隧道发酵技术在草菇工厂化栽培过程中的应用

黄琳翔，李 婕，王圣铕，肖淑霞，蔡志英，江玉姬，谢宝贵

(1.福建农林大学食品科学学院，福建 福州350002；2.福建省尤溪县农业局，福建尤溪365100；3.福建省食用菌技术推广总站，福建 福州350003；4.福建省龙海市农业局，福建 龙海363101；5.福建农林大学生命科学学院菌物研究中心，福建福州350002)

隧道发酵技术是将原料发酵为适宜食用菌生长所需养料的过程[1]，该技术既可以杀死原料中的虫卵，又可以减少环境污染，进行废物利用，从而高效地大批量生产出适宜食用菌生长的培养料.隧道发酵过程中不需要蒸汽升温，是一种节能且适用于工业化生产的最佳方式[2].该技术目前多应用于双孢蘑菇的生产过程[3]，在其他食用菌类的应用较少.

草菇(Volvaria volvacea)隶属真菌界担子菌门层菌纲伞菌目光柄菇科，草菇属.草菇是一种喜好高温高湿环境的草腐大型真菌，又名兰花菇、美味草菇、中国菇等，是世界上第三栽培的食用菌，味道鲜美，在营养和药用方面有较高的利用价值[4].我国是第一个栽培草菇的国家，距今已有200多年的历史[5].我国草菇的产量居世界之首[6]，种植地主要分布在广东、广西、福建、台湾等地.在南方，草菇的栽培期主要集中在晚春夏初，属于高温型真菌[7].目前主要是季节性栽培，尚未实现工厂化周年栽培.在福建省11—12月份的温度是一年中温度最低的月份，隧道发酵较为困难，其他月份隧道发酵相对较容易，本次试验在温度最低的时间进行，利用小型发酵隧道，探索了隧道发酵技术和草菇工厂化栽培技术，旨在为实现草菇工厂化栽培提供依据.

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料 (1)栽培料配方：玉米芯30%，甘蔗渣20%，银耳废菌料30%，木薯渣10%，麸皮5%，石灰5%，含水量67%，121℃灭菌2 h，5%接种量.

(2)草菇菌株：V1295由福建农林大学菌物研究中心提供.

1.1.2 仪器与设备 (1)仪器：消化炉(福斯分析仪器公司)；FOSS全自动凯式定氮仪(福斯分析仪器公司)；SPX型智能生化培养箱(宁波江南仪器厂)；FE20PH计(梅特勒—托利多仪器有限公司)；UV—2600紫外分光光度计(岛津仪器有限公司).

(2)发酵隧道：自行设计建设小型试验用草菇发酵隧道(图1)，长3.4 m，宽1.4 m，高2.0 m，采用混泥土与彩钢板结构，地板由混凝土浇筑而成，并预先安装透气嘴，全部孔隙约相当于地板面积的25%，为了便于气流在地板下分布流通，在有孔地板与下层水泥地面之间铺设直径160 mm的通风管道，侧面顶部安放排气口(直径160 mm)，配有离心通风机.在原料发酵过程中，由功率2.2 kW风机产生的强气流经风道和地板孔洞吹过原料，由隧道上部的管道排出或循环利用.隧道空间及料堆中设有温度探头和CO2探头，与控制系统及通风系统联动，通过调整新鲜空气与循环风的比例，可保障原料发酵所需要的氧气和温度.

图1 发酵隧道Fig.1 Fermentation tunnel

1.2 试验步骤

1.2.1 原料预处理 棉籽壳、玉米芯使用前应充分预湿，再按配方比例加入搅拌锅内进行搅拌.

1.2.2 配料、拌料 按培养料配方比例准备好各项原辅材料，用搅拌锅将培养料搅拌均匀.先将银耳废料、玉米芯、甘蔗渣等粗料投入搅拌锅中，再投入木薯粉、麸皮等精料，最后加入石灰；先干拌10 min，再加水搅拌60 min，最终调整培养料含水量至65%～67%.

1.2.3 发酵 培养料搅拌均匀后，将其均匀移入发酵隧道中，装料系数分别为(体积分数)40%、50%、60%，即装料高度为0.8、1.0、1.2 m，进行控温有氧发酵.发酵总时间为120 h，发酵第一阶段为升温阶段[8]，温度会随着发酵过程的进行而升高，对发酵料中的微生物、虫卵进行初步的杀灭，并使栽培料中的木屑等进一步软化分解.发酵前24 h不通风，利用培养料之间存留氧气发酵，使堆温迅速升至60℃以上，24 h后开始控制通风，注意联动控制通风与内循环，不可使堆温急速降低.发酵第二阶段为恒温阶段，随着温度的升高，嗜热微生物开始达到最适生长条件，中低温微生物灭活，当料温升高到60～70℃时嗜热微生物也开始消失，此时应尽量减小通气量，使温度能够在短时间内升高，温度在10 h内维持约60℃[9].第三阶段为腐熟阶段，又称为营养转化阶段，堆肥中有机质经矿化腐殖化最终达到稳定的程度[10]，此时应适当增加通气量使温度降低至48～53℃，保持3～4 d，使原料中的养料分解转化为菌种生长所需要的营养成分，如消耗易分解的有机物，同化和挥发游离氨等.整个发酵过程控制CO2含量为8 000～12 000 mg·kg-1.发酵好的培养料翻堆，温度降到35℃以下时，装筐进行灭菌.

1.2.4 装筐、灭菌 使用80 cm×120 cm×0.005 cm规格聚丙烯塑料膜放入52 cm×38 cm×10 cm塑料筐中，装入栽培料至与塑料筐边缘平齐，每筐装湿料重7.5 kg，堆码式灭菌，121℃时维持90～120 min.

1.2.5 冷却、接种 待筐料温度达28℃以下时，在洁净室内进行接种，每筐接种约200 g.

1.2.6 菌丝培养 菌丝在10～44℃温度下均可生长，但低于20℃时生长缓慢，15℃时生长极微，至10℃时几乎停止生长，5℃以下或45℃以上导致菌丝死亡，因此培养前期，培养室温度29～32℃为宜，培养后期，培养室温度28～30℃为宜.培养料含水量约70%，空气相对湿度控制在90%～95%为宜，空气相对湿度低于80%时，子实体生长缓慢，表面粗糙无光泽，高于95%时，菇体容易坏死和发病，CO2含量应控制在3 500 mg·kg-1以下，当菌丝长满筐后，转入出菇管理.

1.2.7 出菇管理 草菇的子实体在26～34℃均能生长，但温度低于20℃或高于34℃，子实体均较难发育.现蕾前(撕开覆盖膜后1～3 d)，菇房内温度控制在29～31℃，相对湿度控制在90%～95%，CO2含量应控制在1 500～2 500 mg·kg-1.生长期(3～7 d)CO2含量应控制在1 000～1 500 mg·kg-1，培养室温度为28～30℃，CO2含量应低于2 500 mg·kg-1.草菇营养生长阶段对光照要求不严，在无光条件下也可正常生长，转入生殖生长阶段需要光的诱导，才能产生子实体.适宜光照为50～100 lx，忌强光，子实体的色泽与光照强弱有关，强光下草菇颜色深黑，带光泽，弱光下色泽暗淡，甚至白色.

1.2.8 含氮量和含碳量的测定 隧道发酵过程中，在不同的发酵时间，分别选取上层、中层、下层不同位置的发酵料进行含氮量和含碳量的测定.将发酵料烘干，粉碎过100目筛，测定样品中的含氮量[11]和含碳量[12]；每个样品做3个平行重复，同时做空白对照.

1.2.9 统计方法 应用SPSS 16.0软件进行统计分析，各组测定值以平均值±标准差表示，重复3次，组间差异按方差分析进行检验，并用最小显著差法检验作两两比较，以P＜0.05为有显著差异，以P＜0.01为有极显著差异.

2 结果与分析

2.1 发酵过程中的温度、pH变化

福建11—12月份室外温度较低，相对于其他季节隧道发酵较难控制.因此本次试验选择在11—12月进行.在发酵过程中，每隔12 h取样1次，测定发酵料的温度、pH变化(图2、图3)，结果表明，装料系数为50%(装料高度1.0 m)的发酵料前10 h温度几乎无变化，之后温度开始上升，在32 h时达最高温度65℃，之后温度开始下降趋于稳定。维持约50℃，直到120 h发酵结束，此时的温度为49℃.pH从发酵开始时的9.81逐渐降低，直到发酵120 h后，pH为7.79.发酵温度较高，pH略显碱性[13].

图2 发酵过程中温度的变化Fig.2 Changes in temperature during fermentation

装料系数为40%(装料高度0.8 m)发酵时，前12 h温度几乎不变，之后温度开始上升，48 h温度最高为53℃，48 h后温度开始下降，120 h后发酵结束，此时温度为48℃，发酵温度偏低；从发酵开始pH值缓幅降低，120 h发酵结束后pH下降至8.31.

图3 发酵过程中pH的变化Fig.3 Changes in pH during fermentation

装料系数为60%(装料高度1.2 m)发酵时，温度持续升高，64 h达到最高点，最高温度为67℃，60 h后温度开始下降，直到120 h发酵结束，温度降为53℃；pH约9.0.

从结果分析可知，装料高度0.8 m时，发酵料较少，发酵温度整体较低，发酵最高温度仅53℃，无法使木屑杂质充分降解，营养物质无法充分转化，由于发酵温度较低，杀菌效果也较差，无法达到发酵的要求.装料高度1.2 m时，发酵料较多，发酵最高温度可达67℃，为三者中最高，温度变化幅度最大，但pH变化幅度较小，从发酵结束时的pH分析，发酵并不充分，发酵料偏碱性且稍有异味.因此，装料高度1.0 m时较适宜，即装料系数为50%.

2.2 含氮量和含碳量的变化

从发酵开始0 h起，每隔8 h取1次发酵料，直到发酵结束120 h，对所取样的含氮量和含碳量进行测定，测定结果如图4和图5所示，随发酵时间的延长，碳、氮含量均增加.随着发酵的进行，发酵料质地变软，单位质量的发酵料其碳、氮含量随着发酵的延长而升高.发酵过程中发酵料的含氮量和含碳量呈上升趋势，发酵料高度1.0 m时的碳、氮含量总体高于发酵料高度0.8 m和1.2 m的碳、氮含量.

图4 发酵过程中碳含量的变化Fig.4 Changes in carbon content during fermentation

图5 发酵过程中氮含量的变化Fig.5 Changes in nitrogen content during fermentation

对发酵结束后发酵料的含氮量和含碳量进行显著性分析(图6、图7).结果表明：发酵料高度0.8 m的平均含碳量与发酵料高度1.0 m的平均含碳量之间呈现显著差异.发酵料高度1.2 m的平均含碳量与发酵料高度1.0 m之间呈现极显著差异.发酵料高度0.8 m的平均含氮量与发酵料高度1.0 m的平均含氮量呈现显著差异，发酵料高1.0 m的平均含氮量与发酵料高1.2 m的平均含氮量呈极显著差异.因此发酵料高1.0 m时，其碳、氮含量优于其余发酵高度，结合温度、pH的测定结果，确定发酵料高度1.0 m即装料系数50%时，发酵料较优质.

图6 发酵料含碳量Fig.6 Carbon content of fermented material

图7 发酵料含氮量Fig.7 Nitrogen content of fermented material

2.3 出菇试验

2.3.1 塑料框不同装量对草菇农艺性状的影响 选取高度1.0 m的发酵料进行出菇试验(图8)，对塑料框不同装量进行出菇试验，测定草菇的农艺性状(图9～11).草菇的产量、生物转化率和菇体大小均与装料量呈正相关.生物转化率计算式如下[14].

图8 草菇的菌丝培养与出菇Fig.8 Mycelium culture and fruit body of straw mushroom

草菇的平均单框产量如图9所示，装料高度2.5、7.0、10.0 cm三者之间呈现极显著差异；装料高度5.0cm与装料高度10.0 cm之间呈现极显著差异；装料高度10.0 cm时平均产量最高为434.14 g，与装料高度7.0 cm呈现极显著差异.因此可确定最适宜的装料高度为每筐10.0 cm.

图9 草菇的平均单框产量Fig.9 Average single frame yield of straw mushroom

对草菇横径的均值进行分析表明(图10)：装料高度2.5、5.0、7.0 cm之间的草菇横径无显著差异，三者与装料高度10.0 cm的草菇横径存在极显著差异，装料高度10.0 cm时，草菇的横径均值达到最大40.34 mm.对草菇纵径的均值进行分析表明(图11)：装料高度2.5、5.0与10.0 cm之间的草菇纵径呈极显著差异，装料高度10.0 cm时，达到纵径均值的最大值43.71 mm，与装料高度7.0 cm时的草菇纵径呈显著差异，说明装料高度10.0 cm时，草菇横径和纵径的均值明显大于其余3个发酵高度.塑料框装料高度10.0 cm时，生物转化率最高为17.37%，而装料高度2.5、5.0和7.0 cm的生物转化率分别9.05%、10.09%和13.62%.草菇的产量、生物转化率、单朵菇大小均随装料厚度的增加而增加.根据草菇的农艺性状和生长情况，4个装料高度中最适宜草菇生长的装料高度为10.0 cm.

图10 草菇的横径均值Fig.10 Average transverse diameter of straw mushroom

图11 草菇的纵径均值Fig.11 Average longitudinal diameter of straw mushroom

综上所述，装料高度为10.0 cm时草菇生长状况较好.当装料高度不足10.0 cm时，塑料框装料少，草菇产量较低，一方面的原因是冬天栽培时，菇房需要加热维持温度，料少较薄，易失水分，料偏干不利于草菇的生长；另一方面的原因是发酵料薄时，供给菌体生长的营养物质相对不足，造成草菇产量低.

2.3.2 发酵隧道不同装量系数对草菇农艺性状的影响 在发酵隧道装量系数分别为40%、50%和60%，即装料高度为0.8、1.0和1.2 m时进行发酵，发酵结束后，每框装料高度10.0 cm，经高压灭菌后，进行草菇栽培试验，测定农艺性状(表1)，结果表明，发酵料高1.0 m的草菇产量与其余各组的产量均呈极显著差异，生物转化率最高为(17.37±5.54)%；发酵料高1.0 m时，栽培的草菇横径与发酵料高度0.8和1.2 m条件的横径均值均呈显著差异，说明发酵料高1.0 m发酵的培养料较优，适合草菇的生长.

表1 不同隧道发酵料高度栽培的草菇农艺性状1)Table 1 Agronomic characteristics of straw mushroom with different heights of fermented materials

3 结论与讨论

利用隧道发酵技术对原料进行处理，该技术在双孢菇的栽培中已经得到广泛应用，但在草菇生产中应用的相关报道比较少.本研究利用自制的小型发酵隧道进行了草菇生产原料的发酵，对发酵隧道的装料系数以及发酵过程的温度、pH、含碳量和含氮量变化规律进行了研究，结果表明：在40%、50%、60%装料系数中，装料系数为50%时，草菇发酵料的发酵效果最佳，进一步将发酵料转移到栽培框中进行草菇的栽培试验，发现当装料高度为10.0 cm时，草菇的产量较高，草菇的农艺性状最佳.

我国目前食用菌工厂化栽培的品种主要是金针菇、杏鲍菇、秀珍菇等.草菇工厂化栽培目前尚处在研究阶段，主要原因是草菇的生长对环境条件十分敏感，需在高温高湿条件下进行栽培且草菇为好氧菌，因此草菇在栽培过程中容易被污染，其次是因为草菇栽培过程中的工艺技术未得到改进，工厂化栽培未取得较大突破.针对这些问题，杨小兵等[15]对草菇的培养基配方和发酵条件进行优化，并通过人工气候调控、原料高温蒸汽杀菌、深框栽培模式等方法对草菇工厂化栽培工艺优化进行了研究，提高了框式栽培的产量.赵风云等[16]采用框栽、袋栽横置、袋栽竖置3种不同的栽培模式对草菇进行栽培，通过草菇的农艺性状分析表明，袋栽横置模式下草菇的生物学效率最高(21.95%)，比本研究的隧道发酵料框栽高4.58%，因此，栽培料的前处理方式以及相配套的栽培模式有待进一步研究，这些研究结果可为今后草菇工厂化栽培提供依据.

改变我国草菇现有的生产方式并朝工厂化、规模化方向发展是一条必然之路，在现有技术的基础上进一步对高产菌株的筛选和栽培技术进行研究，从而有效提高草菇产量，降低生产成本，促进草菇工厂化栽培.随着经济和科学技术的发展，草菇工厂化生产将具有巨大的发展空间和良好发展前景.