食用菌工厂化生产的关键技术及其研发方向

边银丙

（华中农业大学应用真菌研究所，武汉 430070）

食用菌工厂化生产的关键技术及其研发方向

边银丙

（华中农业大学应用真菌研究所，武汉 430070）

从木腐型食用菌工厂化生产中液体菌种生产、配料、拌料、装瓶、灭菌、冷却、接种、发菌、搔菌、出菇管理等10个环节，结合每个环节的设备和设施，综述食用菌工厂化生产中的关键技术及环境控制，并讨论我国食用菌工厂化生产技术的研发方向。

食用菌；液体菌种；发菌；出菇管理；设备与设施

2008年以来我国食用菌工厂化生产进入了快速发展时期，据中国食用菌协会调查，2009年全国有食用菌工厂化生产企业246家，2010年增加到443家，2011年达到652家。2011年全国工厂化食用菌日产量达到3 183.1吨，比2010年的1 712.8吨增长了85.8％；年产量达到99.04万吨，比2010年增长了52％。

我国中小型食用菌工厂化企业属于机械化设施栽培模式，一般采用半机械半人工拌料、装瓶（袋）和灭菌，采用空调、抽风机和加湿器等设施控制栽培环境，属于工厂化生产的初级阶段；现代食用菌工厂化企业早期引进国外生产设备和技术，现已逐步实现国产化，实现了机械化拌料、装瓶、灭菌和搔菌，菌瓶依靠传送带自动运输，出菇环境实现自动化、智能化控制。

1 液体菌种生产的关键技术

相比固体菌种，液体菌种在食用菌工厂化生产中具有明显的优势。液体菌种生产能显著缩短菌种培养周期，提高生产效率，降低菌种污染率及生产成本；接种后菌种与培养料接触面广，萌发点多，萌发快，可以缩短栽培瓶发菌时间，提高出菇整齐度和出菇质量，能显著提高经济效益。目前的液体菌种应用得到广泛认可，在韩国99％的金针菇工厂化生产企业采用液体菌种生产，大部分杏鲍菇工厂化生产企业也已采用液体菌种[1]，日本应用更为广泛。影响液体菌种质量的主要因素有试管种质量、液体发酵设备和发酵工艺。

1.1 试管种质量 在食用菌工厂化生产中，试管菌种频繁扩大繁殖，容易引起菌种退化，导致菌丝活力减弱，液体发酵时菌丝含量降低，菌丝球形态出现异常变化；接种后菌丝萌发慢，发菌速度及子实体产量降低，农艺性状发生变异，严重影响产品产量和质量。需要对已有优良菌种采用超低温液氮保藏，对已有栽培品种进行提纯复壮，并不断研发性状优良的新品种，保证菌种种性稳定及性状优良。

1.2 液体发酵设备 食用菌液体菌种发酵设备一般采用气升式液体发酵罐，主要由发酵罐和空气干燥净化系统两部分组成。在生产液体菌种时，需要配置控制温度、pH值和通气量的辅助系统，以及配套的发酵罐灭菌锅。要根据生产规模和生产条件，选择规格、容量适宜的液体发酵罐。发酵设备的密封性是决定发酵污染率高低的重要因素，必须经常注意设备保养和维修。

1.3 发酵工艺 发酵工艺要保证生产出的液体菌种菌球小、菌丝含量高和活力强。影响液体菌种质量的主要因素有培养基种类、温度、pH、通气量、接种量、菌龄等。需要根据各个栽培品种的情况，摸索出合适的发酵工艺参数。液体菌种发酵阶段，要定时取样检测pH、菌丝含量等指标，监控液体菌种生长情况。

（1）接种量。提高接种量可以减少发酵时间，但会增加菌种的使用量，增加成本投入和发酵罐污染风险，一般根据生产条件选用0.1％～0.5％的接种量。液体菌种生产时，增加菌丝球数量，降低菌丝球直径，接种时菌丝球才不易堵塞接种机喷头，而且有利于菌液的均匀喷洒，增加其与培养料的接触面积，提高菌丝体在培养料表面的封面速度，减少菌瓶污染。

（2）温度、pH及通气量。适当提高温度能加速菌丝的生长，但温度过高又容易引起菌丝老化。pH值会影响发酵时菌丝球的大小和个数，在合适的pH范围内，随着pH值升高，一般会引起菌丝球增大，个数减少。通气不仅为菌丝生长提供氧气，而且能对菌丝进行搅拌和剪切，剪切力的大小随通气量的增加而升高。因此，通气量大小又会影响菌丝球大小和菌液粘稠度。通气量过小，易产生较大的菌丝球，造成接种机喷头堵塞和接种不均匀；通气量过大，易产生大量的菌丝片段，不仅增加菌液的粘稠度，降低其在栽培瓶中的流动性，而且造成菌丝萌发力差，不利于发菌，且会增加发酵罐污染的风险。

（3）菌龄。在发酵罐中菌种发酵周期即菌龄，菌龄选择要综合考虑菌丝含量和菌丝活力两个因素；菌丝活力主要考虑其胞外酶活性，特别是有重要影响的胞外酶，如纤维素酶等。液体发酵时，菌丝含量最高和菌丝活力最大之间，一般存在一定的时间差。菌丝含量一般选择0.10～0.15 g/mL，可以相同接种量时栽培瓶完成发菌的时间，作为菌龄选择的参考依据。

（4）发酵工艺参数。目前国内企业对液体菌种的发酵工艺已经进行广泛的研究。王桂金等以黄豆粕10 g/L、蔗糖30 g/L、K2P041 g/L、MgS040.5 g/L作为金针菇液体菌种培养基，研究表明，在培养温度(20±1)℃、接种量0.5％、初始pH 5～6、通气量1∶0.8、培养周期6～7天时，适合金针菇工厂化生产液体菌种工艺要求[2]。王稳通过金针菇液体发酵试验，发现适合金针菇的培养基配方为：玉米粉3％，葡萄糖2％，麸皮2％，蛋白胨0.3％，硫酸镁0.05％，磷酸二氢钾0.05％，维生素B 0.05％，豆油0.03％［3］。

2 栽培瓶中菌丝培养的关键技术

2.1 培养料配制 食用菌工厂化生产常用的原料有木屑、玉米芯、甘蔗渣、米糠、棉籽壳、酒糟、麸皮、玉米粉等。除木屑外，一般采用新鲜原料，部分原料还要有适宜的颗粒度，以保证培养料含水量和通气性，如将玉米芯一般粉碎成直径0.3～0.5 cm的颗粒。原料应注意储藏条件，保证不霉烂变质。培养料中各种营养物质的比例是影响菌丝生长的重要因素，应根据各原料提供的营养成分，按照适当的比例配制。工厂化生产要尽量提高第一潮菇的产量，配方中米糠、玉米粉、麸皮等所占比例应高于常规栽培，一般为30％～40％[4]。栽培原料的生长季节不同、产地环境不同等因素，也会对原料质量产生影响。一般需要有固定的进货渠道和严格的原材料质量标准，并需根据具体情况做适当的调整。

确定适宜的培养料初始水分含量和pH值，不仅需要考虑食用菌不同品种对水分含量和pH值的要求，还要考虑不同的原料、配方、培养瓶型号、灭菌工艺、培养瓶在灭菌锅的位置、冷却条件等因素对灭菌前后培养料水分和pH值的影响。培养料的pH值一般采用碳酸钙和氧化钙调节。

2.2 拌料 拌料要将原料搅拌均匀，使营养成分和水分在培养料中分布均衡，以便菌丝生长整齐。在拌料时，要根据各种原料的性质，采用合适的加料顺序，以利原料混合均匀。工厂化生产一般采用大型搅拌机，拌料时先将辅料与一部分主料混匀后，再与其他主料充分混合；对于易溶于水的辅料，一般先将其溶入水中，再将溶液加入到培养料中。

2.3 装瓶 配料与拌料结束后，要尽快完成装瓶和灭菌，避免微生物大量繁殖引起培养料发酵酸败。装瓶一般采用自动装瓶机，装瓶前先将栽培瓶装入塑料筐，通常每筐16瓶。栽培瓶一般采用聚丙烯（PP）塑料瓶，规格有850 mL、1 100 mL、1 400 mL等。塑料瓶和塑料筐要选择抗压、高温时不易软化变形的材料。装料后采用打孔机打孔，同时完成栽培瓶压盖。打孔可以采用在瓶中央打1个大孔，周围4～6个小孔，或者4个大孔等方式，以增加菌丝接种面和萌发点。装瓶结束后，一般料面距离瓶口为10～15 mm。机械操作手将塑料筐装到灭菌台车上，进入灭菌锅。

2.4 灭菌 通常采用大型食用菌专用灭菌器，进行高压蒸汽灭菌。前期需要通入热蒸汽，排出灭菌器中冷空气后逐步升温。灭菌一般采取121 ℃保温1.5小时左右。灭菌结束后，停止通入热蒸汽，迅速降温降压。待灭菌器气压降到零后，打开灭菌器排气；待温度降至80 ℃以下时，将载有栽培瓶的灭菌台车推入冷却室降温。高温灭菌不仅可以杀死培养料中的微生物，还能降解培养料中的纤维素、半纤维素等大分子物质，以利于菌丝的分解与吸收。

2.5 冷却 冷却室空气的洁净度要求较高，一般采用臭氧灭菌。臭氧灭菌既有较好的灭菌作用，又可避免采用化学药剂灭菌引起产品潜在的质量安全隐患。菌瓶冷却时还应通入洁净空气维持一定的正压，避免微生物从冷却室外部进入，污染培养料。栽培瓶一般先置于预冷室，再转入冷却室。工厂化生产产量大，而且一般当天灭菌，第2天接种。因此冷却室要采用强制冷却。预冷室采用1万级新风将菌瓶降温至35 ℃以下，再在冷却室用制冷机强制降温达到接种所需温度。减少冷却时间，有利于降低污染[4]。栽培瓶一般在25 ℃以下才能接种，但温度也不能过低，最好能与培养室温度相近，一般选择15～20 ℃。

2.6 接种 液体菌种达到接种要求后，应及时用于接种，一般采用液体菌种接种机。接种量多少应根据栽培瓶的型号确定，要以能覆盖瓶口表面和孔为宜，通常850 mL的栽培瓶接15～18 mL。接种时，通过控制接种机的接种压力和接种时间，以调节接种量和菌种覆盖面积，使菌种均匀覆盖整个瓶口料面，从而加快料面封口速度，减少杂菌污染，增加发菌时栽培瓶菌丝生长整齐度。接种间要保持良好的洁净度，除了需要用臭氧消毒外，接种机小环境内还要设置层流罩，保持接种机周围存在正压，局部空气洁净度达到100级，尽最大可能降低污染的几率[5]。

2.7 发菌管理 发菌培养室一般分大型培养室和小型培养室两种。大型培养室成本低，但由于不同接种时间栽培瓶混合放置和连续培养，使培养室彻底消毒存在一定难度，增加污染的风险，而且菌丝处于不同生长时期，栽培瓶中菌丝生长产生的热量存在差别。为避免高温“烧菌”，大型金针菇培养室温度一般控制在较低温度（13～15 ℃），但不利于菌种早期的生长。小型培养室可以将不同接种时期的栽培瓶采用不同温度控制，分别培养，使菌丝在适宜温度条件下生长，加快发菌速度，也容易进行室内环境彻底消毒，减少污染的风险，但成本高于大培养室。

培养室中影响发菌质量的关键因素是温度和通风量。培养室栽培瓶摆放时选择合适的间距，加强培养室的空气流通，增加通风量，既可以保证发菌时氧气供应，又能加快栽培瓶的散热。由于菌丝生长会产生热量，因此需要及时调节培养室中的温度。小培养室最好能使料温保持合适的温度，一般金针菇选择20～23 ℃，大培养室温度一般选择不引起各个批次菌瓶“烧菌”的最高温度。

3 搔菌与出菇管理关键技术

3.1 搔菌 搔菌包括搔菌、冲洗和注水3个环节，可促使出菇及出菇整齐。搔菌深度一般为10 mm左右，应注意搔菌深度是以装瓶时的料面为标准，而不是以瓶口菌丝表面为标准。搔菌后，料面距离瓶口约为20～25 mm。一般采用栽培瓶侧翻或倒置搔菌，结束后立即用一定强度的水冲洗，去掉菌瓶瓶口及培养料表层的菌丝残渣。

在发菌阶段，栽培瓶中水分会随着培养料的分解而增加。金针菇在接种时培养料中水分含量一般为63％～65％，搔菌前水分含量会增加到68％～70％。由于培养料中水分过低会影响出芽率，一般金针菇搔菌后需要注水以增加出芽率，而杏鲍菇则不注水以减少出芽数量。注水可通过配套的液体菌种接种机进行。搔菌结束后，栽培瓶应立即转移到经消毒的出菇房（生育室）内进行出菇管理。栽培瓶在出菇房要经历菌丝恢复期、催蕾期和抑制期几个阶段，出菇管理主要包括温度、空气湿度、通风和光照4个方面，通过自动化控制系统进行控制。

3.2 菌丝恢复期 一般金针菇栽培瓶转移到出菇房后的1～5天是菌丝恢复期。在此期间不需要光照，温度应控制在15～17 ℃，常换气通风，保持室内足够的氧气浓度；湿度控制在95％～100％，保持料面和地面湿润，如料面干燥，可适度补水。

3.3 催蕾期 催蕾期是从料面出现大量原基，至菇芽生长至0.5 cm之前的一段时间，一般为第6～10天。在此期间，不需要光照，出菇房开始缓慢降温，一般每天降低1 ℃左右；空气湿度控制在88％～95％，地面保持微湿，以防止料面干燥导致原基脱落；如果小芽出现吐水现象，则适当降低空气湿度；减少通风量，提高室内二氧化碳浓度。

3.4 抑制期 催蕾期结束到采收前为抑制期，一般为菌瓶移入菇房后的第10～20天，主要目的是提高金针菇品质。当金针菇子实体长到0.5 cm时，开始降温抑制，此时适当提高空气湿度，保持小芽不干燥；当金针菇长到瓶口时，根据子实体生长情况，降温至3～5 ℃，并通过光抑制和通风来控制子实体整齐度和菇盖大小，抑制金针菇过快生长。 当金针菇菇盖达3～4 mm时，开始包胶片（套筒），此后保持菇房处于黑暗条件，并可以根据情况升温1～2 ℃。包胶片后金针菇会出现长势不整齐，可通过间断性光照控制整齐度；当出现菇盖过湿产生水渍状斑点时，可适当增加通风，降低湿度。当发现子实体或者菌瓶表面出现杂菌或病菌感染时，应分析病菌来源，迅速对地面、菇房和床架消毒，并检查通风系统，降低菇房空气湿度，清理染菌菌瓶。待金针菇生长到符合商品菇要求时，及时采收。

4 工厂化生产环境控制技术

4.1 空气 除拌料室和装瓶室之外，包括冷却室、接种室、发酵罐室、发菌室、搔菌室和出菇房都属于无菌区，需要有较高的空气洁净度，要求达到万级洁净度标准。空气净化处理过程一般要经历初效过滤、中效过滤和高效过滤3个环节，室内要有一定的正压，防止未净化空气进入。接种机上部要安装层流罩，以进一步提高洁净度和正压，减少接种时开盖污染。非生产人员尽量避免进入无菌区，或者从专门的参观通道进出。生产人员进入应穿戴消过毒的工作服，经过风淋室进行除菌消毒处理。

4.2 温度 食用菌工厂的温度控制包括加热和制冷。工厂化生产中不同生产环节，以及同一个环节的不同时间段，对环境温度有不同的要求。温度控制一般采用智能化控制系统，实行实时监控，特别是出菇房温度改变频繁的环节，对温度的控制程度要求更高。而发菌期管理要严格防止高温“烧菌”，以免影响产量和品质。

4.3 通风 菌瓶培养室和出菇房是菌瓶高密度摆放且完全封闭的环境，而菌丝生长和子实体发育会产生大量二氧化碳等代谢产物，释放出热能。通风不仅可以增加氧气浓度，减少二氧化碳浓度，还可降低温度和湿度，减少病害发生。因此，需要有可控制的优良通风系统，保证食用菌在发菌和出菇阶段对通风的要求。

4.4 湿度和光照 湿度和光照控制与温度、通风一起，共同影响出菇产量和质量，因此出菇房要做好湿度和光照控制。湿度控制常见方法有超声波加湿、高压微雾加湿和蒸汽加湿等；光照控制一般采用光抑制机，对光照强度和波长范围实行严格控制。

5 食用菌工厂化生产技术的研发方向

当前我国食用菌工厂化生产技术和设备水平迅速提升，涌现出一批专业化生产食用菌设备的企业。一些企业专业研发食用菌工厂化专用搅拌机、自动装瓶机、灭菌器、制冷设备、臭氧消毒设备、空气净化设备、液体菌种发酵设备、液体菌种接种机、层流罩、搔菌机，以及菇房自动控制系统和设备，包括生产环境综合控制系统，工厂化生产智能控制系统，菇房PLC控制器，新风PLC控制器和光抑制机等[4]。但目前主要针对金针菇的设备设施引进和开发较多，而针对杏鲍菇等其他品种的设备设施研发较少。杏鲍菇工厂化生产必然要走向瓶栽和液体菌种应用，有关栽培环境控制技术尚需进行深入研究，而设备设施需要紧跟生产技术[6]。西方以双孢蘑菇为代表的草腐食用菌工厂化生产技术已经成熟，但就生产成本而言仍然较高，考虑到我国双孢蘑菇产品以远涉重洋出口为主，如何开发成本较低的培养料发酵工艺，降低菇房管理成本，减轻劳动强度，实现双孢蘑菇等草腐食用菌生产设施国产化，显得十分迫切。

此外，我国也急需针对新型栽培原料筛选最佳配方，选育适宜于我国栽培原料和设备设施条件的工厂化专用食用菌品种，研发轻简化专业化生产设备，开发新型栽培管理控制软件、无害化病菌或杂菌防控技术及新型工厂化栽培食用菌种类，改变目前工厂化栽培品种相对单一的局面。

[1] 张引芳. 食用菌工厂化生产中液体菌种的应用研究进展[J]. 菌物学报, 2007, 26(增刊)：393-397.

[2] 王桂金. 金针菇工厂化生产液体菌种制作工艺研究[J]. 食用菌, 2007 (2): 16-17.

[3] 王稳. 金针菇“杂交19”液体菌种培养基的优化研究[J]. 江西农业学报.2006.18(5): 121-122.

[4] 冀宏, 赵黎明. 食用菌工厂化生产技术改进方法与思路[J]. 中国食用菌. 2009(6): 56-58.

[5] 高君辉, 冯志勇, 唐利华. 食用菌工厂化生产及环境控制技术[J]. 食用菌, 2010(4): 3-5.

[6] 樊玉萍. 杏鲍菇工厂化生产的环境控制参数[C]. 西北农林大学硕士学位论文. 2012.

边银丙，男，华中农业大学教授，博士生导师，中国食用菌协会副会长，湖北食用菌协会会长。