3种木腐菌菌棒出菇前后化学成分的差异性*

魏海龙，周 伟，庄晓伟，潘 炘，黄 俊，胡传久，程俊文（．浙江省林业科学研究院，浙江省森林资源与生物质化学利用重点实验室，浙江 杭州 3003；．浙江农林大学工程学院，浙江 临安 0037）

〈生理生化〉

3种木腐菌菌棒出菇前后化学成分的差异性*

魏海龙1，周 伟2，庄晓伟1，潘 炘1，黄 俊2，胡传久1，程俊文1
（1．浙江省林业科学研究院，浙江省森林资源与生物质化学利用重点实验室，浙江 杭州 310023；2．浙江农林大学工程学院，浙江 临安 210037）

对香菇、黑木耳、灵芝出菇前后的菌棒以及松木屑（对照）的9项化学组成进行了分析和对比研究。结果表明，香菇、黑木耳和灵芝出菇后废菌棒灰分含量为3．19%～6．02%，灰分含量偏高，将限制其替代木屑制备机制炭的质量；出菇后的废菌棒冷水抽提物、热水抽提物、1%NaOH抽提物含量均大于其他样品，而且差异显著，说明出菇后的废菌棒含有更多的低分子多戊糖和木素；出菇后废菌棒中苯醇抽提物含量为3．47%～11．81%，将影响其制备过程中机制炭的成型。香菇、黑木耳和灵芝出菇前后的菌棒中的木质素含量差异较小，对替代木屑制备机制炭影响较小；出菇前综纤维素、α纤维素、硝酸乙醇纤维素、聚戊糖的含量均明显高于其出菇后，而纤维素和木质素含量低，将导致机制炭的成型困难和机制棒燃烧性能低等问题。因此，利用3种木腐菌废菌棒代替木屑生产机制炭，要控制其用量。

香菇；黑木耳；灵芝；菌棒；化学成分

自20世纪80年代以来，我国食用菌行业迅速发展，2000年我国食用菌产量就已经占全世界产量的60%以上[1]。如果按照每100千克食用菌培养料剩余60 kg的废弃菌棒来计算[2]，我国每年产废弃菌棒500万t～600万t，除了少量可被用作畜禽饲料外[3]。大部分被随意丢弃或者燃烧，不仅会对周围环境造成一定的污染，同时也是对资源的浪费。香菇（Lentinus edodes）、黑木耳（Auricularia auriculajudae）、灵芝（Ganoderma lucidum）等是我国重要的林特产品，因其经济效益显著，近年来发展迅速，同时也因为种植规模大，所以在种植香菇、黑木耳、灵芝后产生了大量废菌棒。目前，国内对香菇、黑木耳、灵芝等种植产生的林副产品废弃物的基础研究较少，利用率非常低，不仅造成资源的大量浪费，而且也给环境带来了不同程度的污染。通过对香菇、黑木耳、灵芝等食用菌废菌棒资源的化学成分的分析，旨在为此类资源的合理转化利用技术的发展提供理论基础，为此类资源制备机制炭的现实可行性方面提供依据，为林业资源的高效加工利用开辟新的途径。

1 材料与方法

1.1 试样

材料：香菇、黑木耳、灵芝3种木腐菌菌棒及其出菇后菌棒采自浙江省丽水地区。松木屑采自浙江省木材加工厂。

试样制备：先对原料进行干燥，后置入粉碎机中粉碎，过筛截取能通过40目而不能通过60目筛的粉末，置于干燥器中备用。

1.2 分析方法

灰分、冷水（或热水）抽提物、1%NaOH抽提物、苯醇抽提物、木质素、聚戊糖和α纤维素（或综纤维素、硝酸乙醇纤维素） 分别参照GB/T 2677．3-1993、GB/T 2677．4-1993、GB/T 2677．5-1994、GB/T 2677．6-1994、GB/T 2677．8-1994、GB/T 2677．9-1994、GB/T 2677．10-1995测定[4]。各样品测定重复3次，取平均值。

2 结果与分析

3种木腐菌菌棒出菇前后化学成分对比分析结果见表1。

表1 3种木腐菌菌棒出菇前后化学成分对比Tab．1 Comparison of chemical composition between fungus culture medium and the residue of virgulate after cultivating

2.1 水分和灰分含量

3种木腐菌菌棒出菇前后水分和灰分含量变化情况见图1。

图1 木腐菌菌棒出菇前后水分和灰分含量对比Fig．1 Comparison of moisture content and ash content between fungus culture medium and the residue of virgulate after cultivating

从图1可以看出，松木屑的含水率明显高于其他菌棒样品，为32．51%。菌棒材料中，黑木耳未出菇菌棒的含水率较高，为14．00%；其他菌棒含水率较低，大部分在10%左右；香菇未出菇菌棒的含水量最低为5．72%。香菇、黑木耳和灵芝未出菇菌棒的灰分含量较低，分别为1．83%、1．81%、1．71%，与松木屑的灰分含量（1．22%）非常接近；但栽培后的菌棒灰分含量增长明显，香菇、黑木耳和灵芝出菇后废菌棒灰分分别为6．02%、5．94%和3．19%。灰分含量偏高，将限制其替代木屑制备机制炭的用量。灰分是生物质原料经过高温灼烧后剩余的无机物，主要元素有Ca、Mg、K等元素，灰分含量的高低会直接影响机制炭的燃烧值和燃烧性能，特别是出口机制炭对灰分含量的要求较高[5]。香菇、黑木耳和灵芝出菇后菌棒的灰分含量明显增加，说明菌类物质的种植带入了大量的不可燃金属等元素，使得菌棒的灰分含量增加。因此，利用废弃菌棒制备机制炭时需充分考虑灰分问题，适当控制其添加量。

2.2 抽提物含量

抽提物组成成分比较复杂，主要包括可溶性糖、蛋白质、氨基酸、树脂、单宁、色素等，是主要存在于活组织细胞液中的非细胞壁物质。由于其成分的极性、酸碱性和分子量等差异，其在不同溶剂中的溶解度也各不相同[6]。3种木腐菌菌棒出菇前后冷水、热水和苯醇抽提物含量的对比情况见图2。

图2 木腐菌菌棒出菇前后冷水、热水和苯醇抽提物含量对比Fig．2 Cold water extractives,hot water extractives and benzeneethanol extractives for fungus culture medium and the residue of virgulate after cultivating

从图2中可以看出，冷水抽提物、热水抽提物对比表明，香菇、黑木耳和灵芝出菇后废菌棒的冷水、热水抽提物的含量大于其出菇前菌棒，说明使用后的菌棒可能带入了部分低分子多戊糖、低分子木素、无机盐以及其它亲水性物质。且出菇后废菌棒的冷水、热水抽提物含量与松木屑较接近，都在0．28%～0．39%。

苯醇抽提物主要成分为脂类化合物，还含有部分弱极性和中等极性物质[8]。由图2可知，香菇、黑木耳、灵芝出菇后菌棒的苯醇抽提物含量均大于其未出菇菌棒，且出菇后废菌棒的苯醇抽提物含量都高于松木屑；其中香菇出菇后废菌棒的苯醇抽提物含量最高，为11．81%；灵芝出菇后废菌棒的苯醇抽提物含量次之，为7．5%；均高于松木屑苯醇抽提物含量3．3%。从图2可以看出香菇、黑木耳和灵芝出菇后菌棒的苯醇抽提物含量大于未出菇菌棒，增长率分别为467．79%、106．55%和40．19%。其中香菇菌棒增长率最高达到4倍以上，且香菇出菇后废菌棒的苯醇抽提物含量最高为11．81%，其余物质的苯醇抽提物含量小于8%。

木腐菌菌棒出菇前后1%NaOH抽提物含量情况见图3。1%NaOH抽提物是除包含热水抽提物（且量更多）外，还能溶出脂肪酸及部分被碱降解成较小分子的半纤维和木素等亲水性物质，是可以检验材料被菌种腐烂程度的一项重要参考依据[7]。

图3 木腐菌菌棒出菇前后1%NaOH抽提物含量对比Fig．3 1%NaOH extractives for fungus culture medium and the residue of virgulate after cultivating

从图3可以看出，香菇、黑木耳和灵芝菌棒出菇后废弃料的1%NaOH抽提物含量远大于未出菇废弃料，增长率分别为128．72%、13．95%和32．69%，香菇菌棒出菇前后的1%NaOH抽提物含量差异最大，说明由于香菇种植而导致的半纤维和木素降解成亲水性较小分子的几率最大。

2.3 纤维素含量

纤维素具有吸附水分子的能力，纤维素的吸湿直接影响到木材及其制品的尺寸稳定性和强度。综纤维素是指纤维原料中碳水化合物的全部，包括纤维素和半纤维素[9]，是纤维原料中碳水化合物的全部，是菌类发酵产生生物质能源的主要组成成分。生物质炭化后综纤维素炭化物是炭的骨架和燃烧的主要成分[10]。所以，综纤维素含量的高低直接影响着生物质原料制备机制炭的燃烧性能和热值。由于纤维素含量的测定存在着一定的不足，分析结果不能正确反映纤维的真实性，因而选择测定综纤维素、α纤维素和硝酸乙醇纤维素，并进行对比试验，结果见图4。

由图4可知，香菇与黑木耳未出菇菌棒的综纤维素含量最高为79．25%、80．02%，分别比松木屑高7．11%和7．88%，灵芝未出菇菌棒为68．69%。香菇、黑木耳和灵芝出菇后废菌棒的纤维素和半纤维素由于菌类的分解作用，综纤维素含量分别降低了30．05%、16．93%和10．90%。

图4 木腐菌菌棒出菇前后综纤维素、α纤维素和硝酸乙醇纤维素含量对比Fig．4 Comparison of the holoeellulose,a-cellulose,nitric acidethanol cellulose for fungus culture medium and the residue of virgulate after cultivating

α纤维素大部分是结晶性纤维素，通常用硝酸乙醇纤维素来作为纤维素含量检测的最直接数据。香菇、黑木耳和灵芝未出菇菌棒的硝酸乙醇纤维素含量与松木屑较接近，位于41%～49%区间；香菇、黑木耳和灵芝3种出菇后废菌棒的硝酸乙醇纤维素含量下降较明显，分别降低18．37%、9．79%和9．97%。硝酸乙醇纤维素含量的对比结果表明，从纤维素含量角度来看，3种出菇后废菌棒制备机制炭时，原木屑应该占更大比例，3种出菇后废菌棒所占比例应该控制在适当的范围内。

2.4 聚戊糖含量

半纤维素是指除纤维素和果胶外的植物细胞壁聚糖，半纤维素经酸水解可生成五碳糖和六碳糖为主的多种单糖，聚戊糖是指半纤维素中五碳糖组成的高聚物的总称。木腐菌菌棒出菇前后木质素和聚戊糖含量对比情况见图5。

图5 木腐菌菌棒出菇前后聚戊糖和木质素含量对比Fig．5 Comparison of lignin and pentosane for fungus culture medium and the residue of virgulate after cultivating

由图5可知，香菇、黑木耳和灵芝出菇后废菌棒聚戊糖含量较接近，在23%～28%，低于3种未出菇菌棒；香菇、黑木耳和灵芝3种出菇后废菌棒的聚戊糖含量分别降低了7．82%、3．44%和8．65%。说明香菇、黑木耳和灵芝菌棒使用后，其半纤维素受到菌类作用发生分解，聚戊糖含量在出菇前后差异非常明显，其中香菇出菇前后菌棒的聚戊糖含量相差值最大为24．52%，黑木耳出菇前后菌棒差值16．22%，灵芝出菇前后菌棒差值14．07%。

出菇前后菌棒聚戊糖含量的差值小于其综纤维素、硝酸乙醇纤维素、α纤维素含量的差值，灵芝出菇前后相差最大，为8．65%，香菇出菇前后差值为7．82%，黑木耳出菇前后相差值为3．44%。说明在菌类出菇过程中分解消耗的大部分物质为纤维素和α纤维素类，对半纤维素消耗较少。

2.5 木质素含量

木质素是一类复杂的芳香族物质，对木材的颜色有重要的影响[11]，且与纤维素、半纤维素共同形成植物骨架的主要成分，在数量上仅次于纤维素。木质素是苯丙烷基衍生物通过碳碳键和醚键聚合而成的三维结构天然高分子化合物，填充于纤维素构架中，以增强植物体的机械强度，是生物质原料无胶高温挤压成型的重要原因[12]。木质素含量太高易导致生物质原料固化成型时内应力的大大增加，最终导致制得机制棒表面的开裂等相关问题；木质素含量太低易导致成型困难和机制棒的密度过小等问题。从表1可知，6种物质的木质素含量都在23%以上，且都位于24%～28%区间，其中灵芝出菇后菌棒的木质素含量最低为24．60%。由图5可知，香菇、黑木耳和灵芝出菇前后菌棒的木质素含量差异较小，其中香菇、黑木耳出菇后菌棒的木质素含量呈升高趋势，主要是因为其纤维素和半纤维素含量降低导致其木质素含量相对升高。因此，木质素含量上的差异对香菇、黑木耳和灵芝菌棒出菇后废弃料对木屑替代量的增加影响较小。

3 结论与讨论

香菇、黑木耳、灵芝未出菇菌棒的灰分含量明显低于其出菇后菌棒，出菇后菌棒灰分含量最低的是灵芝废菌棒，为3．19%，而香菇和黑木耳出菇后菌棒的灰分含量分别为6．02%，5．94%。可以部分替代木屑制备机制炭。

香菇、黑木耳、灵芝出菇后的冷水抽提物、热水抽提物、苯醇抽提物、1%NaOH抽提物等4种抽提物含量均大于出菇前，且苯醇抽提物和1%NaOH抽提物含量在出菇前后差异非常明显，说明香菇、黑木耳、灵芝出菇后比出菇前含有更多的低分子多戊糖和木素。苯醇抽提物方面，香菇出菇后菌棒的含量和较其出菇前增长率都最高，分别为11．81%和467．79%；黑木耳和灵芝出菇后废菌棒的苯醇抽提物含量均小于8%，较其出菇前增长率分别为106．55%、40．19%。1%NaOH抽出物方面，香菇、黑木耳和灵芝菌棒出菇后废弃料的1%NaOH抽出物大于未出菇废弃料，增长率分别为128．72%、13．95%和32．69%。

对综纤维素、α纤维素、硝酸乙醇纤维素3个纤维素含量指标进行了对比，香菇、黑木耳、灵芝菌棒未出菇菌棒的综纤维素含量分别为79．25%、80．02%和68．69%，出菇后其综纤维素分别降低了30．05%、16．93%和10．9%；香菇、黑木耳和灵芝出菇后废菌棒的硝酸乙醇纤维素含量较其出菇前下降较明显，分别降低18．37%、9．79%和9．97%；说明香菇、黑木耳和灵芝等真菌在生长过程中，会因真菌的分解作用而消耗大量纤维素。而对比聚戊糖在出菇前后含量的变化，聚戊糖含量在出菇后会有少量降低。香菇和黑木耳出菇后木质素含量有少量上升，但灵芝出菇后的木质素含量有少量降低，说明食用菌在出菇过程中，对木质素含量的影响较低。香菇、黑木耳、灵芝3种废菌棒可用于机制炭的制备，但存在纤维素和木质素含量低、灰分含量高等不利因素，限制了其替代木屑制备机制炭的用量。

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Chemical Composition for Three Kinds of Wood-decay Fungus Culture Medium and the Residue of Virgulate after Cultivating

WEI Hai-long1,ZHOU Wei2,ZHUANG Xiao-wei1,PAN Xin1,HUANG Jun2,HU Chuan-jiu1,CHENG Jun-wen1
（1．Key Laboratory of Forestry Resources Biological and Chemical Utilization of Zhejiang,Zhejiang Forestry Academy,Hangzhou 310029,China;2．Zhejiang Agriculture and Forestry University,College of Engineering,Lin’an 210037,China）

Nine chemical components of Lentinus edodes,Auricularia auricula-judae and Ganoderma lucidum for culture medium,the residue of virgulate after cultivating and of pine sawdust were analyzed and compared．The results showed that the ash content of L.edodes virgulate after cultivating was the highest of 6．02%in the sample,so it was not suitable for machine-made rod．In the results of cold water extractives,hot water extractives and 1%NaOH extractives of L.edodes virgulate after cultivating was also the highest in all samples,which mean the L.edodes virgulate after cultivating contained more low molecular pentose and molecular lignin．The benzene-ethanol extractives of virgulate medium for L.edodes was the highest of 11．81%in samples．The benzene-ethanol extractives of virgulate medium for A.auricula-judae was the lowest and the number was 1．68%．The change of lignin in virgulate and virgulate after cultivating was small．Holoeellulose,α-cellulose,nitric acid-ethanol cellulose,pentosane in virgulate were higher than these in virgulate after cultivating．

Lentinus edodes;Auricularia auricula-judae;Ganoderma lucidum;virgulate;chemical composition

S646.9

A

1003-8310（2017）01-0036-05

10．13629/j．cnki．53-1054．2017．01．009

浙江省省院合作项目（2013SY15）。

魏海龙（1974-），男，硕士，副研究员，主要从事食用菌方面研究。E-mail:whlwlp＠163．com

2016-09-20