食用菌栽培基质粉碎设备的研发现状与展望*

2014-04-04王明友宋卫东王教领吴今姬王培雨

食药用菌 2014年6期

王明友宋卫东王教领吴今姬王培雨

王明友宋卫东**王教领吴今姬王培雨

（农业部南京农业机械化研究所，南京 210014）

阐述研发食用菌基质粉碎机的意义，概述我国食用菌基质粉碎装备的研发现状，重点介绍现有基质粉碎机的主要机型，指出锤片式粉碎机仍为我国食用菌栽培基质处理的主要机型。分析基质粉碎装备的发展趋势；介绍并探讨优化现有的粉碎设备，进一步改进和完善现有机型；研发与地方基质特性相配套的粉碎装备；研发联合粉碎作业装备；发展一体化粉碎作业装备。

食用菌；基质；粉碎技术；现状；展望

近年来，随着栽培原料棉籽壳价格的快速上涨，食用菌栽培利润越来越低，迫切需要开发新的栽培基质来降低成本[1]。农作物秸秆因含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素等，受到青睐。利用农作物秸秆栽培食用菌，不仅能增加培养基生产原料的来源[2]，而且生产食用菌后的菌糠可作为优质有机肥还田，或用作饲料添加物、生物质燃料[3]、二次蘑菇栽培基质等，进行循环利用，体现出循环农业的特征。

我国是农业大国，农作物秸秆资资源丰富。当前，我国农作物秸秆总量超过8 亿吨，其中超过35％的秸秆未被合理利用。而利用秸秆需经粉碎处理。规模化粉碎处理农作物秸秆是开发利用及产业化的重要环节[4]，只有当秸秆的粉碎颗粒符合食用菌栽培要求时，才能为后续食用菌栽培生产所利用。

1 研发食用菌基质粉碎机的意义

1.1 基于食用菌新栽培基质开发的需要

食用菌人工栽培方式最初为段木栽培，20世纪80年代后逐渐改为袋料栽培。袋料栽培开始阶段，棉籽壳是主要原料之一。但随着栽培规模的扩大，棉花种植面积的缩小，迫使食用菌栽培寻求新的基质来替代棉籽壳。现阶段已发展为利用农林废弃物栽培食用菌，为满足食用菌袋料栽培的工艺要求，必须对农林废弃物进行粉碎。

1.2 基于食用菌产量增加的需要

近年来，我国食用菌产业处于一个新的转型期。特别是从2006年开始的食用菌工厂化生产，促使食用菌产业规模扩增显著。2000年全国食用菌总产量仅为663.78万吨，到2010年达到2 261.25万吨，到2012年更是达到了2 828万吨，成为名副其实的食用菌大国。按照国家食用菌产业技术体系首席科学家张金霞研究员的统计，仅2012年度我国所需的食用菌栽培基质就达3 200万吨。因此，日益扩大的高需求量的食用菌基质，促使研发基质粉碎设备成为必然。

1.3 基于现有基质粉碎设备的不完善性

虽然我国的粉碎技术较成熟，粉碎机的种类与粉碎方式多样，但其主要针对饲料粉碎和农作物秸秆切碎等方面[5]。从能耗、产量、物料的适应性、粉碎粒度、经济性，以及机型本身的工作稳定性、操作安全性、寿命、工作性能等多方面综合分析考虑，现有的粉碎设备还不能很好适应食用菌栽培基质的粉碎[6]。现有粉碎机虽可满足规模化生产对软质秸秆（麦秆、稻秆、油菜秆）的粉碎要求，但对高蜡质、长纤维、木质化程度较高的硬质与高纤维物料（棉秆、桑枝条）的规模化粉碎，须通过先切后粉的模式进行。

2 食用菌基质粉碎机的研发现状

现阶段，针对食用菌栽培基质对粒度的大小和柔软程度等的要求，粉碎机需首先满足对硬质秸秆的粉碎揉搓，在保证一定粒度的基础上，尽可能实现软化基质，以减少破袋率或空隙率。因此，锤片式粉碎机仍是我国食用菌栽培基质粉碎的主要机型。

我国第一台锤片式粉碎机于1955 年引自原苏联[7]。在以后的几十年，我国相继开发了一系列专用型与通用型粉碎设备，并对降低能耗，提高效率，延长主要易损零部件的使用寿命，提高物料粉碎粒度的均匀性等方面进行了研究。

2.1 铡切式粉碎可作为食用菌基质粉碎中的前道工序使用

根据粉碎方式和粉碎手段的不同可将粉碎技术分为铡切式、锤片式、揉切式和组合式4种[8]。其中铡切式粉碎可作为食用菌基质粉碎的前道工序进行作业。尤其是对于硬质与高纤维物料粉碎，必须进行铡切，才能完成后续的锤片作业。但其作业时需要人工辅助，且劳动强度较大，生产效率较低，存在切刀磨损严重的问题。

2.2 锤片式粉碎机为食用菌基质粉碎主要机型

目前，食用菌基质粉碎普遍采用锤片式粉碎。其原理是喂入粉碎室的秸秆，经锤片的高速旋转打击，得到一定程度的粉碎，然后以较高的速度被抛向固定在粉碎室内部的齿板和筛片上，受到齿板的碰撞和筛片的搓擦，而得到进一步的粉碎。粉碎在粉碎室内重复进行，直到物料通过筛孔为止。这种机型能满足食用菌栽培对软质秸秆基质粉碎的柔软性与粒度大小的要求，而不能很好地完成对硬质与高纤维秸秆的作业要求。

2.3 其他的粉碎机型多为铡切式与锤片式的整合

现阶段，在铡切式与锤片式粉碎机的研究与推广基础上已研发出揉搓机、揉碎机、组合式粉碎机等多种机型。其中揉切式粉碎机采用了动刀与定刀组合的多刀剪切，剪切后的秸秆由高速旋转的转子抛向揉搓室，然后由转子再进行揉搓，极大地提高了生产效率，降低了功率消耗，实现了铡切与锤片揉搓的有效结合。但该种机型的工作对刀具要求较高，刀具磨损严重。

组合式粉碎机是将铡切、粉碎、揉搓等功能组合为一体的新型粉碎技术，既有锤片的撞击作用，又有动刀的切割作用，同时齿板和定刀也会产生揉搓和切割作用，提高了粉碎的质量与效率。农业部南京农业机械化研究所宋卫东、王明友等人设计的带风引出料的一体化组合式粉碎机，由一台电机带动完成切断、粉碎、揉搓等作业工序，可实现软质秸秆的直接粉碎、揉搓作业和硬质与高纤维秸秆的先铡切、后粉碎揉搓作业。其通过安装在铡切装置喂料口处的强制喂料与压实辊将硬质、高纤维秸秆强制喂入并压实铡切，解决普通喂料时出现的往复铡切问题，大大提高切刀的使用寿命。同时，实现铡切与粉碎的不同转速，在降低能耗的同时，提高切刀寿命与基质柔软度。通过筛网后的物料首先进入集料室，通过风量控制槽实现生产率与粒度的调节，最后通过风引输送到帆布袋收集粉碎料，达到作业环境无灰尘的效果。

3 食用菌基质粉碎装备展望

3.1 优化现有粉碎机型，实现关键部件的标准化

在现有铡切式与锤片式粉碎机的基础上，进一步研究和拓展基质粉碎机的机型，并要不断优化、改进和完善现有基质粉碎设备，使各种机型的主要工作部件实现标准化。提高基质粉碎机的质量，降低能耗，增强机组的安全性。

3.2 根据不同地区食用菌栽培基质特性，研发与其相适应、相配套的粉碎装备

根据各地栽培基质的特性，有针对性地研发粉碎装备，以提高菇农购买设备的积极性。

3.3 研发配套作业机械，形成联合粉碎作业装备

以棉秆为例，可研发拔秆、切断、粉碎的揉碎机，一次性完成棉秆的拔秆、输送、揉碎和收集等多项作业，以期在田间直接将棉秆揉碎，使其直接转化为栽培所需的原料或粗原料，降低棉秆运输成本。

3.4 发展一体化粉碎装备

研发一体化粉碎设备，有利于实现提高效率与降低能耗，最大限度地降低工人的劳动强度。在移动切碎机的基础上研发移动揉切粉碎装备，实现移动作业就可完成切粉工序，降低运输成本。同时，研发与借鉴现有除尘装置，消除粉碎装备作业中的粉尘浓度，创造良好的作业环境。提高粉碎装备中关键部件的使用寿命，尤其是刀片，需进行材质方面的科学研究。

[1] 王明友, 宋卫东, 肖宏儒, 等. 带风引出料装置的双喂料口粉碎机设计与试验[J]. 江苏农业科学, 2013, 41 (2): 380-382.

[2] 亢银霞, 宋柱亭, 郭俊先. 农作物秸秆综合利用技术研究综述[J].新疆农机化, 2013(2): 17-20.

[3] 霍丽丽, 侯书林, 赵立欣, 等. 生物质固体成型燃料技术及设备研究进展[J]. 安全与环境学报, 2009(12): 7-31.

[4] 王明友, 宋卫东, 李尚昆, 等. 风引出料一体化粉碎机的设计[J]. 湖北农业科学, 2014, 53(16)：3917-3920.

[5] 祖宇, 郝玲, 董良杰. 我国秸秆粉碎机的研究现状与展望[J]. 安徽农业科学, 2012, 40(3): 1753-1756, 1759.

[6] 王明友, 宋卫东, 肖宏儒, 等. 9MF-720型棉秆粉碎机设计与试验[J]. 农机化研究, 2012, 34(11): 94-96.

[7] 张雷, 阮竟兰. 锤片式粉碎机工作性能影响因素及研究现状[J]. 包装与食品机械, 2013, 31(6): 55-57.

[8] 刘进宝, 郭辉, 杨宛章. 棉秆粉碎机的研究现状及展望[J]. 中国农机化学报, 2013, 34(6): 17-20.

国家现代农业产业技术体系建设专项资金资助项目（CARS-24），江苏省农业科技自主创新项目（CX（13）3030）；2013年度江苏省科技支撑计划（BE2013412）

*本文原为由中国菌物学会、华中农业大学、易菇网共同主办的2014中国食用菌产业年会会议报告

王明友(1982-)，男，山东沂南人，助理研究员，主要从事食用菌机械化方面的研究，E-mail：wmyss@126.com

宋卫东(1965-)，男，江苏泰州人，研究员，硕士生导师。主要从事食用菌机械化生产技术研究，E-mail：songwd@163.com