食用菌菌包微波灭菌条件的筛选*

栾泰龙，郑焕春

（黑龙江省牡丹江林业科学研究所，黑龙江 牡丹江 157009）

食用菌菌包微波灭菌条件的筛选*

栾泰龙，郑焕春

（黑龙江省牡丹江林业科学研究所，黑龙江 牡丹江 157009）

对食用菌菌包微波灭菌条件进行试验研究，探讨了灭菌过程中微波功率、传输速度等技术条件对灭菌效果的影响，通过试验提出了合理的微波灭菌条件。结果表明，微波功率148 kW、传输速度260 r·min－1、通过微波辐射（频率2 450 Hz）16 min、物料含水率为62%、pH 6.2是目前菌包微波灭菌的最佳条件。该条件使菌包微波灭菌技术实现低成本、低功耗、无污染、高效率的技术要求。

食用菌；菌包；微波灭菌

中国是食用菌生产大国，其总产量占全球食用菌总产量的65%以上。食用菌生产早已成为林区经济发展的一项重要产业。在食用菌栽培过程中，菌包灭菌是否彻底是决定其制袋成功率的关键环节。传统的湿热灭菌技术存在能源消耗多、环境污染大、灭菌周期长、难以实现机械化操作等问题[1－2]。

相关资料表明，采用微波加热灭菌食品，可以在较短时间内将食品袋中心部位与表面部位同时加热到灭菌所需的温度，此技术在农业、食品、医疗卫生等领域应用较广[3－5]。与目前蒸汽灭菌方法相比，微波灭菌技术可以更节能、更快捷、更方便、更容易操作和控制[6－8]，可以缩短灭菌时间，降低劳动强度，减少能量消耗和环境污染，且能达到理想的灭菌效果[9－10]。但将微波技术应用于食用菌菌包的灭菌研究还鲜有报道[11]。本文在对微波应用于固态物料灭菌条件研究的基础上，对使用微波与湿热高温灭菌的培养料栽培袋进行比较试验，从微波功率、传输速度、物料含水率、pH值等方面探讨菌包经传统灭菌和微波灭菌2种方式的灭菌效果，以期了解菌包微波灭菌的最佳工艺条件，提高食用菌菌包生产效率和成品率。

1 试验材料与方法

1.1 试验设备

LHZD-A装袋机、LHWK-1窝口机、XFS-280A手提式压力蒸汽灭菌器、微波设备（专利ZL201320720232.5）、灭菌筐、接种箱、无菌操作台、接种工具。

1.2 试验材料

胰蛋白胨、酵母浸膏、孟加拉红，均为生化纯试剂。

各种原料锯末、麦麸、米糠、豆粉、白灰、石膏、标准规格菌袋、封口棉、必洁仕等，市售。

1.3 培养基配制

PCA培养基：胰蛋白胨5.0 g·L-1、酵母浸膏2.5 g·L-1、葡萄糖1.0 g·L-1、琼脂15.0 g·L-1，蒸馏水1 000 mL，pH 7.0。

孟加拉红培养基：每升中含蛋白胨5.0 g·L-1、葡萄糖10.0 g·L-1、磷酸二氢钾1.0 g·L-1、无水硫酸镁0.5 g·L-1、琼脂20.0 g·L-1、孟加拉红0.033 g·L-1、氯霉素0.1 g·L-1，蒸馏水1 000 mL。

高氏一号培养基：可溶性淀粉20 g、KNO31 g、K2HPO40.5 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、NaCl 0.5 g、FeSO4·7H2O 0.01 g、琼脂20 g，pH 7.4～7.6。

1.4 拌料及装袋标准

原料锯末提前缓冻，有条件的应预湿。拌料时培养料各组分要严格按照配方（按照硬杂锯末60%～62%、刨花料19%～21.5%、麸皮12%、豆粉2%、玉米粉3%、石膏1%、石灰0.2%～0.5%的比例）计量进行组合，误差不大于5%。将各种原辅料充分混合搅拌均匀，无结块和干芯，采用机械拌料，搅拌时间应根据料的情况调整，特别是颗粒料，其大颗粒料芯应以吃透水为准。搅拌好的培养料含水率应在60%～65%，pH值7.2～7.5。

拌料后利用装袋机装袋，装袋要标准，匀实，规格相同，上下松紧一致，单袋菌包湿重应在1.25 kg～1.5 kg。装袋后清理袋口并用窝口机窝口，菌袋口内折高度应不小于2.5 cm，不大于3 cm。使用海绵块封口，检查菌袋壁，无拉薄、磨损、刺破。

1.5 试验步骤

冷却间及操作间提前3 d消毒灭菌，提前配制菌落测定所需培养基；按基本配方进行手工拌料，闷料至水分均匀，从中抽取样品进行菌落数量测定，装袋后备用；使用微波菌包灭菌装置灭菌，塑料周转筐底铺无纺布，菌包横卧在塑料周转筐内，无纺布翻折在菌包上盖严，在功率148 kW，传输速度260 r·min-1下通过微波辐射（频率2 450 Hz） 16 min，菌袋增温至98℃以上。对照的传统灭菌方式采用高压蒸汽灭菌处理，在压力0.15 MPa的条件下处理2 h；待灭菌后的菌袋冷却后，从各个批次菌袋中，取样品适量装入培养皿。随机抽取菌包，测定每个取样点的微生物总数，每个处理做3次重复取平均值进行统计；将装入样品的培养皿放入恒温箱中，保持36℃的温度下培养48 h后检查培养皿中的菌群数量，并记录。需要注意取样（灭菌后）要在无菌环境下进行。

微生物计数方法和致死率计算：细菌总数测定按照GB 4789.2-2010菌落总数测定执行；霉菌和酵母菌计数按照GB 4789.15-2010霉菌和酵母计数执行；致死率（P）公式为：

P=（N1-N2）×100%/N1

式中：N1表示处理前微生物数量；N2表示处理后微生物数量。

1.6 单因素试验

对比灭菌前后的菌落总数及霉菌、酵母数量，以微生物致死率为指标，考察微波功率、传输速度、含水率及pH四个因素对灭菌后微生物总量的影响。微波功率考察范围为100 kW～164 kW，传输速度考察范围为200 r·min-1～300 r·min-1，含水率考察范围为60%～70%，pH的考察范围为6.0～7.0。

1.7 正交试验

在前述单因素试验基础上，以灭菌后菌袋中样品的微生物致死率为考察目标，选定微波功率、传输速度、含水率及pH为考察因素，设计四因素三水平L9（34） 正交试验。同时设计传统灭菌为对照CK，各因素和水平设计见表1。

2 结果与分析

2.1 不同微波功率的灭菌效果

表1 微波工艺正交试验的因素和水平Tab.1 Factor and level of orthogonal test for microwave technology

比较菌包在不同微波功率下的灭菌情况。固定微波传输速度为260 r·min-1，含水率为65%，pH为6.5，以灭菌后培养料稀释涂布后的菌落总数为测试指标，考察不同微波功率对灭菌后微生物致死率的影响见图1。

图1 微波功率对微生物致死率的影响Fig.1 Influence of microwave power on the microbial lethality

由图1可以看出，通过微波灭菌处理后的菌包，微生物的致死率随微波功率上升而升高，并逐渐趋缓。当微波功率处于较低水平时，致死率随功率增加而大幅升高，致死率由接近60%上升至90%左右；当微波功率在136 kW～148 kW范围内时，致死率增加较慢并逐渐趋于平缓；当微波灭菌功率超过148 kW后，致死率可达到99.5%。通过试验，由微波功率引起的致死率变化幅度最大，可知微波功率可能是使用微波对菌包灭菌的最大影响因素之一。

在微波灭菌过程中，如果微波功率过低，会显著降低灭菌效果，造成菌包灭菌不完全，显著影响所生产菌包的质量；而如果功率过高，会增加菌包微波灭菌的破损率，因此在使用微波灭菌时，考虑功率116 kW～148 kW较为合理。

2.2 微波传输速度对灭菌效果的影响

比较菌包在不同微波速度下的灭菌情况。固定微波功率为148 kW，含水率为65%，pH为6.5，以灭菌后培养料稀释涂布后的菌落总数为测试指标，考察不同微波功率对灭菌后致死率的影响。传输速度对致死率的影响情况见图2。

在试验过程中，通过微波灭菌处理后的菌包，其微生物的致死率随传输速度上升呈现先上升后下降的趋势。当传输速度为200 r·min-1～220 r·min-1时，微生物致死率随速度增加而升高；当传输速度在240 r·min-1～280 r·min-1范围内时，致死率达到较高水平，为95%左右；当微波传输速度超过280 r· min-1后，致死率反而再次呈现小幅下降趋势。分析产生此种情况的原因，可能是在灭菌过程中，当微波传输速度达到一定速率后，物料中含水率发生了变化，导致灭菌后致死率再次出现下降趋势。因此为了保证使用微波灭菌方式所生产的菌包质量，考虑使用传输速度为240 r·min-1～280 r·min-1较为合理。

图2 传输速度对微生物致死率的影响Fig.2 Influence of transmission speed on microbial lethality

2.3 物料含水率对微波灭菌效果的影响

比较在特定微波条件下菌包中不同含水率对灭菌情况的影响。固定微波功率为148 kW，传输速度为260 r·min-1，pH为6.5，以灭菌后培养料稀释涂布后的菌落总数为测试指标，考察不同微波功率对灭菌后致死率的影响。物料含水率对致死率的影响见图3。

图3 物料含水率对微生物致死率的影响Fig.3 Influence of material moisture on microbial lethality

在试验过程中，通过微波灭菌处理后的菌包，其微生物的致死率随含水率的增大呈现缓慢下降的趋势。当含水率为约60%时，微生物致死率最高；当含水率在64%～65%时，致死率约为90%；当物料含水率超过66%以后，致死率继续下降。致死率随着含水率的增大而缓慢下降，可能是在灭菌过程中，含水率影响了物料的整体介电性质，导致了致死率的改变。因此，为了保证微波灭菌方式所生产的菌包质量，含水率在60%～65%比较合理。

2.4 pH对微波灭菌效果的影响

比较在特定微波条件下菌包中不同pH对灭菌情况的影响。固定微波功率为148 kW，传输速度为260 r·min-1，含水率65%，以灭菌后培养料稀释涂布后的菌落总数为测试指标，考察不同微波功率对灭菌后致死率的影响。pH对微生物致死率的影响见图4。

图4 pH对微生物致死率的影响Fig.4 Influence of pH on microbial lethality

通过特定微波功率及传输速度进行灭菌处理，pH的变化对菌包内微生物致死率影响较小。当pH在6.0～6.5范围内时，微生物致死率没有明显变化；当pH超过6.5时，致死率略有下降。可见，采用微波方式对食用菌菌包进行灭菌，物料的pH对灭菌效果影响有限。在菌包制袋时，可以根据各个不同种类食用菌菌丝体的pH适宜范围，按照所需要的pH值调配并拌料。

2.5 正交试验结果

通过对微波功率、传输速度、含水率等条件的测定，确定不同条件下微波灭菌所能得到的最佳效果，并通过对试验水平的筛选得到最优条件组合，使菌包经微波灭菌后达到实际生产要求。正交试验结果见表2。

对致死率进行极差分析，从结果可以看出，利用微波对食用菌菌包进行灭菌，探讨微波因素对致死率的影响效果，其顺序大小依次为：A>B>C>D，即微波功率>传输速度>含水率>pH，最优组合为A3B1C2D3，按照微波功率 148 kW，传输速度 260 r·min-1，物料含水率62%，pH6.5的条件进行灭菌操作，可实现最理想的灭菌效果。

对袋型完好情况进行极差分析，从结果可以看出，利用微波对食用菌菌包进行灭菌，探讨微波因素对袋型完好情况的影响效果，其顺序大小依次为：B>A>C>D，即传输速度>微波功率>含水率>pH，最优组合为B1A1C1D2，按照微波功率116 kW，传输速度260 r·min-1，物料含水率60%，pH6.2的条件进行灭菌操作，袋型破损率最低。

对微波灭菌的成品率进行极差分析，正交结果显示，对食用菌菌包进行微波灭菌，微波因素对菌包成品率的影响效果，其顺序大小依次为：A>B>C> D，即微波功率>传输速度>含水率>pH，最优组合为A3B1C1D2，按照微波功率 148 kW，传输速度 260 r·min-1，物料含水率60%，pH6.2的条件进行灭菌操作，灭菌后食用菌菌包的污染率最低。

在灭菌试验过程中，使用传统方式和微波方式对菌包灭菌，其两者增温情况变化很小，在表2中所显示的各个组别试验结果中，不同灭菌方式对增温的影响较小，可以将增温情况作为参考因素应用于菌包微波灭菌中。

对实际生产中菌包微波灭菌几组因素进行考察，最后得出的实际效果有所不同。要得到最理想灭菌效果、袋型破损以及兼顾污染率最低，所采用的微波和物料条件也不尽相同，因此对前述正交试验结果采用综合平衡法进行分析较为合适。

利用微波对食用菌菌包进行灭菌，首要考虑的因素是微波功率，在对致死率、袋型完好情况和成品率的考察中，微波功率148 kW可以同时满足最佳的灭菌效果及污染率最低两个因素。考虑到微波功率是影响袋型破损的次要因素，因此采用148 kW作为微波灭菌的最佳功率；其次，在致死率、袋型完好情况和成品率的考察中，传输速度260 r·min-1均是最佳，因此260 r·min-1可以视为最佳微波传输速度。物料含水率也是影响菌包微波灭菌的重要因素。当初始物料含水率为62%时，可得到最佳的灭菌效果；而物料含水率为60%时，能够很好地实现菌包破损率和污染率最低。单因素试验中，微波灭菌后的食用菌菌包，其含水率将会下降2%～2.5%，为了不影响食用菌的生长，物料含水率选择62%，是微波灭菌较为合理的水平。对菌包采用微波与传统两种方式灭菌后进行对比，灭菌后培养料的pH变化情况较小，传统蒸汽灭菌使pH降低0.8～1.0，而微波灭菌后其pH值变化小于0.1，选择pH6.2左右作为拌料时适合的pH值。

2.6 最佳试验条件的验证

由正交试验结果分析得出菌包微波灭菌最优条件组合为A3B1C2D2。通过试验验证，在此条件下灭菌后微生物致死率约为99.62%，破损率为3%，污染率约为1.4%，其值是满足菌包实际生产中各组较高的值，因此A3B1C2D2的组合是菌包利用微波灭菌的较为合理的条件。

表2 正交实验因素与水平结果Tab.2 Results of L9（34）orthogonal experimental

3 结论

本文探讨了食用菌菌包的微波灭菌工艺条件，为进一步提高微波杀菌技术使用的范围和效果奠定了基础。试验结果表明，功率148 kW，传输速度260 r·min-1，通过微波辐射 （频率 2 450 Hz） 16 min，物料含水率为62%，pH6.2，是目前菌包微波灭菌较为理想的条件。微波作为食用菌菌包灭菌的技术手段不仅完全可行，且有一定优势。采用微波灭菌处理的食用菌菌包，其灭菌效果可控，污染率处于较低水平，满足菌包生产的实际要求。将微波技术应用于食用菌菌包的灭菌研究，可为实现食用菌菌包灭菌新工艺、食用菌菌包自动化生产及相关设备研制提供试验基础。

目前，采用微波灭菌菌包对食用菌生长发育的影响，仅仅有平菇、滑菇等少数食用菌品种的相关试验报道，试验结果还不能扩大到更多食用菌种类，因此微波灭菌对其他菌类品种的出菇情况、菇的品质有何影响，还需要进一步试验验证。

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Microwave Sterilization Condition for Edible Fungus Spawned Bag

LUAN Tai-long,ZHENG Huan-chun
（Mudanjiang Forestry Science Research Institute in Heilongjiang Province,Mudanjiang 157009,China)

The microwave sterilization conditions of spawned bag for edible fungus were studied,the influence of microwave power,transmission speed and other technical conditions on the sterilization effect were explored,and the reasonable conditions of microwave sterilization were proposed the by test.The results showed that it used power of 148 kW and speed of 260 r·min－1, by micro wave radiation (frequency was 2 450 Hz)16 min,the moisture content of the material rate of 62%,pH value of 6.2, which was the optimum conditions of microwave sterilization for the edible fungus spawned bag.These optimum conditions improved microwave sterilization technology for edible fungus spawned bag to realize the technical requirements of low cost,low power consumption,no pollution,high efficiency.

edible fungus;spawned bag;microwave sterilization

S646.9

A

1003-8310（2016）05-0028-06

10.13629/j.cnki.53－1054.2016.05.008

黑龙江省森工总局应用研究项目（sgzjY2014019）。

栾泰龙（1982－），男，硕士，工程师，主要从事食用菌、林副产品加工研究。E－mail:94437341＠qq.com

2016－07－10