農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的文件時指出，推進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展是農(nóng)業(yè)發(fā)展觀的一場深刻革命。在綠色發(fā)展新理念的引導下，如何高效循環(huán)利用食用菌副產(chǎn)物已成為人們廣泛關(guān)注的問題。因此，本文綜合了近年來食用菌產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)物的再利用情況，分別從飼料、肥料、栽培基質(zhì)、新能源、生態(tài)環(huán)境修復劑以及生物活性物質(zhì)等幾個方面進行總結(jié)，提出了目前仍然存在的一些問題，并展望了食用菌副產(chǎn)物循環(huán)再利用的發(fā)展前景。

1 食用菌副產(chǎn)物組成成分

食用菌副產(chǎn)物是指食用菌生產(chǎn)后所有有機廢物的總稱，其組成成分主要來源于食用菌的栽培原料[5]。食用菌栽培原料主要為農(nóng)作物秸稈、木屑、麥麩、玉米芯、棉籽殼等，并配有調(diào)理性物質(zhì)，如：禽畜糞便、尿素，以及石灰、石膏等pH調(diào)節(jié)物質(zhì)[6]。栽培原料中含有大量營養(yǎng)物質(zhì)以供食用菌生長需求，當食用菌成熟采收后，原料中大量的營養(yǎng)物質(zhì)并未被完全利用，進而形成剩余的固體廢棄物，即菌渣。全世界每年都要生產(chǎn)大量的食用菌菌渣，其中含有豐富的天然聚合物，如殼聚糖、甲殼素、蛋白質(zhì)、纖維素和半纖維素等[7]，還有大量菌絲體也富含鐵、鈣、鋅等微量元素以及碳水化合物、粗蛋白等，可作為優(yōu)質(zhì)的資源化利用原料[8-9]。因此，食用菌副產(chǎn)物具有很高的營養(yǎng)價值和利用潛能。

2 食用菌副產(chǎn)物的利用途徑

由于食用菌的高營養(yǎng)價值及其副產(chǎn)物對環(huán)境的影響，提高食用菌的利用效率是資源循環(huán)利用和產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要?，F(xiàn)階段，對菌渣循環(huán)加工再利用是延伸食用菌產(chǎn)業(yè)鏈條，促進生態(tài)循環(huán)健康發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)民生活富裕的重要途徑。菌渣的循環(huán)再利用途徑主要包括以下幾個方面（圖1）：

2.1 作飼料或配料

食用菌菌渣含有粗蛋白、粗纖維、糖、維生素和氨基酸等，均可作為飼料中的營養(yǎng)成分，而且菌渣中大量的菌絲蛋白能夠給飼料增添特有的風味，并且有利于動物消化吸收，同時又能降低飼養(yǎng)成本。因此食用菌菌渣具有很高的飼養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值[10-12]。Foluke等[13]研究證實蘑菇菌渣可以替代肉雞飼料中的麥麩;劉玉和鄭愛華[14]發(fā)現(xiàn)在育肥牛精料中添加食用菌菌渣可以減少精料的使用，大大降低飼養(yǎng)成本，明顯提高養(yǎng)殖戶的經(jīng)濟效益;史穎[15]以食用菌菌糠為原料生產(chǎn)蛋白飼料，在降低原料中木質(zhì)纖維含量的同時提高了粗蛋白的含量，得到了高營養(yǎng)價值、高消化率和良好適口性的優(yōu)質(zhì)蛋白飼料。因此，利用食用菌菌渣生產(chǎn)動物飼料有助于食用菌和畜牧業(yè)共同發(fā)展。

2.2 作肥料或栽培基質(zhì)

目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在著無機肥料施用范圍廣、施用量大而產(chǎn)生的土壤板結(jié)、環(huán)境污染嚴重、肥料利用率低、作物品質(zhì)下降等諸多問題。食用菌菌渣富含多種植物生長所需的有機物和礦質(zhì)營養(yǎng)元素，是一種有效的土壤肥料和改良劑，具有較高的利用價值。食用菌菌渣能夠提高有機質(zhì)含量、增強微生物活性、提升土壤溫度，而且食用菌菌渣是腐殖質(zhì)形成的來源，可以為植物提供微量營養(yǎng)素，改善土壤通氣性和水土保持能力，并有助于維持土壤結(jié)構(gòu)[16-18]。Kadir和Mustaph[19]報道香菇（Lentinula edodes）菌渣混合壤土栽培能夠有效增加番茄和菜豆的株高、莖周長、總?cè)~面積和產(chǎn)量;Grimm和W？觟sten[20]也發(fā)現(xiàn)每公頃施用100 t菌渣，可使大麥產(chǎn)量增加50%，功效與施用無機肥料相似。除了促進植物生長和增加作物產(chǎn)量以外，食用菌菌渣還田還可有效改良土壤環(huán)境，甚至對鹽潮化或荒漠化土壤以及連作受損土壤的改良方面也存在顯著影響。鄧歐平等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)施肥相比，中、高量菌渣還田處理均能有效提高土壤速效養(yǎng)分含量;車建美等[22]研究發(fā)現(xiàn)，施用菌渣后的黑麥草根際土壤微生物磷脂脂肪酸（PLFAs）的種類和總量均高于對照組，并且有利于土壤中細菌、真菌和放線菌的生長，對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的改善有很大的作用;劉玉明等[23]以沿海土壤為實驗對象，通過田間試驗驗證了施用食用菌菌渣可以降低土壤容重，改善土壤的理化性狀，進而提高土地的適耕性，為鹽堿土的改良提供了參考;茹瑞紅等[24]在食用菌菌渣緩解地黃連作障礙研究中也顯示了食用菌菌渣可以提高地黃根際微生物和酶的種類及數(shù)量，進而加速了酶促反應和微生物分解作用，最終加快了酚酸的降解，達到了在一定程度上緩解地黃因酚酸積累而產(chǎn)生連作障礙的效果。食用菌菌渣雖然對作物產(chǎn)量和土壤性質(zhì)有益，但是施用劑量也要適宜，有研究發(fā)現(xiàn)，在園藝黃瓜生產(chǎn)中，菌渣施用量每公頃40 t要比80 t效果更好一些[25]。此外，菌渣中的灰分含量過高也是需要考慮的，植物通常對鹽分比較敏感，大量菌渣施用會導致鎂缺乏，因為菌渣中鉀含量過高，對鎂有拮抗作用[26]。

此外，食用菌菌渣還可以用作二次栽培基質(zhì)，相較一般的栽培基質(zhì)，食用菌菌渣具有容重小、養(yǎng)分含量高、疏松且通氣性好的優(yōu)點，不僅能夠保證水分和空氣的供應，還能不斷釋放養(yǎng)分，促進作物根系生長，且能很好的緩解一般基質(zhì)中巖棉的污染性和草炭的不可再生性[3]。例如，以秸稈為基質(zhì)的平菇菌渣，輔以20%普通堆肥或葵花籽殼，可以用來生產(chǎn)姬松茸[27];韓建東等[28]將食用菌菌渣作為榆黃菇的栽培原料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在常規(guī)配方中加入30%～50%金針菇菌渣，雖對榆黃菇產(chǎn)量影響不大，但可明顯降低成本，加入40%真姬菇菌渣替代木屑，可以加速菌絲萌發(fā)、吃料和生長，降低污染率，明顯提高榆黃菇產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約成本。

2.3 生產(chǎn)新能源

食用菌菌渣中含有的剩余秸稈、木屑、玉米芯、糞便和酶解產(chǎn)生的纖維素等，均可作為乙醇和沼氣的發(fā)酵原料，推動了資源的可持續(xù)利用，并為人類帶來一定的經(jīng)濟效益[29]。Corrêa等[30]發(fā)現(xiàn)杏鮑菇（Pleurotus pulmonarius）基質(zhì)是易水解木質(zhì)纖維素的重要來源，說明食用菌菌渣為纖維素乙醇的獲得提供了經(jīng)濟前景。食用菌菌渣可作為生物乙醇生產(chǎn)的糖的主要來源。例如，雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）的菌渣包含30%的糖，其中大部分是由纖維素和其他葡聚糖（19%）和木聚糖（8%）組成[31]，經(jīng)過化學和酶促水解后釋放的木糖>40%，葡萄糖接近100%，因此，每克食用菌菌渣可釋放約300mg還原糖。此外，平菇（Pleurotus ostreatus）菌渣也是生物乙醇糖的主要來源，包含約40%的纖維素和20%的半纖維素[32]。據(jù)報道，1 g糖可以轉(zhuǎn)化為約0.5 g乙醇[33]，因此，以上示例中，1 t食用菌菌渣大約可生產(chǎn)150 kg乙醇。實際上，Ryden等[34]發(fā)現(xiàn)以高粱為培養(yǎng)料栽培的平菇菌渣每千克干重可產(chǎn)生187 g乙醇。虞志強等[35]研究了利用可再生纖維素類物質(zhì)生產(chǎn)乙醇的新型生物技術(shù)，明確指出這種技術(shù)不僅能解決菌渣的處理問題，還能提高乙醇的經(jīng)濟效益。汪金萍等[36]也對香菇菌渣生產(chǎn)酒精的工藝條件進行了優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)當菌渣添加量為23 g，酵母活化液添加量為11 g，pH為7，發(fā)酵時間為6 d時香菇菌渣生產(chǎn)酒精的效率最高。

2.4 生態(tài)環(huán)境修復材料

重金屬污染對環(huán)境和人體的危害巨大，其來源廣泛、不易降解且治理困難。化學吸附降解法不僅成本高且經(jīng)常會帶來二次污染，但以食用菌菌渣為代表的生物降解法不僅成本低廉、降解效果好，還達到了“以廢治廢”的效果，是不會產(chǎn)生二次污染的環(huán)境友好型方法。食用菌菌渣表面積大、微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達且富含有利于吸附重金屬元素的小分子物質(zhì)，具備廣泛利用和推廣的潛力[37]。劉健[38]研究了以香菇、金針菇和平菇菌糠作為吸附材料對水土環(huán)境中重金屬污染物鉻、鎘和鉛的修復，結(jié)果顯示幾種菌糠對Cr3+、Cd2+和Pb2+都具有修復能力，其中金針菇對Cr3+和Cd2+的修復效果最好，分別達到29.79%，81.17%，而平菇對Pb2+的修復效果最好，達到50.69%。Qu等[39]明確了生物吸附劑大表面積和孔隙體積，及其對金屬離子吸附的優(yōu)越性和經(jīng)濟環(huán)保的利用價值，進而研究了食用菌廢基質(zhì)（EFSS）、NaOH改性 EFSS、 EFSS生物炭和 EFSS堆肥4種食用菌廢基質(zhì)吸附劑對水中Pb（II）的吸附特性和機理，結(jié)果表明四種吸附劑對鉛的吸附均符合朗繆爾等溫線模型和準二級動力學模型。Frutos等[40]的研究也證實了雙孢菇和平菇菌渣對鎘、鉛、銅等重金屬的吸附潛力。

食用菌菌渣還具有吸附有機和無機污染物的能力，傳統(tǒng)吸附方法，如化學沉淀、離子交換和滲透作用等成本較高而且會造成二次污染，生物吸附劑的使用經(jīng)濟、安全，是一種較好的吸附方法。食用菌菌渣是天然的真菌蝕刻原料，具有疏松多孔的特性，并且食用菌生產(chǎn)過程中，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素均可轉(zhuǎn)化為有利于金屬離子吸附的小分子，因此，菌渣的這種特性可將其作為吸附劑進行再利用，達到“以廢治廢”的最佳效果[41-43]。Chen等[44]利用雞腿菇菌渣為原料，獲得了以微孔為主（76%）和天然氮摻雜的多級孔道，對二氯甲烷（DCM）和氯苯（CB）的最高吸附量達到716.9 ，641.7 mg·g-1，分別是炭的13，6倍。Cheng等[45]報道了利用食用菌菌渣合成多孔炭并成功應用于廢水處理。Li等[46]也證實食用菌菌渣制備的活性炭可高效吸附亞甲基藍和苯胺。劉連鑫等[47]優(yōu)化了食用菌渣活性炭制備條件后可有效提高其對亞甲基藍的去除特性。Wu等[48]首次采用靈芝菌渣作為生物吸附劑，可快速去除廢水中的孔雀綠、番紅花紅和亞甲基藍三種染料。

此外，食用菌菌渣所擁有的多種微生物還具有對土壤和水中存在的有機異源化合物進行生物分解的能力。因此，食用菌菌渣可以作生物修復劑。Ahlawat等[49]研究發(fā)現(xiàn)將蘑菇菌渣混合在含多菌靈、代森錳鋅的土壤中，1個月后殺菌劑的含量可降低一半。一些研究報道了可以利用食用菌菌渣產(chǎn)生胞外酶的方法來降解污染物，Chang等[50]通過對9種食用菌菌渣批量試驗發(fā)現(xiàn)，杏鮑菇菌渣對廢水中乙酰氨基酚和磺胺類藥物的去除率最高。

2.5 提取生物活性物質(zhì)

大多數(shù)關(guān)于食用菌生物活性物質(zhì)的研究都是通過子實體進行的[51-52]，但因食用菌菌渣中殘留大量的食用菌菌絲體，所以菌渣也是價值化合物的有效來源[51，53]。經(jīng)研究證明，食用菌菌渣中確實含有許多代謝物質(zhì)，如多糖、植物甾醇、三萜皂苷、肌酸等。這些物質(zhì)具有多種保健功能，如萜類、甾醇類具有抗病毒、抗腫瘤及調(diào)節(jié)酶活性等的作用，多糖類可以調(diào)節(jié)并提高免疫力、記憶力和抑制病菌的能力等[54-57]，對促進人體健康具有重要意義，所以其在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域均具備巨大的開發(fā)潛力。Wang[58]報道了食用菌副產(chǎn)物中富含的功能性多糖及其應用價值和功能，并提出了利用微波、超聲波、脈沖電場等多種新技術(shù)可以提高食用菌副產(chǎn)物多糖的提取率，從而提高了食用菌副產(chǎn)物的利用價值。Silva等[59]以平菇、茶樹菇、杏鮑菇菌渣為研究對象，通過試驗提出了從食用菌菌渣中生產(chǎn)富含麥角甾醇提取物的簡單有效方法，為麥角甾醇的大規(guī)模生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展提供了有力的保障。

此外，食用菌菌渣富含胞外酶，例如木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶和漆酶，菌渣中的酶經(jīng)回收提取后，可有效用于多環(huán)芳烴、石油烴、殺菌劑和農(nóng)藥等有機污染物的降解。因此，一些研究者已將食用菌菌渣作為木質(zhì)素分解酶的一種迅速可用且廉價的來源[60-61]。

3 食用菌副產(chǎn)物利用中存在的問題及展望

我國作為食用菌生產(chǎn)大國，每年產(chǎn)生的食用菌菌渣規(guī)模非常龐大，雖然目前對食用菌副產(chǎn)物的利用已經(jīng)開始多元化，但在利用過程中仍然存在一些問題：（1）食用菌及菌渣利用一體化產(chǎn)業(yè)鏈不夠完善，致使資源大量浪費，影響持續(xù)發(fā)展，并造成環(huán)境污染;（2）食用菌菌渣作為肥料、飼料和栽培原料再利用的機制尚不明確，有待深入研究，進一步完善;（3）食用菌菌渣的生物修復作用受到廣泛關(guān)注，應用范圍也越來越廣泛，但是關(guān)于食用菌菌渣吸附后的處理卻少有研究，菌渣吸附重金屬和染料后仍需要以適當?shù)姆绞教幚?，防止其毒性在環(huán)境中擴散。因此，對于食用菌副產(chǎn)物的綜合利用，還需不斷探索，深入研究。食用菌產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展、食用菌菌渣豐富的營養(yǎng)成分以及獨特的生物學性狀，都將會使合理利用食用菌菌渣資源成為未來的研究熱點。食用菌菌渣的綜合利用，不僅可根據(jù)地方特色將農(nóng)業(yè)、食用菌業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)有機地結(jié)合起來，使自然資源得以良性循環(huán)，確保資源利用的最大化，真正做到因地制宜，同時，也會為食用菌產(chǎn)業(yè)開拓新的領(lǐng)域，有利于食用菌產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，并有助于推動社會的可持續(xù)發(fā)展。

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