高效瞬時滅菌技術(shù)對平菇栽培基質(zhì)的影響

摘" " 要：為了深入探究高溫瞬時滅菌技術(shù)對平菇栽培基質(zhì)的影響，并尋求最佳平菇原料處理工藝，采用自制螺桿對平菇栽培原料進(jìn)行高溫瞬時滅菌處理。利用傅里葉紅外光譜儀和X射線衍射儀對處理后的基質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以木質(zhì)纖維素各組分含量為指標(biāo)，比較了處理前后平菇栽培原料的營養(yǎng)組分變化，同時，還評估了持水力、容重和比孔隙率等物理性質(zhì)。結(jié)果表明，經(jīng)過高溫瞬時滅菌處理后，平菇栽培料在紅外光譜分析中顯示化學(xué)組成未變，但組分含量有變化；X射線衍射分析顯示其結(jié)晶度增加。此外，處理后的持水力提升至3.76 g·g-1，較之前增加了72%，比孔隙率也增至6.31 g·mL-1，較之前增加了30%，同時，容重及溶脹也均有顯著變化。在營養(yǎng)組分方面，纖維素和木質(zhì)素含量（w，后同）分別由31.79%、12.02%降至29.22%、9.95%。表明高溫瞬時滅菌技術(shù)改善了平菇栽培料的結(jié)構(gòu)特性，研究結(jié)果為更好地利用栽培料提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：平菇栽培料；高溫瞬時滅菌；分解；改性

中圖分類號：S646.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）07-144-05

Effect of high-efficiency instant sterilization technology on the substrate of Pleurotus ostreatus cultivation

XU Fangfang， LIU Li’na， LI Shunfeng， CUI Guomei， WANG Anjian

（Research Center of Agricultural Products Processing， Henan Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou 450002， Henan， China）

Abstract： In order to explore the impact of high-temperature instantaneous sterilization technology on the substrate of Pleurotus ostreatus cultivation， and seek better processing technology for its raw materials， this study used self-made screw to carry out high-temperature instantaneous sterilization treatment on its cultivation raw materials. Fourier transform infrared spectrometer and X-ray diffractometer were used to analyze the structure of the treated substrate. The changes of nutritional components of P.ostreatus cultivation raw materials before and after treatment were compared by using the content of lignocellulose components as indicators. At the same time， the changes of physical properties such as water holding capacity， bulk density and specific surface area were also evaluated. The results showed that after high-temperature instantaneous sterilization treatment， the chemical composition of P. ostreatus cultivation materials did not change in infrared spectroscopy analysis， but the content of its components changed. X-ray diffraction analysis showed that its crystallinity increased. In addition， the water holding capacity after treatment increased to 3.76 g·g-1， an increase of 72% compared with before， and the specific surface area increased to 6.31 g·mL-1， an increase of 30%. At the same time， bulk density and swelling also changed significantly. In terms of nutritional components， the content of cellulose and lignin decreased from 31.79%， 12.02% to 29.22%， 9.95% respectively. These results indicated that high-temperature instantaneous sterilization technology improved the structural characteristics of P. ostreatus cultivation materials， which provides a theoretical basis for better utilization of cultivation materials.

Key words： Mushroom cultivation materials; High-temperature instant sterilization; Decomposition; Modification

平菇為側(cè)耳科側(cè)耳屬的一種食用菌，因其味道鮮美[1]和營養(yǎng)價值豐富而受到廣泛歡迎。作為高蛋白[2]、低脂肪的食品，平菇還含有多種功能性成分和藥理成分，使其在健康飲食中具有重要地位。平菇在我國有悠久的栽培歷史，早在南宋時期，陳玉仁在《菌譜》中就有關(guān)于平菇的記載[3]，目前是我國種植量、產(chǎn)量都較高的食用菌之一，分布范圍也相當(dāng)廣泛[4]。然而，隨著人們對健康飲食的追求和對食用菌需求的日益增長，對平菇栽培技術(shù)的研究顯得尤為重要。傳統(tǒng)的平菇栽培主要采用生料、熟料和發(fā)酵料三種方式。盡管這些方法在一定程度上能夠滿足生產(chǎn)需求，但仍然存在一些問題，如發(fā)酵料會導(dǎo)致子實體的品質(zhì)和產(chǎn)量降低[5]，生料栽培容易感染雜菌[6]，而熟料栽培基質(zhì)的營養(yǎng)損失較大[7]。因此，尋求一種新型的平菇栽培料處理技術(shù)成為了當(dāng)前研究的重點(diǎn)。近年來，研究者們開始關(guān)注平菇栽培料的替代原料和新的處理技術(shù)。例如，史紅鴿等[8]利用羊肚菌營養(yǎng)袋廢料替代部分棉籽殼、玉米芯，為平菇栽培提供了新的原料來源；賀望興等[9]研究茶枝屑栽培平菇，進(jìn)一步擴(kuò)大了其栽培原料的范圍；文晴等[10]通過添加金針菇菌糠，為平菇的栽培提供可行的營養(yǎng)來源。然而，這些研究仍存在一些局限性，例如替代原料的可用性和處理技術(shù)的穩(wěn)定性等問題。針對以上問題，筆者采用雙螺桿擠壓技術(shù)對平菇栽培料進(jìn)行處理，該技術(shù)能夠在短時間內(nèi)使栽培料迅速升溫，并在瞬時高溫高壓和機(jī)械剪切力的共同作用下，改變纖維間的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)。通過測定處理前后平菇栽培料的理化性質(zhì)和分子結(jié)構(gòu)，深入探究高溫瞬時滅菌處理對平菇栽培料的影響，以期為優(yōu)化栽培技術(shù)、提高產(chǎn)量和品質(zhì)提供新的思路和方法。

1 材料與方法

1.1 材料及配方

平菇栽培料的配方按照玉米芯74%、棉籽殼18.5%、麩皮5.6%、石灰1.9%的質(zhì)量比混合，含水量65%。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2023年4月在河南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究開發(fā)基地進(jìn)行。將攪拌均勻的培養(yǎng)料用自制的雙螺桿擠壓機(jī)進(jìn)行高溫瞬時滅菌，設(shè)置為：螺桿電機(jī)頻率21 Hz，喂料電機(jī)頻率27 Hz，以及加熱區(qū)溫度分別為Ⅰ區(qū)90 ℃、Ⅱ區(qū)140 ℃、Ⅲ區(qū)162 ℃和Ⅳ區(qū)130 ℃。將處理后的原料裝袋，每袋裝料（1250±50） g。對處理前后的培養(yǎng)料隨機(jī)取樣，并進(jìn)行烘干粉碎處理，然后進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 木質(zhì)纖維素含量的測定 根據(jù)Vansoest[11]的方法，對木質(zhì)纖維素各組分含量進(jìn)行測定。準(zhǔn)確稱取1 g樣品置于250 mL三角瓶內(nèi)，加入100 mL的中性洗滌劑，短時間內(nèi)將其煮沸，并一直保持煮沸狀態(tài)60 min，再用玻璃坩堝進(jìn)行沖洗抽濾，酸性洗滌纖維含量的測定與中性洗滌纖維含量的測定方法相同，把酸性洗滌纖維代替中性洗滌纖維即可。再采用72%的濃硫酸水解法[12]，測定樣品中的酸性洗滌纖維的木質(zhì)素含量，最后用灰化爐500 ℃灰化3 h，通過計算得到樣品中木質(zhì)纖維素各組分的含量。

1.3.2 傅里葉紅外光譜掃描 稱取0.01 g樣品粉末與2 g溴化鉀進(jìn)行充分研磨，然后壓片，進(jìn)行紅光光譜掃描，波數(shù)范圍設(shè)置在400～4000 cm-1，掃描次數(shù)64次，分辨率為4 cm-1[13]，每份樣品進(jìn)行3次掃描，對所得光譜進(jìn)行歸一化和自動平滑處理[14]。

1.3.3 理化性質(zhì)的測定 容重、溶脹和比孔隙率的測定：稱取2 g未粉碎的樣品（W），置于50 mL的帶刻度試管內(nèi)，搖晃震動，盡量讓樣品之間沒有空隙，記錄樣品的體積（V），向試管內(nèi)加入32 mL的生理鹽水（V0），室溫放置24 h，中間將氣泡全部排出，記錄混合液的容積（Vm）[15]。

容重/（g·mL-1）=W/V；

溶脹/（mL·g-1）= Vm/W；

比孔隙率/（mL·g-1）=[V-（Vm-V0）]/W。

持水力的測定：稱取3 g樣品于60 mL坩堝內(nèi)，加入0.9%的氯化鈉溶液，37 ℃恒溫浸泡2 h，結(jié)束之后抽濾2 min，稱質(zhì)量記錄數(shù)據(jù)（Wwet），然后將濕樣105 ℃烘干4 h，冷卻之后稱質(zhì)量（Wdry）。

持水力/（g·g-1）=（Wwet-Wdry）/Wdry。

1.3.4 X射線衍射 分別稱取平菇栽培原料和經(jīng)過高溫瞬時滅菌處理后的栽培料粉末樣品，平鋪在XRD樣品板上，進(jìn)行掃描。以銅靶為測試靶材，以5°·min-1的速率進(jìn)行掃描，衍射角的掃描范圍是5°～50°。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010及SPSS 25.0進(jìn)行單因素方差分析，采用Excel 2010進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 平菇栽培料處理前后木質(zhì)纖維素含量的變化

由表1 可知，原料中的纖維素和木質(zhì)素含量分別為31.79%、12.02%，經(jīng)過處理后其含量又分別顯著降低至29.22%、9.95%，說明經(jīng)過高溫瞬時處理，部分纖維素和木質(zhì)素可能發(fā)生降解或轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致其含量相對原料有所降低。原料中半纖維素含量由35.78%降至34.80%，變化不顯著，表明處理對半纖維素的影響較小，可能是半纖維素相對穩(wěn)定，不宜受到處理過程中的高溫和機(jī)械剪切力的影響，因此含量變化不明顯。綜上所述，平菇栽培料經(jīng)過處理后，木質(zhì)纖維素各組分含量均降低，有助于進(jìn)一步了解該處理對平菇栽培料的影響。

2.2 傅里葉紅外光譜分析結(jié)果

如圖1所示，平菇栽培料高溫瞬時滅菌處理前后的紅外光譜相似，特征吸收峰位置大致相同，說明高溫瞬時滅菌未改變其內(nèi)部基本化學(xué)組成，也未產(chǎn)生新的基團(tuán)[16]。在光譜3723 cm-1、2924 cm-1、1630 cm-1處分別出現(xiàn)-OH、-CH和-CO基團(tuán)的伸縮振動，在光譜指紋區(qū)800～1800 cm-1范圍內(nèi)吸收峰，主要來自于木質(zhì)纖維素成分官能團(tuán)的振動[17]，1514 cm-1處的吸收峰是木質(zhì)素中芳香環(huán)碳骨架和C=O鍵振動引起的，在1427 cm-1處的吸收峰是纖維素和木質(zhì)素-CH2振動引起的，在1384 cm-1處的吸收峰是木質(zhì)素中的-CH、-CO鍵振動，在1252 cm-1處的吸收峰是半纖維素或者木質(zhì)素中的酰氧鍵CO-OR和苯環(huán)-氧鍵的伸縮振動引起的，在1042 cm-1處的吸收峰是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素中的C-O鍵的振動和C-H鍵的變形引起的。平菇栽培料經(jīng)過高溫處理后，其紅外光譜上顯示出多個波數(shù)位置上的吸光度增強(qiáng)，這一變化可能與處理過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和組分降解有關(guān)，隨著這些組分的降解，其中的化學(xué)鍵可能會被拉扯或分解，進(jìn)而影響其在紅外光譜上的吸收峰。

2.3 平菇培養(yǎng)料處理前后物理性質(zhì)的變化

從表2可以看出，平菇栽培料高溫瞬時滅菌處理前后的容重、比孔隙率、溶脹和持水力均有變化，且各自的組內(nèi)含量變化存在顯著差異。平菇栽培原料的容重為0.14 g·mL-1，較處理后的容重（0.18 g·mL-1）低22%，原料的比孔隙率為6.31 g·mL-1，較處理后（4.85 g·mL-1）的高30%，表示栽培料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了收縮。溶脹是樣品經(jīng)過24 h浸泡之后單位干物質(zhì)占有的體積，經(jīng)過處理后的溶脹比之前的降低了40%，持水力增加了72%，可能是高溫瞬時滅菌處理改變了栽培料的形態(tài)結(jié)構(gòu)，這一變化可能會對后期的菌絲生長提供更適宜的條件，以提高生物學(xué)效率。

2.4 X射線衍射分析結(jié)果

由圖2可知，平菇栽培料高溫瞬時滅菌處理前后的衍射圖大致相似，衍射峰的位置無明顯差異，但峰的相對強(qiáng)度發(fā)生了變化。經(jīng)過高溫瞬時滅菌處理后的栽培料衍射峰的相對強(qiáng)度高于未處理的栽培料，這表明其晶體結(jié)構(gòu)的有序程度有所提高，即結(jié)晶度有所增加。處理前后的栽培料在26.7°和29.5°存在2個主要衍射峰，在34.8°和39.4°存在2個次要衍射峰，說明高溫瞬時滅菌處理沒有改變栽培料的晶體結(jié)構(gòu)類型。與未處理的平菇栽培原料相比，高溫瞬時滅菌處理后的衍射峰更為尖銳，這意味著晶體尺寸增大或晶體缺陷減少，從而提高了結(jié)晶度。此外，處理后的衍射峰尖銳度增加可能與木質(zhì)纖維素在高溫處理過程中的水解有關(guān)，這可能導(dǎo)致非結(jié)晶區(qū)域的比例減少，結(jié)晶區(qū)域的比例增加。

3 討論與結(jié)論

通過利用自制螺桿擠壓機(jī)對平菇栽培料進(jìn)行高溫瞬時滅菌處理，深入探究了高溫瞬時滅菌處理對其內(nèi)部化學(xué)成分的影響。研究發(fā)現(xiàn)高溫處理能夠有效降低木質(zhì)纖維素各組分的含量，這與果禹鑫[18]對桃木屑中木質(zhì)纖維素降解的研究以及孫軍濤等[19]對玉米芯的研究結(jié)果一致。該處理還改變了栽培料的結(jié)構(gòu)形態(tài)，使其更加松散多孔，這與靳榮線等[20]的研究結(jié)果粒徑在0.2～1.5 cm之間的玉米芯效果最佳相吻合。孔維麗等[21]研究也發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)料粒徑越小，平菇栽培期間越不易出現(xiàn)燒菌、感染雜菌現(xiàn)象，且生物學(xué)效率較高。然而，試驗中可能存在誤差和局限性，例如處理過程中可能存在溫度不均勻的問題，這可能會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了解決這個問題，筆者建議在未來研究中優(yōu)化處理過程，以提高溫度控制的準(zhǔn)確性。

該技術(shù)的應(yīng)用不僅降低了木質(zhì)纖維素各組分的含量，還改變了栽培料的結(jié)構(gòu)形態(tài)。這些結(jié)果表明，高溫瞬時滅菌技術(shù)為平菇栽培料處理提供了一種新的有效手段，有望為今后平菇栽培技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

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收稿日期：2023-08-31；修回日期：2024-01-22

基金項目：河南省重點(diǎn)研發(fā)專項（231111112500）；河南省科技攻關(guān)計劃項目（232102110278，242102111068，242102110348）；河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊專項（2024）；河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主創(chuàng)新項目（2023ZC079）

作者簡介：許方方，女，助理研究員，主要研究方向為農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工。E-mail：765758937@qq.com

通信作者：王安建，男，研究員，主要研究方向為農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工。E-mail：jgs1525@126.com