平菇培養(yǎng)料三次發(fā)酵技術(shù)初探

錢武兵 黃建春 王 倩 蔡斌強(qiáng) 仇陽(yáng)陽(yáng) 李寅輝 徐佳佳

（1上海聯(lián)中食用菌專業(yè)合作社，上海金山 201500；2上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所，上海奉賢 201400）

平菇在我國(guó)栽培面積廣，栽培技術(shù)成熟，產(chǎn)量高，是利用農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)食物的優(yōu)良食用菌品種[1]。國(guó)內(nèi)平菇栽培模式從早期易受污染的床式栽培，發(fā)展到目前普遍應(yīng)用的袋式栽培，最突出的問題是機(jī)械化程度較低，生產(chǎn)效率不高。以目前應(yīng)用最廣泛且機(jī)械化程度最高的發(fā)酵料袋式栽培為例。第一，在料袋和原料準(zhǔn)備、堆制發(fā)酵、裝袋滅菌、接種、菌絲培養(yǎng)、出菇管理、采收[2]整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，有許多重復(fù)性操作，如從裝袋滅菌到出菇管理環(huán)節(jié)，料袋需多次搬運(yùn)、碼放；裝袋滅菌至接種結(jié)束過程中，需重復(fù)對(duì)料袋進(jìn)行封口與開口。第二，高溫滅菌時(shí)料袋的數(shù)量常受滅菌設(shè)備規(guī)模的限制，且滅菌后的料袋需要較長(zhǎng)時(shí)間冷卻。所以，目前的栽培模式制約了平菇產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化與規(guī)模化發(fā)展。此外，依托于該模式下的平菇發(fā)酵料栽培技術(shù)在推廣應(yīng)用過程中也存在許多問題，如發(fā)菌期間培養(yǎng)料高溫導(dǎo)致燒菌、氨質(zhì)量濃度過高抑制菌絲生長(zhǎng)、料袋污染嚴(yán)重等。

近年來，中國(guó)已有多家雙孢蘑菇生產(chǎn)企業(yè)引進(jìn)荷蘭先進(jìn)的培養(yǎng)料三次發(fā)酵技術(shù)。三次發(fā)酵又稱“走菌”，是指將二次發(fā)酵制備的選擇性培養(yǎng)料，混入菌種后送入封閉式隧道進(jìn)行菌絲體繁殖。三次發(fā)酵時(shí)，雙孢蘑菇菌絲在精準(zhǔn)調(diào)控的隧道內(nèi)發(fā)菌，控制料溫24～27 ℃，氧氣體積分?jǐn)?shù)10%左右，經(jīng)過14～17 d，菌絲即可爬滿一整倉(cāng)的培養(yǎng)料。采用培養(yǎng)料三次發(fā)酵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是提高雙孢蘑菇產(chǎn)量，縮短栽培周期，保證發(fā)菌料的質(zhì)量并降低病蟲害侵染的風(fēng)險(xiǎn)[3-4]。

相對(duì)于雙孢蘑菇，平菇是木質(zhì)纖維素的初級(jí)分解者，但平菇菌絲適應(yīng)性強(qiáng)，可以利用更廣泛的富含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的農(nóng)副產(chǎn)品下腳料栽培，如棉籽殼、玉米芯及各種作物秸稈。據(jù)報(bào)道，平菇菌絲體生長(zhǎng)溫度為3～35 ℃，最適溫度為24～26 ℃[5]；pH為5～9，最適pH為5.5～6.5[6]。菌絲對(duì)二氧化碳不敏感，菌絲生長(zhǎng)階段不需要光照，且菌絲未成熟時(shí)不會(huì)扭結(jié)形成子實(shí)體[7]。平菇培養(yǎng)料含水量60%～65%為宜，出菇期可適當(dāng)補(bǔ)水提高培養(yǎng)料的含水量[2，8]。因此，平菇的生物學(xué)特性與雙孢蘑菇相似，為平菇培養(yǎng)料三次發(fā)酵提供可能性與操作空間。筆者借鑒雙孢蘑菇培養(yǎng)料一、二、三次發(fā)酵技術(shù)流程與工藝，以探索與開發(fā)平菇培養(yǎng)料三次發(fā)酵技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

主要原料：干麥草、新鮮雞糞、稻殼雞糞；輔料：過磷酸鈣、尿素、生石灰、石膏、杏鮑菇菌渣；菌種：平菇栽培種2005、2150、夏灰1號(hào)，由味之源菌業(yè)提供，均為棉籽殼菌種，打碎備用。

1.2 試驗(yàn)場(chǎng)地與儀器設(shè)備

試驗(yàn)在上海聯(lián)中食用菌專業(yè)合作社完成。一次發(fā)酵槽規(guī)格為40 m×9 m×9 m，二次發(fā)酵隧道規(guī)格為40 m×9 m×9 m，方艙式可移動(dòng)低壓發(fā)酵隧道規(guī)格為12.2 m×2.4 m×2.9 m[9]，三次發(fā)酵罐規(guī)格為π×（0.3 m）2×0.9 m。

主要儀器：NIRSTMDS2500F近紅外分析儀，瑞士萬通中國(guó)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 培養(yǎng)料三次發(fā)酵

將干麥草捆強(qiáng)制浸泡90～120 s后解捆建堆，根據(jù)麥稈蠟質(zhì)層厚度預(yù)堆4～5 d；混料前2 d，將雞糞、石膏、石灰等輔料均勻混合后預(yù)堆。

培養(yǎng)料一次發(fā)酵在一次發(fā)酵槽進(jìn)行。一次發(fā)酵第1天采用全自動(dòng)化皮帶式混料系統(tǒng)，將原材料與拌勻的輔料混合，使用頂端投料車在發(fā)酵槽分層水平進(jìn)料?；炝虾蟮?天進(jìn)行第1次轉(zhuǎn)倉(cāng)，第4天進(jìn)行第2次轉(zhuǎn)倉(cāng)，第6天進(jìn)行第3次轉(zhuǎn)倉(cāng)。一次發(fā)酵共持續(xù)12 d，期間每次轉(zhuǎn)倉(cāng)時(shí)適當(dāng)補(bǔ)水，將培養(yǎng)料含水量控制在74%～78%。一次發(fā)酵期間通過高壓鼓風(fēng)機(jī)間歇鼓風(fēng)，將料溫快速提升至75 ℃，然后將風(fēng)機(jī)開關(guān)頻率設(shè)定為開4 min關(guān)16 min，使料溫穩(wěn)定在75～80 ℃。

培養(yǎng)料二次發(fā)酵在二次發(fā)酵隧道或方艙式可移動(dòng)低壓發(fā)酵隧道完成。首先啟動(dòng)10 h左右的快速循環(huán)程序，將一次發(fā)酵培養(yǎng)料平均料溫降至45 ℃，料溫溫差控制在3 ℃以內(nèi)，然后以1.2～1.5 ℃/h的速度升溫，當(dāng)料溫達(dá)58 ℃后，維持8 h的巴氏殺菌，最后通過提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速將培養(yǎng)料料溫降溫至48 ℃，直至二次發(fā)酵第5天夜間降溫至25 ℃，待第6天播種。

培養(yǎng)料三次發(fā)酵在方艙式可移動(dòng)低壓發(fā)酵隧道內(nèi)或由三次發(fā)酵罐完成，發(fā)菌過程中由氣候控制系統(tǒng)維持料溫25～28 ℃，直至出料。

1.3.2 試驗(yàn)配方、播種量及菌種

表1中試驗(yàn)按時(shí)間順序依次進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間為2022年6月至2023年8月。處理①的二、三次發(fā)酵均在方艙式可移動(dòng)低壓發(fā)酵隧道進(jìn)行；處理②、處理③、處理④的三次發(fā)酵在方艙式可移動(dòng)低壓發(fā)酵隧道進(jìn)行；處理⑤、處理⑥、處理⑦的三次發(fā)酵在三次發(fā)酵罐進(jìn)行，具體試驗(yàn)配方、播種量和菌種見表1。

表1 平菇培養(yǎng)料三次發(fā)酵試驗(yàn)配方、播種量及菌種

1.3.3 菌絲恢復(fù)及出菇管理

平菇三次培養(yǎng)料出料后，裝入塑料袋（45 cm×45 cm）壓實(shí)，轉(zhuǎn)運(yùn)至菇房，袋口朝下放置，并在其上扎6～8個(gè)通氣孔，選擇幾袋插上溫度計(jì)。因?yàn)槿瘟铣隽蠒r(shí)，培養(yǎng)料中的菌絲被拉斷，恢復(fù)生長(zhǎng)時(shí)料溫會(huì)迅速升高，要尤其注意該階段（持續(xù)8 d左右）料溫的控制。當(dāng)料溫快速上升時(shí)，降低空氣溫度，使料溫維持在25～28 ℃；當(dāng)菌絲滿袋出現(xiàn)黃水時(shí)，每袋劃1～2處小口，然后噴水增濕，降溫，拉大溫差，提高新風(fēng)比例，催蕾。平菇原基形成后，根據(jù)菌種特性將空氣溫度調(diào)整至出菇溫度，空氣相對(duì)濕度控制為80%～90%。采收后，停水養(yǎng)菌4～6 d，再次轉(zhuǎn)入常規(guī)出菇管理；轉(zhuǎn)潮期間，對(duì)失水嚴(yán)重的打包料適當(dāng)補(bǔ)水。

1.3.4 考察內(nèi)容及方法

對(duì)發(fā)酵過程中培養(yǎng)料的理化參數(shù)進(jìn)行跟蹤，并統(tǒng)計(jì)發(fā)菌時(shí)間與出菇產(chǎn)量。

培養(yǎng)料取樣方法：進(jìn)料（出料）過程中，取發(fā)酵槽（隧道）總長(zhǎng)度的三分之一，二分之一以及三分之二的培養(yǎng)料充分混合。

圖1 平菇三次培養(yǎng)料裝袋栽培

培養(yǎng)料理化性質(zhì)測(cè)定方法：取部分充分混合的培養(yǎng)料，用剪刀將過長(zhǎng)的麥秸稈剪成小于2 cm的小段；將預(yù)處理的樣品按儀器使用規(guī)程裝入NIRSTMDS2500F近紅外分析儀的樣品杯中，裝樣量控制在100～150 g，360°旋轉(zhuǎn)測(cè)定，掃描8次；再換另一樣品杯，重復(fù)上述操作。經(jīng)處理共得16組理化數(shù)據(jù)，取平均值。

發(fā)菌時(shí)間統(tǒng)計(jì)方法：從播種至菌絲爬滿整個(gè)培養(yǎng)料用時(shí)，即發(fā)菌天數(shù)（d）=三次發(fā)酵結(jié)束日期-三次發(fā)酵開始日期。

產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)方法：隨機(jī)標(biāo)記5袋三次培養(yǎng)料，稱量質(zhì)量；并在出菇期間記錄標(biāo)記的每袋三次培養(yǎng)料所采收的平菇子實(shí)體質(zhì)量，即袋產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同發(fā)酵階段平菇培養(yǎng)料關(guān)鍵理化參數(shù)變化

測(cè)定不同發(fā)酵階段培養(yǎng)料的干物質(zhì)量、pH、灰分、總揮發(fā)性氮、含氮量、碳氮比，結(jié)果見圖2-7（其中灰分、總揮發(fā)性氮、含氮量為平菇培養(yǎng)料干物質(zhì)中的含量）。

圖2 不同發(fā)酵階段平菇培養(yǎng)料干物質(zhì)含量

總的來說，采用此套培養(yǎng)料發(fā)酵工藝流程，以一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、三次發(fā)酵結(jié)束當(dāng)天為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，所有處理平菇培養(yǎng)料發(fā)酵過程中關(guān)鍵理化參數(shù)的變化趨勢(shì)一致。需要指出的是，由于混料當(dāng)天，培養(yǎng)料混合尚不均勻，經(jīng)三次轉(zhuǎn)倉(cāng)后一次料才逐漸均勻穩(wěn)定，因此混料當(dāng)天的個(gè)別培養(yǎng)料樣品理化參數(shù)數(shù)值存在一定偏差。

在培養(yǎng)料發(fā)酵不同階段，各組別平菇培養(yǎng)料的干物質(zhì)含量均呈上升趨勢(shì)（圖2），即隨著發(fā)酵進(jìn)程培養(yǎng)料中的含水量不斷下降。除處理①外，其他處理平菇二次料的干物質(zhì)含量相近，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%～32%。三次發(fā)酵結(jié)束后，平菇三次料的干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%～43%，其中處理⑦干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為42.5%，可能原因是其在三次發(fā)酵時(shí)（2023年6月4日至2023年6月17日），鼓入的新風(fēng)較為干燥，導(dǎo)致培養(yǎng)料水分流失較多。

各處理平菇培養(yǎng)料的pH在培養(yǎng)料發(fā)酵過程中均呈下降趨勢(shì)（圖3）。一次至二次發(fā)酵結(jié)束，pH下降較小，二次料的pH為7.8～8.1，各處理間十分相近。三次發(fā)酵過程中，隨著平菇菌絲生長(zhǎng)，pH大幅降低，除處理⑦pH為5.6外，其他處理pH在6.1～6.8，處理⑦的pH最低，可能與其低含水量有關(guān)。

圖3 不同發(fā)酵階段平菇培養(yǎng)料pH

平菇培養(yǎng)料灰分含量在培養(yǎng)料發(fā)酵過程中不斷上升。至三次發(fā)酵結(jié)束，除處理①外，其他處理三次料灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在32%以上。處理①三次料灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，僅為26%（圖4），可能與該處理培養(yǎng)料未使用雞糞有關(guān)。

圖4 不同發(fā)酵階段平菇培養(yǎng)料灰分含量

所有處理平菇培養(yǎng)料中的總揮發(fā)性氮含量變化情況相似（圖5）。二次發(fā)酵結(jié)束后，除處理⑦[總揮發(fā)性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.36 mg/（100 g）]外，其他處理二次料中可揮發(fā)性氮接近于0，表明培養(yǎng)料中的氨氣排盡，可以正常播種。三次發(fā)酵完成后，培養(yǎng)料中的總揮發(fā)性氮含量略有上升，表明三次發(fā)酵過程中產(chǎn)生了一定量的銨根離子或者氨氣，這可能與平菇菌絲分解利用氮源物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)有關(guān)。處理⑦平菇三次料的總揮發(fā)性氮含量最高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.06 mg（/100 g）。

圖5 不同發(fā)酵階段平菇培養(yǎng)料總揮發(fā)性氮含量

由圖6可知，在培養(yǎng)料發(fā)酵進(jìn)程中，所有處理培養(yǎng)料的含氮量不斷上升。由于處理①配方中氮源物質(zhì)占比極小，所以整個(gè)發(fā)酵過程中其培養(yǎng)料含氮量低于其他處理，三次發(fā)酵結(jié)束時(shí)含氮量?jī)H為0.89%；而其他處理配方中的氮源比例相近，發(fā)酵過程中含氮量變化趨勢(shì)基本一致，二次料含氮量在1.8%～2.2%，三次料含氮量穩(wěn)定在2.1%～2.4%。

圖6 不同發(fā)酵階段平菇培養(yǎng)料氮含量

由圖7可知，在培養(yǎng)料發(fā)酵過程中，平菇培養(yǎng)料碳氮比不斷下降。由于處理①配方中含氮量低，所以整個(gè)發(fā)酵過程中其培養(yǎng)料碳氮比明顯高于其他處理，三次料碳氮比高達(dá)41.6。處理②、處理③、處理④、處理⑤、處理⑥、處理⑦碳氮比變化趨勢(shì)基本一致，二次發(fā)酵結(jié)束后培養(yǎng)料碳氮比略低于20，其中處理⑦最低，為14.8，三次料碳氮比穩(wěn)定在13～16。

圖7 不同發(fā)酵階段平菇培養(yǎng)料碳氮比

2.2 平菇培養(yǎng)料三次發(fā)酵發(fā)菌時(shí)間

試驗(yàn)比較了接種后平菇菌絲在培養(yǎng)料中的發(fā)菌時(shí)間（圖8）。使用平菇菌種2005，播種量為3%時(shí)，28 d完成發(fā)菌。使用平菇菌種2150，播種量為5%時(shí)，24～25 d完成發(fā)菌；播種量增加至20%時(shí)，僅需14 d菌絲即可爬滿整個(gè)培養(yǎng)料。使用菌種夏灰1號(hào)，播種量20%，在第13天即可完成發(fā)菌。結(jié)果表明：平菇2005、2150和夏灰1號(hào)3個(gè)菌種均可在平菇三次發(fā)酵培養(yǎng)料上正常發(fā)菌并吃料，且播種量越大，發(fā)菌時(shí)間越短。

圖8 不同處理的發(fā)菌時(shí)間

圖9 處理⑤三次發(fā)酵罐中發(fā)菌16 d菌絲狀態(tài)

2.3 產(chǎn)量

由表2可知，處理①、處理②、處理③、處理④、處理⑤、處理⑥的平菇三次料的生物學(xué)效率為49.5%～63.4%，其中處理⑤生物學(xué)效率最高，為63.4%，與處理②、處理③、處理⑥均存在顯著差異；處理②最低，為49.5%，但與處理①、處理③、處理⑥不存在顯著差異。除處理①與處理⑦（未采集到產(chǎn)量數(shù)據(jù)），其他處理二次料干物質(zhì)含量相近，處理⑤三次料干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，為30.1%，處理②最高，為35.9%。據(jù)此推測(cè)在一定范圍內(nèi)，三次料干物質(zhì)含量越低，生物學(xué)效率越高，這可能與三次發(fā)酵過程中水分損失程度有關(guān)。發(fā)酵中水分損失越少，表明發(fā)菌時(shí)隧道系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)多且充分。經(jīng)計(jì)算，平菇三次料總體生物學(xué)效率約為56%，對(duì)比發(fā)酵熟料或熟料袋栽技術(shù)（以棉籽殼為主料，生物學(xué)效率可達(dá)100%），其生物學(xué)效率明顯偏低，其原因可能是以干麥草作為主料，出菇后期營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足。

表2 各處理平菇三次料產(chǎn)量與生物學(xué)效率

除處理⑦外，其他處理均有出菇，表明播種時(shí)采用合適的菌種，平菇三次發(fā)酵技術(shù)可支持平菇生產(chǎn)。

處理⑦三次發(fā)酵時(shí)可正常發(fā)菌，出料菌絲拉斷后亦可以正常恢復(fù)，但遲遲未扭結(jié)出菇，之后菌絲開始衰敗，這可能與其三次料的碳氮比過低和pH過低有關(guān)，影響了其向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。

3 小結(jié)與討論

試驗(yàn)表明平菇培養(yǎng)料三次發(fā)酵的可行性，且選用合適的菌種時(shí)，平菇培養(yǎng)料三次發(fā)酵技術(shù)支持平菇周年生產(chǎn)。三次發(fā)酵取代袋栽接種后的發(fā)菌過程，提高生產(chǎn)效率及培養(yǎng)料的穩(wěn)定性。主要體現(xiàn)在：第一，節(jié)省袋栽培養(yǎng)料高溫滅菌后的冷卻時(shí)間；第二，先發(fā)菌再裝袋，避免重復(fù)開口與封口的麻煩；第三，在發(fā)酵隧道或者設(shè)備內(nèi)菌絲萌發(fā)及生長(zhǎng)更容易同步；第四，發(fā)菌料裝袋的過程會(huì)將菌絲拉斷，菌絲恢復(fù)后更加健壯，有利于出菇產(chǎn)量提高。

試驗(yàn)部分培養(yǎng)料為雙孢蘑菇生產(chǎn)用培養(yǎng)料，并不能充分滿足平菇的營(yíng)養(yǎng)需求，后續(xù)將進(jìn)行配方試驗(yàn)，同時(shí)，同步篩選更適合三次發(fā)酵的平菇菌種，優(yōu)化發(fā)酵過程及栽培技術(shù)，提高平菇的產(chǎn)量。

平菇培養(yǎng)料三次發(fā)酵技術(shù)的開發(fā)與完善，將會(huì)使平菇生產(chǎn)更有利于機(jī)械化，節(jié)省大量的勞力；并且，發(fā)菌在隧道中完成，提高菇房的周轉(zhuǎn)利用率。此外，后續(xù)可以借鑒雙孢蘑菇打包料模式，形成一個(gè)規(guī)模較大的集中料場(chǎng)，建立集中料場(chǎng)輻射多個(gè)菇廠的新型產(chǎn)業(yè)模式或布局，促進(jìn)平菇生產(chǎn)模式的創(chuàng)新。