黑木耳黑威15菌丝生长最佳环境参数研究*

2018-09-22李建军姜永成孟庆祥单琪凯朱世伟华秀萍

中国食用菌 2018年5期

李建军，姜永成，孟庆祥，单琪凯，王岩，朱世伟，华秀萍

（佳木斯大学机械工程学院，黑龙江佳木斯 154007）

养菌是食用菌生产过程的关键环节，菌丝生长状态受培养料物理特性（含水率、密度）影响[1]，适宜菌丝的微环境能使菌丝发育整齐，长势增强；随着养菌技术的发展，过氧化钙作为食用菌培养料添加剂被广泛应用，其遇到培养料中的水分会发生分解反应：2CaO2＋2H2O=2Ca(OH)2＋O2↑，在反应中缓慢释放氧气而增加菌袋内含氧量，从而满足菌丝对氧气需求。当前对黑木耳（Auricularia auricula）菌丝微环境理论研究不断深入，张介驰等[2]分别以“黑29”一级母钟和二级菌种为试验材料，分析了培养料含水率对木耳菌丝生长和出耳影响；张跃华等[3]研究了过氧化钙添加量对菌丝发育状况影响。上述研究将含水率、过氧化钙添加量仅作为单一因素探究其与菌丝长势关系，得出菌丝生长微环境模型，并未考虑两者共同作用下菌丝生长状态及其相互作用关系，所得环境参数并非最佳环境参数。

本研究以提高菌丝密度（长度）为目标，利用二次回归正交试验，研究培养料含水率、密度、过氧化钙添加量三因素及其交互作用对菌丝长势影响，通过方差分析与优化，得出黑木耳黑威15二级菌种养菌阶段菌丝微环境模型及其最佳工艺参数。试验表明，菌丝在所得参数环境下发育整齐，长势最佳，以期为木耳养菌阶段菌丝微环境调控提供定量生理指标和分析方法。

1 试验材料

1.1 菌株选择

黑木耳（Auricularia auricula）“黑威 15”（HW15）二级菌种，由黑龙江省科学院微生物研究所菌种保藏中心提供。

1.2 菌种制作

马铃薯、葡萄糖、琼脂培养基：马铃薯切块200 g，置于1 L水中煮沸，熟而不烂为宜，滤液通过纱布倒入干净铝锅内，取20 g琼脂放入滤液加热，搅拌融化，再将滤液补足1 L放回铝锅，加入20 g葡萄糖，加热搅拌融化。趁热分装于20 mm×20 mm的试管，装入量为试管1/5；培养基试管分装后进行高压灭菌；超净工作台接种，放入28℃恒温箱，10 d长满斜面；每试管母种接5瓶原种，每瓶原种接30袋栽培种[4]。

1.3 栽培料制作

培养料原料：新鲜柞木刨花木屑、粗红麸皮、粗稻壳糠、黄豆粉，分别以77%～79%、8%、7%、5%配比，辅料为过氧化钙，原料经自然风干与辅料拌匀，再经107℃烘干加水设定其含水率，采用15．5 cm×32 cm 丙烯袋手工装袋，装料 1 kg～1．25 kg，袋内培养料密度一致，不打孔，封口后菌包体积为1．57×10－3m3[1]，采用高压灭菌，其温度 105℃，1．8 h后完成灭菌。

2 试验设计

黑木耳为好气性中温型真菌，常温下菌丝均可生长，22℃～32℃为适宜温度，潮湿、氧气充足、宽松的生长环境内，菌丝生长旺盛，适宜湿度为55%～75%[5]，考虑本试验为研究培养料物理特性对菌丝生长的影响，且由于菌丝生长对温度要求相对较低，所以设计试验因素时不考虑温度，即设计三因素培养料含水率（A，%）、过氧化钙添加量（B，%）、培养料密度（C，kg·m－3），单目标菌丝密度（长度）试验，因素水平表见表1。为提高试验数据全面性，增加γ因素水平，以获取准确的试验结果。试验实际值和编码值见表1。试验共27组（中心点重复6组），每组做3次，取均值。其中菌丝密度（长度）计算方法见参考文献[6]。

3 结果分析

3.1 生长环境模型

生长环境模型分析试验在佳木斯大学食用菌栽培试验室进行，结果见表2。方差分析结果见表3。

表1 因素水平表Tab.1 Factor level table

表2 试验结果表Tab.2 Result of experiment

表3 方差分析表Tab.3 Analysis of variance table

模型具有显著影响（P<0.001），P<0.05为显著项，三因素对菌丝密度具有显著影响；含水率（A）一次项、过氧化钙添加量（B）一次项对菌丝生长有显著影响；含水率（A）二次项、过氧化钙添加量（B）二次项对菌丝生长有极显著影响；含水率（A）和过氧化钙添加量（B）交互项对菌丝生长有显著影响；培养料密度（C）对菌丝生长影响不大。失拟值=0.05，失拟显著，表明还有其他因素对结果产生影响；R2=0.89，信噪比=11.89，校正系数=0.84（大于0.80），变异系数（CV） =14.67%（小于15%），说明模型拟合程度好（不考虑其他因素对结果影响），能够解释试验数据并对菌丝生长环境参数进行初步分析。

3.2 单因素作用

单因素作用试验结果见图1。

回归方程中1个因素置为零水平，分别考虑培养料含水率（A）、过氧化钙添加量（B）、培养料密度（C）对菌丝密度影响，得到单因素回归模型：培养料含水率（A）：Z=16.26-1.18×A-3.03A2，氧化钙添加量（B）：Z=16.26-1.29×B-3.51B2，培养料密度（C）：Z=16.26-0.20×C-1.23C2。

图1 单因素对菌丝影响Fig．1 Effect of single factor on mycelium density

由图1看出，培养料含水率和过氧化钙添加量置为零水平，菌丝密度随着培养料密度变化呈先升后降的变化趋势，但变化幅度不大，说明培养料密度对菌丝生长影响较轻。培养料含水率和培养料密度置为零水平，过氧化钙添加量对菌丝密度影响剧烈，－1～0水平阶段，菌丝密度随着过氧化钙添加量增加不断升高，并与培养料含水率影响曲线相交于最高点，此后呈下降趋势，下落幅度略大于培养料含水率影响曲线；当过氧化钙添加量和培养料密度置于零水平时，培养料含水率影响曲线和过氧化钙添加量影响曲线趋于一致，但激烈程度略低于过氧化钙添加量。由此得出三因素对菌丝密度影响程度顺序：过氧化钙添加量（B）最大、含水率（A）次之、培养料密度（C）最小。

3.3 交互作用

3．3．1 AB 交互作用

图2 培养料含水率和过氧化钙交互作用对菌丝密度影响Fig．2 Effect of interaction between the water content of culture material and the calcium peroxide content on mycelium density

AB交互作用试验结果见图2。AB交互作用响应曲面图（图2）呈凸面，培养料含水率、过氧化钙添加量交互作用明显，两者对菌丝密度影响呈先增后降趋势，但影响程度基本一致：当培养料含水率或过氧化钙添加量在零水平附近，另一因素对菌丝密度影响曲线先升后降，且影响剧烈，表明65．75%培养料含水率能将0．95%过氧化钙全部分解，此时氧气浓度最大，菌丝长势最佳。培养料含水率或过氧化钙添加量在低水平和高水平附近，另一因素对菌丝密度影响曲线平缓，此时放氧量偏低或过高：培养料含水率处于低水平不能完全分解过氧化钙，所释放氧气无法满足菌丝生长；过氧化钙添加量处于高水平，会消耗大量水分，菌丝因缺水生长缓慢。培养料含水率和过氧化钙添加量同时近零水平时（含水率为65．75%，过氧化钙添加量为0．95%），菌丝密度达到最大值16．8 mm。

3．3．2 AC 交互作用

AC交互作用试验结果见图3。

图3 培养料含水率和密度交互作用对菌丝密度影响Fig．3 Effect of interaction between the water content and thedensity of culture material on mycelium density

AC交互作用响应曲面图（图3）呈侧山脊形，可看出培养料含水率与培养料密度交互作用对菌丝密度影响较大，当培养料含水率在低水平或高水平时，培养料密度变化对菌丝密度影响平缓，但低水平培养料含水率对菌丝密度影响程度整体要高于高水平培养料含水率，说明培养料含水率过高菌丝呼吸作用降低。培养料含水率零水平处为山脊，此时培养料密度对菌丝密度影响较大，呈先增后降趋势，培养料含水率66%，培养料密度614 kg·m－3，菌丝密度达到最大值16．9 mm，BC交互作用P值为0．51（＞0．05），对目标值影响较小，所以BC交互作用不予分析。

4 模型优化

利用Design Expert优化模块，以最大菌丝密度为目标，得到最优三因素组合：培养料含水率65．75%，过氧化钙添加量0．95%，培养料密度719 kg·m－3，菌丝密度系数 17．55。

5 结论

以最大菌丝密度为目标，完成黑威15二级菌种养菌阶段菌丝微环境模型实例化构建并得出其最佳因素组合：培养料含水率65．75%，过氧化钙添加量0．95%，培养料密度 719 kg·m－3。

三因素对菌丝密度影响程度顺序为过氧化钙添加量最大，培养料含水率次之，培养料密度最小；前两因素影响程度趋于一致，其一因素置为零水平，另一因素对菌丝密度影响曲线先升后降，且影响剧烈，表明65．75%培养料含水率能将0．95%过氧化钙全部分解，此时氧气浓度最大，菌丝长势最佳。应将过氧化钙添加量和含水率作为重要因素进行控制，尤其培养料含水率严格控制在64%～66%范围内，过氧化钙添加量不可超过1．2%。当培养料含水率在67．5%附近，此时培养料密度对菌丝密度有显著影响，前期影响较小，当超过730 kg·m－3时，菌丝密度急剧下降，适宜培养料密度应为720 kg·m－3～730 kg·m－3。

对比普通养菌车间，改善后的生长环境内，菌丝密度系数平均增加5．1。由于本次试验考虑菌丝在常温下均能生长，并未设置温度作为影响因素，其他因素交互作用对菌丝密度影响还有待研究[4，8－10]。