试论蕈菌多元化应用前景

刘 遐



试论蕈菌多元化应用前景

刘 遐

（上海 200434）

论述发挥蕈菌产业现有的资源技术优势，努力拓展新的应用领域，有望在发展生物质绿色能源、新型生物基材料、生物治理污染，以及其他经济用途等方面取得诸多突破，形成新的产业经济增长点。

应用创新；真菌柴油；菌丝复合材料；真菌修复技术；大型真菌色素

我国的食用菌工厂化生产历经十几年的高速发展，取得了世人瞩目的成就，也产生了许多新的矛盾。面对一些主产品种供大于求，产能过剩的严峻问题，如何摆脱同质化竞争困局，找到可以施展拳脚、闪转腾挪的新天地。如何利用现有资源发挥自身所长，打造产业经济新的增长点？眼界决定境界，思路引导出路，只要转换视角，破除原有的思想藩篱和路径依赖，就能在纷繁复杂的变化中找到机会，实现突破。

科技创新作为企业发展的动力源，它是一对双发引擎：一个是技术进步。即沿着既有技术产品的改进轨迹向前推进，实施包括产品升级、工艺革新、材料替代、设备改造等各种技术的创新突破。另一个是应用创新。即以现有产品技术为基础，在挖掘潜在需求、开发新的用途、创立新型消费等方面做文章，实施跨学科、跨产业、跨领域的转移应用。历史证明，许多新的产业突破往往是从不同领域的结合部、各种学科的交叉处形成的，而这些结合部和交叉处常常就是科技成果的收获地，新生产力的成长点。改革开放以来，我国信息产业的高速发展，从根本上来讲就是得益于信息技术的应用创新。“互联网＋”为无数传统产业的转型升级开启了重生之门。因此，充分发挥并掌握技术进步与应用创新的“双驱动”作用力，就能使企业快车在高速竞争的赛道上奔驰。

或许是受传统行业分工的影响，以往业内人士似乎更注重现有范围的技术进步，而忽视了搭建面向用户的应用创新平台。其实，随着社会发展和科技进步，蕈菌行业作为大生物产业经济链的一个重要组成部分，也在发生前所未有的变化：蕈菌资源利用除了传统食药用领域外，还有更多的经济用途亟待开发；蕈菌产业技术除了栽培出菇外，还能在生物能源、生物材料、生物制造、生物环保等新兴领域大显身手。

1 在发展绿色能源方面的应用

新能源开发是当今世界经济发展最热门的课题之一。其中，生物燃料以其资源的可持续性、环境友好以及类似于石化柴油的动力和燃烧特性备受大众热捧。目前国际上的第一代生物燃料，主要是以玉米、大豆、菜籽、油棕等粮油作物为原料，采用物理或热化学方法制成生物柴油和乙醇。但存在工艺复杂，生产成本高，原料获取需要占用大量的土地面积和水肥资源等问题。因此人们开始把注意力转向更加经济环保的“第二代生物燃料”的开发，即以秸秆等农林废弃物为原料，转化制取可供现代生活使用的绿色能源。而在各种制取方案的比较中，取用方便、成本低廉、反应平和的生物转化技术特别是真菌分解处理技术最受人们期许。

1.1 用于生物乙醇制取

现有利用木质纤维素制取燃料乙醇的工艺难点是原材料的预处理。可以利用虫拟蜡菌、糙皮侧耳、杂色云芝、乳白耙菌等一些选择性好、降解能力强的白腐菌对秸秆类原料进行发酵处理，脱除原料组织中的木质素包裹，膨化纤维素成分，配合后期工艺提升酶解糖化反应效率，以增加生物乙醇的收得率[1]。日本科学家通过实验发现，担子菌中的金针菇既能降解木质纤维素，又能高效率地把葡萄糖、蔗糖、麦芽糖及多种纤维糖转化为乙醇。理论收得率可以达到88%。从而为今后采用直接转化法生产燃料乙醇的联合生物加工方式提供了依据[2]。

1.2 用于生物柴油制取

国内外已筛选出多种产油性状很好的真菌品种（多数为微真菌），并且陆续发现了能通过直接转化制成生物燃料的高效菌株。例如美国科学家在南美雨林找到一种粉红粘帚菌，它会释放浓度很高的碳氢化合物挥发性气体，成分和汽车柴油非常近似。用这种真菌处理森林废弃料所获得的气化燃料，动力效果要远胜现有植物燃料工厂生产的生物乙醇。西班牙研究人员利用卷枝毛霉菌直接转化发酵底物生产出的生物柴油产品，技术指标已达到美国和欧盟的标准。目前这些科技成果都在积极地实施转化应用。

1.3 利用菌渣气化发电

利用食用菌工厂每天排放的大量菌渣废料进行气化发电是一个极好的项目。只要将菌渣送入循环流化床，分解转换成可燃性气体，再经除尘除焦净化后送至低热值燃气内燃机进行发电，从而将低品位能源转换成清洁、方便使用的高品位能源。据估算，一个日产30吨菇的食用菌工厂每年排放的菌渣量，可发绿电800万度，能满足该菇厂自身三分之二的用电需求，且成本低廉、节能减排的效果非常好。

2 在开发新型材料方面的应用

利用丰富的农林生物质资源，开发环境友好和可循环利用的生物基材，最大限度地替代塑料、钢材、水泥等材料，是当前国际新材料产业发展的重要方向。

2.1 菌丝复合材料

美国Ecovative公司应用生物成型技术，以稻壳、秸秆等农业废弃物作为基材，将活体生长的蘑菇菌丝充当天然粘合剂，在预制模具中发菌成型，经高温固化脱模成为产品。这种菌丝复合材料的特点是轻质、柔软、坚韧、弹性好而强度高，方便采用各式模具生产不同形状的产品；更为重要的是，它们比现有的生物基木塑复合材料更加绿色环保，完全不含醛类等化学添加物，使用过后只要将其破碎置于户外荒地，便会在水分和土壤微生物的作用下完全降解，成为有益的土壤肥料。这一成果不仅得到美国政府和有关方面的高度关注和大力支持，而且很快进入了实际应用阶段。著名的戴尔公司、3M公司以及斯蒂尔凯斯办公家具公司先后选中其作为自己产品的包装材料，以替代原有的聚苯乙烯塑料。此后Ecovative公司通过调整基材配方改变其质地和功能特性，使菌丝材料拓展了更广阔的应用领域。他们先后试验开发出婚纱面料、健身器具、家具板材、内饰墙砖、人造骨骼、汽车构件等一系列产品[3]。2014年美国国家航空航天局（NASA）试飞的首架生物无人机，其机身制作也采用了菌丝复合材料。不仅具有很好的隐身性能，而且一旦发生意外坠毁，还会按预设信号自动降解，使旁人无法窥探其机密。在建筑领域，用普通玉米秸秆和蘑菇菌丝体组合而成的生物砖也有极好的应用价值。2005年，“卡特里娜”飓风袭击美国东海岸，路易斯安那州新奥尔良的标志性建筑“超级穹顶”体育馆和纪念医疗中心都受损严重，而这种用生物砖搭建的临时救灾用房，却经受住了严峻考验。建筑界的设计人员还结合计算机创意，开发出了采用外框模具一体化发菌成型的自长式“蘑菇”小屋，具备隔音、隔热、防火、防震、防紫外线，以及抵御白蚁危害等功能，完全颠覆了传统的建筑理念。

2.2 壳聚糖纤维原料

各种生物基纤维及原料是国内外重点投入发展的产品。其中一种高性能壳聚糖纤维，可加工成纱线、面料或无纺织品，在航天、军事、医卫、环保、日化、服装等领域有着广泛用途。而蕈菌细胞壁的主要成分为几丁质（甲壳素），正是提取壳聚糖的基础原料；与现有利用虾蟹壳等海洋生物原料制取壳聚糖的方法相比，采用菌体发酵提取技术更是具有原料来源稳定、分离工艺简便、产品性能优良、综合利用率高等优点，产业化前景十分光明[4]。

3 在开展环保治污方面的应用

一段时期以来，人们不断研究利用蕈菌解决重大环境污染问题的方法，发挥菌菇在完成生境修复和生态复育方面的重要作用。蕈菌技术在参与许多重大环保工程项目中大放异彩，从而为我们开辟了新的产业之路。

3.1 充当生物指示剂

环境监测是环保工程的重要基础性工作。在现今使用的诸多监测手段中，生物检测有着经济、简便、真实、灵敏等其他手段不可比拟的优势。例如许多地衣类真菌对环境大气中的污染有着非常特殊的敏感性，人们将它们加工成生物指示剂，监测大气中硫、氟、氯等有害成分及重金属离子浓度，其精准度可以媲美多种贵重仪器，且所花费用极低。科学人员还将一些会发光的菌类如密环菌、橘色小菇等接种在平皿上，作为生物传感器，用于重金属和二氯苯酚、五氯苯酚等毒性物质的检测，根据菌丝的发光明暗，判明环境的污染程度。

3.2 治理石油污染

一些蕈菌的消化酶能高效拆解碳氢化合物大分子，可以利用其清除环境中的石油污染，促进自然生态系统恢复。美国科学家曾在一个土壤碳氢化合物浓度高达20 000 mg/L的石油污染场地进行平菇栽培实验。4周以后无数菇蕾破土而出，茂盛生长的菇菌招来了觅食的昆虫、鸟类；9周后，实验地块已被蓬勃生长的绿色植物所覆盖，土壤中的碳氢化合物浓度下降至不到200 mg/L，净化率竟然达到了98%以上。科学家们还开发出一种可以漂浮在海面上的水体净化袋，上面搭载了长满平菇菌丝的麻布，用来解决水体中石油泄漏问题[5]。真菌除油技术已经发展到了产业化应用阶段，2007年香港大型集装箱船“中远釜山”号在美国旧金山湾发生碰撞事故，导致19万升油料泄漏，污染了80多公里长的海岸线。当地的环保组织和商业公司联手采用包括真菌除油技术在内的多种方法，成功地清除了大部分溢油。

3.3 移除土壤毒物

土壤中的重化污染，是环境整治中的一大难点。在目前所采用的各种物理、化学、生物治理方法中，真菌修复技术可以说是最为经济、简便而又效果明显的一种方法。利用大型真菌能富集吸附土壤中的重金属和化学污染物的特点，可以在土壤污染区安排栽培一些富集力强的品种，将污染物从基质中移除并加以有效回收。与绿色植物的富集作用相比较，蕈菌子实体不仅吸附能力强，而且栽培简单，生长期短、可以连茬收获取得较高的年生物量。获取的贮毒子实体，方便集中处理和有效回收。试验证明，从大型真菌子实体中提炼重金属要比从其他生物回收更容易，处理成本低70%～80%[5]。这种方法既能治理污染区域，修复环境生态，又能够回收资源，实现循环利用，可谓一举数得。蕈菌处理技术还能消减放射性污染，日本福岛核泄漏事件发生后，科学家们就提出了一个应用蕈菌治理环境核污染的计划建议。

3.4 净化污染水体

对于各种污染水体，可以用长满菌丝的基质材料制成各种过滤器进行拦截处理；或者利用发酵技术培养大量菌体或代谢物，投入水体对污染物进行富集吸附和絮凝固定。菌丝过滤回收资源的方法更为简便，芬兰VTT技术研究中心的研究人员将废弃手机磨成粉末，加入溶液通过菌丝进行过滤，能够回收80%的黄金。相比以往用王水和浓硫酸等有毒化学品来提取，此方法显得既安全又经济。

4 在其他方面的应用

4.1 发展产胶资源

橡胶是四大工业原料之一，是国家重要的战略物资。但是天然橡胶林产区狭窄，产量有限，寻求新的产胶资源成为人们关注解决的一个现实问题。而乳菇属菌类的许多品种都含有炼制橡胶的聚异戊二烯成分，有的含量比例甚至超过橡胶树。因此，利用乳菇属真菌开辟新的橡胶资源有着非常好的发展前景。但乳菇属大多是菌根菌，野生子实体数量有限，人工栽培尚有困难。专家们认为，如果能够发挥我们现有的产业技术优势，组织力量另辟蹊径，很有可能找到破解之法：例如可以扩大搜寻范围，选育高效产胶菌株；利用液体深层培养的工业发酵方法来获得大量菌丝体，进行提取制胶；也可以采用基因重组技术，将乳菇中的产胶基因移植到其他扩增速度快、生产效率高的菌类体内，使利用真菌生产橡胶物质的科技成果从可能变为现实[6]。

4.2 提取真菌色素

大型真菌色素的开发利用也是国际新热点。随着社会发展，目前一些合成色素已相继被许多国家从许可使用范围内撤除，亟需发展更多的天然色素来满足需求。天然色素除了可以从动植物中提取外，大型真菌类也是其宝贵的获取来源。大型真菌色素安全可靠，色泽自然，经过一定的技术修饰和稳定处理后，完全可用作与人体健康直接相关的食品、药品、化妆品的着色添加物。而今许多国家已批准将其列入食、药业的许可使用范围。更为可贵的是，许多大型真菌色素具有强烈的生理活性，开发前景很好。1977年德国科学家从一种嗜球果伞菌的发酵液中提取到两种色素化合物——嗜球果伞素A和B，并发现这类物质具有很强的广谱杀菌能力。这一成果立即引起了国际化学药业巨头的高度关注，英国捷利康公司和德国巴斯夫公司利用仿生合成技术，在很短时间内分别开发出了新一代农用杀菌剂产品：嘧菌酯和醚菌酯。这两种产品问世后，以其高效、广谱、能安全降解、无交互抗性、作用机制独特等优点受到广泛热捧。捷利康的嘧菌酯产品推出仅3年，年销售额就达到5亿美元[7]。以后几乎所有国际上的农药大公司都加入了这类化合物的研发行列，迄今申请的专利有600余个，合成类似物超过3万个。一项看似普通的科学发现竟然推动了一个产业的发展变革。近年来，中国科学院昆明植物研究所的科研人员也在这方面取得了一系列重要成果，他们分别从炭球菌、牛肝菌、干巴菌等高等真菌中提取出了多种色素活性物质，可以在对抗艾滋病等重要疾病中发挥重要作用。如果这些科技成果能够成功实现产业化，或许会在生物医药领域产生重大影响[8]。

此外，白腐菌在造纸行业的原料处理、生物制浆、漂白脱色等工艺改进方面有着很好的应用前景；使用菌根菌剂对于绿化植树特别是逆境造林做出了重要贡献；虫生真菌在农业生物防治等方面也显示出巨大潜力。限于篇幅，此间不再一一详述。

生物技术向各个领域渗透是现今发展的大趋势，未来的蕈菌产业边界将大大地拓宽，人类对蕈菌的利用有望扩展到许多全新的领域，蘑菇不仅只是大众餐桌上的食用美味，而且会与人们的衣、住、行等日常生活发生各种交集，并且可以在工业生产、社会服务，以及解决资源枯竭、能源危机、环境污染等一系列重大问题方面发挥巨大作用。科技之钥已经为我们打开了围城之困，一个巨大的商业蓝海正在迎接开拓者的到来。我国有着丰富的物种资源，又有着很好的产业基础：如果能有政策引导，促进有专业优势的科研院校和有转化实力的公司企业合作联手，完全可以在蕈菌资源和蕈菌技术的应用创新方面取得更多的突破性成果，在更高层面和更广范围内推动产业的新发展。

参考文献：

[1] 宋丽丽. 白腐菌高效改性木质素促进秸秆酶解反应机制研究[D]. 武汉: 华中科技大学. 2013.

[2] Ryoji Mizuno, Hitomi Ichinose,et al. Properties of Ethanol Fermentation by Flammulina velutipes [J]. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 73 (10), 2240–2245, 2009.

[3] We Grow Materials [OL]. http://www.ecovativedesign.com/.

[4] 彭益强, 徐锦海, 高超, 等. 从几种真菌中提取几丁质和壳聚糖的研究[J]. 福建化工, 2000(4).

[5] Paul Stamets. Mycelium Running: How Mushrooms Can Help Save the World [M]. (2005, ISBN 1-58008-579-21.

[6] 安鑫龙, 周启星. 大型真菌对重金属的生物富集作用及生态修复[J]. 应用生态学报, 2007, 18.

[7] 柯丽霞. 红汁乳菇和多汁乳菇的化学成分及其开发利用前景[J]. 安徽师范大学学报(自然科学版), 2000, 23(4).

[8] 昝立峰, 图力古尔. 大型真菌色素的研究现状和应用前景[J]. 菌物研究, 2005, 3(4).

[9] 张雯雯. 昆明植物所高等真菌色素研究取得系列成果[N]. 科学时报2010-9-7.

刘遐，高级经济师，国家一级职业经理人，从事多年食用菌工厂化生产实践研究，E-mail：liuxia726@163.com

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