谈配制食用菌培养料时的pH值控制

2018-02-08黄毅

食药用菌 2018年1期

黄毅

谈配制食用菌培养料时的pH值控制

黄毅

（福建农林大学，福建福州 350000）

以问答形式，解释配制培养料时控制pH值的理论依据，不同菌类腐解类型与pH值的关系；说明工厂化栽培必须准确控制pH值的原因，以测试灭菌后培养基的pH值为准的实际意义；详细介绍如何准确测试pH值及生产上调节培养料pH值中存在的实际问题与解决办法。

食用菌；培养料；pH；配制；控制

1 配制培养料控制pH值的理论依据是什么？

菌丝降解、吸收培养料，离不开其分泌的酶，每一种菌类都有与其相适应的酶，酶活性受pH所左右。

酶是由活细胞产生的具有催化活性和高度选择性的特殊蛋白质。木腐菌类食用菌含有纤维解酶、半纤维解酶、木质素酶、淀粉酶、漆酶等多种酶，以胞内酶或胞外酶形式存在于食用菌菌丝前端。菌丝在蔓延时，菌丝前端胞外酶与培养基内的颗粒接触后，在适宜的pH值环境和颗粒表面存在水膜的条件下，各种酶协同降解颗粒，将降解后的小分子单糖类营养物质通过菌丝细胞膜渗透压差，吸收到菌丝体内，并进行正常的新陈代谢。一旦所配制的培养料pH值超出其适宜范围，酶的活性将受影响，菌丝的新陈代谢受阻，表现菌丝蔓延速度减慢。因此，菌丝新陈代谢的活跃度取决于培养料的pH值是否在最适宜的范围内。

2 为什么木腐菌喜欢在偏酸性的环境中完成其生活史？

食用菌分木腐菌和草腐菌两大类。木腐菌又分白腐菌、褐腐菌、软腐菌。白腐菌菌丝胞外酶含有降解木质素的漆酶、木质素过氧化物酶等，是自然界中唯一能够降解木质素的菌类，能将坚硬的倒木（木质素含量高）、枯枝败叶等降解成黄白色海绵状组织。商业化栽培的香菇、金针菇等即属于白腐生菌类，它们的共同特点是含有漆酶，而不同品种间漆酶的含量多寡不同。

褐腐菌孢子散落在残枝、枯叶上，萌发成菌丝。褐腐菌的胞外酶主要降解纤维素和半纤维素，残留下褐色蜂窝状组织，一捏就碎成粉末状，不少多孔菌是属于褐腐菌。

软腐菌多为子囊菌亚门和半知菌亚门类，如球毛壳菌等，主要降解半纤维素。软腐菌多耐高温、高湿和酸碱，对环境的适应性比较强，虽然木材软腐的速度比褐腐和白腐慢，但其破坏性更大。

这三类真菌与森林里其他微生物包括土壤中的细菌等协同作用，降解落叶层的枯枝、落叶等，其过程产生有机酸。有机酸积累后形成酸性腐殖质，成为土壤的重要组成部分参与物质循环，维持森林生态平衡。我们在自然界中常见的各种真菌，也常发生在腐解的倒木、枯死的树桩、落叶层上，木腐菌在酸性培养料中定植并蔓延，是长期适应的结果。

3 为什么草腐生菌类喜欢在偏碱性的环境中生长？

草腐生菌类如双孢蘑菇、草菇等缺乏漆酶，无法降解木质素，所以栽培时只能采用木质素含量相当低的农作物秸秆如水稻、大麦、小麦、玉米秸秆等作为栽培主料，这些材料都为碱性。几个世纪前，欧洲古老磨坊中，人们发现大麦草与马粪（碱性）的混合发酵物可长出美味的双孢蘑菇，然后开始进行栽培且模式不断创新，逐渐形成现今的高度机械化的双孢蘑菇产业。生产经验告诉我们，双孢蘑菇播种时栽培料适宜的pH值为7.2～7.5，出菇前为6.2～6.5。5～6月雨后的稻草堆常会发现草菇，而其栽培已有数百年历史，在我国最早起源于广东省韶关市南华寺，采用纯稻草栽培。稻草呈碱性，且现今栽培草菇时还常使用石灰浸泡，以除去稻草秸秆表层蜡质，便于菌丝直接降解利用。

因此，草腐菌喜欢在偏碱性的环境中生长，是物种长期生长适应的结果。

4 为什么工厂化栽培需要将培养料控制在最适宜的pH值范围？

每种菌类都有适宜的pH值范围，小规模栽培只须控制灭菌后的培养基pH值在适宜的范围。但适宜范围还分适宜的低值、最适宜值和极限值，在同样环境下三者的菌丝蔓延速度存在差别，呈抛物线关系。对于工厂化栽培，严格控制灭菌后培养基的pH值尤其重要，这对缩短栽培周期，提高全年的复种指数，具有现实经济意义。即使是同一品种，由于品系、菌株不同，最适宜的pH值也会有微小差别。

5 为什么一定要以灭菌后测定的培养基pH值为准？

由于灭菌前培养料的pH值存在较大变数，且菌种是在灭菌后的培养基上生长蔓延，所以测定灭菌后培养基的pH值才有意义。

栽培使用的原材料在干燥状态下，颗粒表面的细菌、霉菌等处于休眠状态，一旦加水预湿，微生物就开始活动，快速增殖。在搅拌过程中颗粒间摩擦产生热量，加速料温上升，细菌量呈几何级数上升，导致培养料酸化，pH值下降。因此，为避免培养料酸化，填料工艺要求：从搅拌开始至进锅灭菌的时间尽量控制在2小时之内。而采用高速填料瓶式栽培模式则易于实现。

中小型袋式栽培企业，灭菌锅数量有限，搅拌结束后马上灭菌较难做到。有的企业填充好栽培包，没有及时灭菌，培养料微生物代谢产生的气体甚至能使塑料袋鼓涨（图1）。有的金针菇企业培养料灭菌后接入菌种，仅能看到接种块菌丝恢复，但不吃料。经检测，发现培养基的pH值低于5.5，低于灭菌后栽培料pH值为5.8～6.2的工艺标准。这也说明，接种前精准测定灭菌后栽培料pH值的重要性。

现在较多企业已经注意到培养料的酸化问题，并采取措施降低微生物繁殖速度以减缓酸化进程。有的搅拌培养料时采用地下深井水，减缓搅拌过程料温上升；有的在灭菌车间，锅炉（发热源）砌隔热墙（图2），降低灭菌等待区室温；有的在打包车间与灭菌锅之间，专门设置配备了大功率制冷机组的灭菌等待库，将空间温度降至20 ℃。日本最近开发出具有保温功能的搅拌桶，在夏季通入冰水，在冬季通入蒸汽，解决夏季搅拌过程pH值下降和冬季搅拌桶的结冰问题。

6 为什么培养料灭菌前的pH值较高，而灭菌后会下降1.5～2？

一方面，灭菌前培养料的酸化导致pH下降。另一方面，培养料是多种农副产品下脚料的混合物，各种栽培料都有各自固定的pH值和吸附性。草腐生菌类材料多为秸秆，属于碱性，栽培料仅采用发酵前处理，不经过灭菌。但木腐菌所使用的培养料（木屑等）多为酸性物质，而且是采用熟料栽培模式，必须经过灭菌，实质上也是软化培养料的过程，使培养料pH趋于平衡。在上述两方面影响下，灭菌后的培养料pH会下降1.5～2.0。

图1 塑料袋壁鼓涨

图2 隔热墙

有的栽培经验不足者往往试图通过添加过量的石灰，抑制微生物的繁殖速度，提升灭菌后培养基的pH值。石灰分生石灰（氧化钙）和熟石灰（氢氧化钙）两种，生石灰搅拌过程与水反应会生成氢氧化钙，所以生产上使用两者差别不大。氢氧化钙易溶于水，属于碱性，pH值为12.56。一旦添加石灰过量（超过2%），所配制的培养料就容易超出菌类适宜的灭菌后培养料pH值范围的最高值，同时使培养料内钙离子浓度大幅度飙升，影响菌丝生理代谢。建议采用较安全的轻质碳酸钙（属于弱碱性）和石灰搭配使用以调节培养料酸碱度。

7 为什么接种初期与出菇期培养料的pH值不同？

根据一些企业的经验，将部分食用菌品种接种初期和菇蕾形成初期“吐水珠”时培养料的pH值列于表1。所有木生菌类的pH呈下降趋势，这是在培养过程中菌丝新陈代谢产生有机酸（如柠檬酸、琥珀酸、草酸等）所造成的，产生有机酸量不同，pH值下降的幅度也不同。如与杏鲍菇相比，蟹味菇和海鲜菇弱得多，在适宜的环境条件下，菌丝须经85～100天培养达到生理成熟，而杏鲍菇仅需要38天；香菇则需要120天才达到菌丝生理成熟（有机酸量的积累），满足出菇所必需的pH值；在金针菇的液体菌种实验中，接种后培养液的pH值呈现下降趋势，随后又上升至中性，这一有趣现象不知是否与金针菇属于碱性食物有关。

表1 不同品种不同时期培养料的pH值变化

注：培养时间项除蟹味菇和金针菇是瓶式栽培外，其余均为袋式栽培。

8 如何通过实验，确定所栽培菌类最适宜的pH值？

有人根据笔者所提出的试管梯度测定方法做实验。取口径一致试管，装填培养料（含水量、重量基本一致，仅添加不同百分比的过磷酸钙或石灰），将配置好的不同梯度的培养料填装入各试管至管口。使用略小的试管插入装有培养料的试管中，竖起，小试管口上施于同样重量的重物，基本保证实验试管内培养料的密度一致。高压灭菌后，在无菌条件下接种，培养至定植时画出菌丝起始线，菌丝蔓延至接近试管底部时画出终止线，测量菌丝柱长度，得出在不同梯度pH值下，菌丝的蔓延速度。在最适宜的pH值下，能够获取最大的菌丝量（生物量）（图4～图6，引自朱坚《食用菌品种特性与栽培》）

栽培基本配方确定后，在同一适宜的温度下，可做上述pH值实验，确定适宜pH范围。在此范围内，做1%梯度实验，选择出3个生长速度最快的pH范围，再做0.2梯度试验，找出最适宜的pH值。在此最适宜pH值基础上再做含水量梯度、培养温度等实验，简便又有效。必须注意的是，不同栽培品种所获得的参数是不同的。实验是为生产服务的，由于各地生产所使用的栽培材料、水质不同（各地地貌不同，北方沿海多盐碱地，地表水质多为偏碱性，南方以丘陵，红壤为主，水质多含氧化铁，地表水质多为偏酸性），所以进行实验时须始终使用当地生产中的用水。

图4 香菇pH梯度试验

图5 黑木耳pH梯度试验

图6 草菇pH梯度试验

9 如何测定培养基的pH值？

测定培养基的pH值，最简便的方法是利用pH试纸。市售的pH试纸分为广泛试纸和精密试纸。广泛试纸测定范围为1～14，而精密pH试纸则可以将pH值精确到小数点后一位。精密试纸商品规格有：0.5～5，3.8～5.4，5.5～9.6，6.4～8.0。生产上常先用广泛试纸测出培养基酸碱度范围，再使用精密试纸，进行精确测试。也有不少食用菌企业使用各种便携式pH测定仪测定，更为便捷。

在测试灭菌后栽培包培养基时，往往水分不足，可以添加一些中性水（蒸馏水）测试。

在生产和做生理生化实验中，我们常采用在培养基中加0.2%～0.3%的磷酸二氢钾（KH2PO4）或磷酸氢二钾（K2HPO4）作为调节酸碱度的缓冲试剂。其能够稳定培养基的pH值，维持微生物生长所需的酸碱度。磷酸二氢钾水溶液呈酸性，其1%水溶液的pH值为4.6。磷酸氢二钾1%水溶液的pH值为8.9。

10 为什么在木腐菌生产中常使用轻质碳酸钙？

轻质碳酸钙，也称为沉淀碳酸钙（属于弱碱性），石灰石高温煅烧获得的石灰加水生成石灰乳（主要成分是氢氧化钙），再通入二氧化碳进行碳化，即得到轻质碳酸钙水溶液，沉淀干燥后得轻质碳酸钙，其颗粒极细微。在木腐菌生产实践中常予添加，使用量0.3%～2.0%不等，具体视培养料理化性质决定。轻质碳酸钙属于弱酸强碱盐，能够中和菌丝在蔓延过程中产生的有机酸，属于缓冲剂。如果需要将培养基的pH值再降低（如栽培猴头），可以加入0.5%～1%的过磷酸钙。

有人发现：香菇生理成熟后迟迟不出菇，将哑棒浸泡在1%的工业柠檬酸（一种重要的有机酸，又名枸橼酸）水溶液中12小时后，结果都陆续出菇了。注意：有不良商家为了提高轻质碳酸钙的洁白度，往往添加漂白粉，影响品质。

11 为什么不能够使用重质碳酸钙？

重质碳酸钙是由石灰石直接机械破碎、研磨而成，故又称为研磨重质碳酸钙，在食用菌生产中绝对不能使用。因石灰石往往含有重金属，易导致菌丝重金属中毒，在双孢蘑菇栽培中曾有人因使用重质碳酸钙而导致绝收。

12 为什么在我国台湾地区多使用牡蛎壳粉末调节pH值？

台湾地区有企业使用牡蛎壳研磨成的细粉（pH值为9.52）代替石灰添加到培养料中。而经过高温（800、1000 ℃）煅烧后的牡蛎壳粉末pH值为12.54，用其调配培养料，容易导致pH值波动较大，应谨慎使用。也有的企业将石灰与牡蛎壳粉混合使用，调节培养料pH值，添加量视品种而定，一般为1.2%～2.0%。