油菜秸秆基料对4种常见食用菌产量和活性成分的影响

刘延岭,刘芳芳,邓 林,陶瑞霄,赵志峰,*

(1.四川工商职业技术学院,四川都江堰 611830;2.四川大学轻工科学与工程学院,四川成都 610065)

油菜是我国主要的油料作物之一,种植面积十分广泛,但其秸秆系数高达2.87,仅次于我国规模化栽培作物中的棉花[1]。长期以来,油菜采收后的大面积秸秆副产物直接在田间焚烧,造成了极大的资源浪费和空气环境污染[2]。Mehmood等调查显示,秸秆焚烧产生的PM2.5颗粒量从2002年34.2 Gg增至2016年109.8 Gg,是我国在采收期经常遭受重度雾霾污染的主要原因[3]。基于此,秸秆资源利用技术成为了近年来的研究热点,包括能源利用[4]、土肥利用[5]、饲料利用和食用菌栽培利用等[6],其中食用菌栽培利用可以直接获得较高的经济效益。尽管如此,关于油菜秸秆用于栽培食用菌的报道很少。

油菜秸秆的化学成分主要为纤维素、木质素、半纤维素和粗蛋白,占比总重81.37%[7],具有栽培木腐类和草腐类食用菌的潜质。香菇、平菇、金针菇和黑木耳,是我国4种常见的经济食用菌,其主要活性成分多糖[8-9],具有抗肿瘤[10]、清除自由基[11]、抗氧化[12]和免疫调节[13]等多种保健功效,常被食品商制成滋补营养品,可以产生较高经济价值。研究表明,此4种食用菌的传统栽培基料主要为棉籽壳,也有木屑和玉米芯等为栽培基料[14],目前食用菌栽培基料的研究主要集中在秸秆、稻草等纤维素含量高且物美价廉的农副资源中[6,14],但其主要倾向于研究对食用菌产量的影响,较少关注食用菌中活性成分的影响。对此,本研究通过以油菜秸秆为基料栽培4种常见食用菌,综合分析油菜秸秆基料对食用菌鲜重及生产期,多糖含量和葡萄糖醛酸含量等的影响,期望为油菜秸秆栽培食用菌提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

油菜秸秆 当地收获后经晒干、粉碎所得;棉籽壳、麸皮、蔗糖、石膏 市售;香菇菌株JW1、平菇菌株金凤2-1、金针菇菌株F902、黑木耳菌株耳10号 四川省农业科学院土壤与肥料研究所;葡萄糖标准品(分子量1800～2000000 u)、葡萄糖醛酸标准品 色谱纯试剂,美国Sigma公司;98%浓硫酸、无水乙醇、氢氧化钠、苯酚、3,5-二硝基水杨酸、间羟基联苯等 国产分析纯试剂。

SYQ-DSX-2080B型手提式蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂;SPX-250B-Z型生化培养箱 上海博讯实业有限公司医疗设备厂;LG10-2.4A台式高速离心机 北京时代北利离心机有限公司;V-1100可见分光光度计 上海美谱达仪器有限公司;Waters Breeze GPC凝胶渗透色谱仪 美国沃斯特有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 食用菌栽培及产量计算 参考实验室前期分析油菜秸秆对银耳栽培影响结果,选择油菜秸秆和棉籽壳的比例为4∶6 (w/w)的栽培基料,作为香菇、平菇、金针菇、黑木耳栽培中的油菜秸秆和棉籽壳复配基料组(MY组)。同时,分别以单独使用油菜秸秆(Y组)和单独使用棉籽壳(M组)为栽培基料进行对比分析,综合考察油菜秸秆基料对4种常见食用菌产量和活性成分的影响。食用菌栽培基料按表1配制后,混匀,按基料与水1∶1.2 (w/w)比例向基料中加入水,搅匀,袋装,121 ℃灭菌15 min。将培养袋置于无菌室中晾至常温后,分别接种香菇、平菇、金针菇和黑木耳母种。根据牛长满[15]的方法在25 ℃条件下进行恒温发菌、培养,当第一潮菇成熟后进行采收(只采收第一潮菇)。每一食用菌的每一样品设置11组平行样。称量第一潮菇单袋重量,记为鲜重(g);计算从接种到第一潮菇成熟采收的时间,记为生长期(d)。

表1 食用菌栽培基料的组成成分Table 1 Medium ingredients for edible fungi cultivation

1.2.2 食用菌多糖含量的测定

1.2.2.1 食用菌粗多糖样品制备及得率计算 将采收的潮菇平铺于室内向阳玻璃窗前的瓷台上进行自然晾干(温度25～30 ℃,湿度60% RH～75% RH)后,于70 ℃烘干至恒重,再粉碎过60目筛制成食用菌粉。取一定质量的食用菌粉(M0),加入80倍质量的去离子水,搅匀后于95 ℃下提取4.5 h,过滤后于8000 r/min离心15 min,取上清液于60 ℃下真空浓缩至原体积的1/3,加入浓缩液质量4倍体积的无水乙醇,搅拌至沉淀完全析出,于4 ℃条件下静置24 h后抽滤,用适量无水乙醇洗涤沉淀物(3～4次)后于60 ℃真空干燥6 h,得到食用菌粗多糖样品,称量重量记为M1,按照以下公式计算粗多糖得率(Y,%)。

粗多糖得率(Y,%)=M1/M0×100

1.2.2.2 食用菌多糖含量的测定 参照何照范等[16]所述的苯酚-硫酸比色法,测定食用菌粗多糖样品的多糖含量(CP,%),样品平行测定3次。其中,以葡萄糖为标准品绘制葡萄糖标准曲线,通过线性回归得到方程y=0.0092x+0.0010(x表示葡萄糖浓度,μg/mL;y表示吸光值),方程相关系数为0.9995,葡萄糖浓度的线性检测范围为0～160.0 μg/mL。按照以下公式计算食用菌的多糖含量。

多糖含量(%)=CP×Y×100

式中:CP-粗多糖的多糖含量,%;Y-食用菌粗多糖得率,%。

1.2.3 食用菌葡萄糖醛酸含量的测定 参照Blcmenkrantz等[17]所述的间羟基联苯法,测定食用菌粗多糖样品的葡萄糖醛酸含量(CG,%),样品平行测定3次。其中,以葡萄糖醛酸为标准品绘制葡萄糖醛酸标准曲线,通过线性回归得到方程y=0.0073x+0.0015(x表示葡萄糖醛酸浓度,μg/mL;y表示吸光值),方程的相关系数为0.9990,葡萄糖醛酸浓度的线性检测范围为0～60 μg/mL。按照以下公式计算食用菌的葡萄糖醛酸含量。

葡萄糖醛酸含量(%)=CG×Y×100

1.2.4 分子量的测定 参照耿安静等[18]所述的凝胶渗透色谱法,测定食用菌粗多糖样品的分子量(重均分子量、数均分子量),并计算得到粗多糖样品的多分散性系数(多分散性系数=重均分子量/数均分子量)。样品平行测定3次,其中,以葡聚糖为标准品绘制葡聚糖质量-峰面积标准曲线,通过线性回归得到方程y=9870.34x-45068.57(x表示葡聚糖质量,μg;y表示峰面积),方程的相关系数为0.9998。GPC色谱条件:色谱柱Ultrahyrogel linear(7.8 mm×300 mm),流动相0.02 mol/L NaNO3溶液、pH6.0,流速0.6 mL/min,柱温40 ℃。

1.3 数据处理

采用Excel和SPSS 25.0软件进行数据分析,测定结果以平均值±标准差表示。实验数据采用ANOVA进行LSD方差分析,以P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 油菜秸秆对食用菌产量的影响

以棉籽壳基料(M组)、棉籽壳复配油菜秸秆基料(MY组)和油菜秸秆基料(Y组)栽培香菇、平菇、金针菇和黑木耳,测定4种食用菌在采收时的鲜重,结果如图1所示。可以看出,分别以单一棉籽壳、棉籽壳复配油菜秸秆或单一油菜秸秆为栽培基料时,4种食用菌均可正常生长。值得注意的是,相对于单一棉籽壳或油菜秸秆基料,棉籽壳复配油菜秸秆基料栽培的香菇、平菇和黑木耳,具有最高的鲜重,分别为480.18、485.26和430.16 g,其中香菇和平菇在M组和MY组栽培中存在显著性差异(P<0.05)。但对于金针菇,随着基料中油菜秸秆的比例由0%(M组)提升至40%(MY组)、100%(Y组)时,其鲜重分别降低了47.85%和67.44%。由此表明,以油菜秸秆为单一基料可用于香菇、平菇和黑木耳的栽培,但其鲜重低于油菜秸秆和棉籽壳复配栽培,而基料中油菜秸秆比例越高,金针菇的鲜重越低,这可能与供试金针菇品种相关[14]。

图1 不同基料栽培食用菌的鲜重Fig.1 Weight of edible fungi cultivated with differential medium注:对于同一种食用菌,不同小写字母表示差异显著(P<0.05);图2～图4同。

同时,考察了4种食用菌分别在棉籽壳基料(M组)、棉籽壳复配油菜秸秆基料(MY组)和油菜秸秆基料(Y组)栽培时的生长期,结果如图2所示。可以看出,相对于单一棉籽壳或油菜秸秆基料,棉籽壳复配油菜秸秆基料栽培的香菇、平菇和黑木耳,具有最短的生长期,分别为24.64、19.73和18.64 d,其中黑木耳在M组和MY组栽培中存在显著性差异(P<0.05)。但对于金针菇,随基料中油菜秸秆的比例由0%(M组)提升至40%(MY组)和100%(Y组)时,其生长期分别延长了11.12%和25.83%。前期研究表明,基料中的C/N比是影响食用菌生长的重要因子[19]。牛文娟[7]分析发现油菜秸秆C元素组成的占比为42.89%,N元素组成的占比为0.77%,C/N比为55.70。魏启舜等[20]分析市售棉籽壳的C/N比为79.8。综合推断,在棉籽壳基料中油菜秸秆的比例为40%时,其C/N比为70.16,在设定的栽培条件下,香菇、平菇和黑木耳具有更高的产量。

图2 不同基料栽培食用菌的生长期Fig.2 Growth time of edible fungi cultivated with differential medium

2.2 油菜秸秆对食用菌多糖含量的影响

多糖是4种常见食用菌的主要活性物质[8-9],为进一步考察油菜秸秆栽培对4种食用菌活性成分的影响,分析棉籽壳基料(M组)、棉籽壳复配油菜秸秆基料(MY组)和油菜秸秆基料(Y组)栽培食用菌时,食用菌多糖含量的变化,结果如图3所示。由图3可以看出,以传统棉籽壳基料栽培,食用菌的多糖含量由高到低依次为香菇、金针菇、黑木耳、平菇,这与李承范研究7种食用菌多糖含量趋势一致[21],食用菌多糖含量为5%～10%。此外,随基料中油菜秸秆的比例由0%(M组)提升至40%(MY组)时,香菇、平菇和黑木耳的多糖含量提高了11.09%、24.86%和14.26%,而金针菇多糖含量则降低了17.32%。随基料中油菜秸秆的比例由40%(MY组)提升至100%(Y组)时,4种食用菌的多糖含量都有所降低,特别是金针菇的多糖含量降低幅度高达44.66%。由此表明,在棉籽壳基料中复配40%的油菜秸秆,香菇、平菇和黑木耳的多糖含量显著提高(P<0.05),金针菇则反之。

图3 不同基料栽培食用菌的多糖含量Fig.3 Polysaccharide content of edible fungi cultivated with differential medium

2.3 油菜秸秆对食用菌葡萄糖醛酸含量的影响

多糖的各种生理活性往往与其成分构成密切相关[22],据报道,糖醛酸含量与其抗氧化活性呈正相关,并且抗氧化活性通常是其他生理活动的基础,例如抗炎和抗菌活性等[23]。基于此,通过油菜秸秆对4种食用菌中葡萄糖醛酸含量的影响,进一步分析油菜秸秆用于食用菌栽培的可行性,结果如图4所示。随基料中油菜秸秆的比例由0%(M组)提升至40%(MY组)时,香菇的葡萄糖醛酸含量显著性地提高了16.81%(P<0.05),同时平菇和黑木耳也分别提高了4.65%和4.62%。但对于金针菇,随基料中油菜秸秆的比例由0%提升至40%和100%时,其葡萄糖醛酸含量在持续地降低。由此表明,在棉籽壳基料中复配40%的油菜秸秆,有助于提高香菇、平菇和黑木耳中的葡萄糖醛酸含量,金针菇则反之。

图4 不同基料栽培食用菌的葡萄糖醛酸含量Fig.4 Glucuronic acid content of edible fungi cultivated with differential medium

2.4 油菜秸秆对香菇粗多糖分子量的影响

通过进一步考察多糖含量和葡萄糖醛酸含量最高的食用菌,即香菇,在油菜秸秆比例分别为0%(M组)、40%(MY组)和100%(Y组)的基料栽培中,其产出食用菌的粗多糖样品的分子量分布,分析油菜秸秆栽培食用菌的可行性,结果见表2。由表2可以看出,香菇多糖的分子具有不均一性的特点,不同基料栽培的香菇,其多糖分子量分布不尽相同。尽管如此,栽培基料中油菜秸秆比例分别为0%、40%和100%时,香菇粗多糖样品中重均分子量和数均分子量无明显差异,其中Y组和MY组多糖的多分散性系数分别是M组的1.24倍和1.13倍。由此推断,Y组和MY组香菇粗多糖样品,分子量较大的分子所占比例稍高于M组[24],进一步推断相同质量下,M组的粗多糖的抗氧化活性相对高于Y组和MY组[25]。

表2 香菇粗多糖分子量Table 2 Molecular weight of the crude polysaccharide from lentinus edodes

研究表明食用菌不能直接利用纤维素、半纤维素等大分子有机物,其生长情况与环境中降解纤维素的微生物群密切相关,一些食用菌与微生物甚至存在共生关系[26]。Tian等[27]发现拟杆菌和鞘脂杆菌是油菜秸秆在纤维素发酵降解过程中的优势菌属,由此推断,在油菜秸秆添加量不同的培养基质中,其环境中微生物群体丰度及多样性差异影响纤维素的降解速率,进而影响食用菌生产情况。食用菌子实体营养成分随着培养基质不同而不同,食用菌的多糖组分又与菌丝分化形成子实体密切相关[26],由此推断,食用菌的多糖组分在油菜秸秆添加量不同的培养基质中,也会存在差异。

3 结论

本文以我国油料作物采收后的副产物油菜秸秆为研究对象,通过考察油菜秸秆栽培4种常见食用菌时对其产量和活性成分的影响,分析油菜秸秆栽培食用菌的可行性。相对于常规的棉籽壳基料,单独油菜秸秆基料栽培的食用菌具有较低的产量,但在棉籽壳基料中复配40%的油菜秸秆时,香菇、平菇和黑木耳的鲜重提高至480.18、485.26和430.16 g;生长期缩短至24.64、19.73和18.64 d,其产量高于常规棉籽壳基料栽培的食用菌。在该栽培条件下,香菇、平菇和黑木耳的多糖含量显著性高于棉籽壳基料栽培组(P<0.05),葡萄糖醛酸含量均亦有所提高,特别是在香菇中存在显著性差异(P<0.05)且其粗多糖分子量分布无明显差异。但对于金针菇,油菜秸秆的添加显著性抑制其生长,致使其鲜重、多糖含量和葡萄糖醛酸含量显著降低(P<0.05),生长期显著延长(P<0.05)。因此,本文论证了以油菜秸秆栽培香菇、平菇和黑木耳具有可行性,是一种处理油菜秸秆的有效途径。但尚需深入研究对食用菌中其他活性成分的影响和栽培其他食用菌的可行性。