不同产地玉米芯的持水率及其相关性分析

李秋月 冯 占,* 金宇昌 李贺文 刘亚兰 熊 艳

不同产地玉米芯的持水率及其相关性分析

李秋月1冯 占1,2*金宇昌2李贺文1刘亚兰1熊 艳1

（1. 江苏华绿生物科技股份有限公司，江苏 泗阳 223700；2. 江苏华骏生物科技有限公司，江苏 泗阳 223700）

比较2019年来自黄淮海地区的山东、河南和河北3个产地的玉米芯的持水率，对玉米芯的持水率、容重和颗粒度指标进行相关性分析，进而获得颗粒度与持水力及容重的回归方程。结果为：①玉米芯持水率以山东的较高，河南的次之，河北的较差；②玉米芯持水率与容重、颗粒度均存在一定的相关性，持水率与2 mm以下颗粒占比之间有正相关关系，即2 mm以下颗粒占比越多，持水能力越强；③结合主成分分析和回归分析，得到山东和河南的玉米芯参数回归公式1=3.514﹣0.2151+2.2452﹣0.0043，以及河北玉米芯参数的回归曲线2=2.612+0.1061+2.4972（式中，1表示山东和河南的玉米芯持水率，2表示河北的玉米芯持水率，1表示玉米芯6～8 mm颗粒度百分比，2表示玉米芯2 mm以下颗粒度百分比，3表示容重），用以调整不同颗粒度的玉米芯比例，实现不同产地的玉米芯在使用时能够达到同等持水率，从而稳定培养基特性。

黄淮海地区；颗粒度；玉米芯；持水率；容重；相关性分析

玉米是我国三大粮食作物之一，产地主要分布在东北和黄淮海地区。玉米芯是玉米果脱除玉米粒后的果轴，玉米芯产量约占玉米产量的21%，是一种产量巨大的农副产品，来源广泛、价廉易得。2013年，全国玉米芯总产量达4 588.25万吨，东北和黄淮海地区分别为1 185.41万吨与1 586.61万吨[1]。目前，玉米芯除用于制备糠醛、木糖醇等外，很大一部分被作为农业废弃物直接燃烧，造成资源浪费和环境污染[2]。

玉米芯具有组织均匀、硬度适宜、吸水性强、韧性和耐磨性好等优点，是一种重要的可回收利用资源[7]。20世纪90年代开始，玉米芯逐步代替木屑在食用菌栽培中广泛应用[3-6]。据相关文献报道，在黑木耳、杏鲍菇、鲍鱼菇、双孢蘑菇培养料中加入颗粒大小适当的玉米芯，能显著提高单产和生物学效率[8-11]。经分析发现，颗粒度大小适当的玉米芯具有良好的持水性能，能够增强培养基的保水性，使培养料底部不积水，并且水分分布比较均匀。

考虑生产成本因素，各食用菌栽培工厂选用玉米芯时，往往是就地或就近取材。由于玉米芯资源使用的多元化，加之国内食用菌产业的发展促使食用菌栽培工厂数量和规模快速增加，单靠本地玉米芯资源已无法满足食用菌工厂的需求，因此不得不使用异地来源的玉米芯。因地域性差异，各地种植的玉米品种不尽相同，致使不同产地的玉米芯性状存在明显差异。用于食用菌栽培时，由于培养料的物理性状不稳定，最终造成产量与品质不稳定。但目前对此少有研究报道。

本研究通过对山东、河南和河北等3个不同产地的玉米芯物理性状进行分析和比较。以颗粒度、容重和持水率为测试指标，测定颗粒度与持水力和容重之间的关系，采用回归分析获得基于颗粒度百分比与持水力的估算回归方程，为食用菌工厂化栽培过程中玉米芯原料的质量评估和收购论价提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为2019年来自山东、河南、河北等3个产地的玉米加工后的散包玉米芯。所采集的300批次样品具有良好代表性。

1.2 实验器材

电子天平（感量0.01 g）、电热鼓风干燥箱、蒸馏水、1 000 mL烧杯、2 mm标准分样筛、6 mm标准分样筛、8 mm标准分样筛、振动筛。

1.3 试验方法

（1）水分测定。分别称取3个产地的玉米芯样品100 g，置于105 ℃烘箱中烘干至恒重，按公式（1）计算玉米芯含水量：

式中，为玉米芯含水量（%）；为烘干前玉米芯重量（g）；1为烘干后玉米芯重量（g）。

（2）持水率测定。将不同产地的玉米芯样品逐个混合均匀后，各称取50 g放入1 000 mL烧杯内，依次加入定量蒸馏水，使其完全浸泡在水中，用玻璃棒搅拌均匀，静置30 min。然后用纱布覆盖烧杯口将水分过滤至不再有水滴滴落为止。每个产地玉米芯样品同时做3个重复。称重，并按公式（2）计算其持水率：

式中，为玉米芯的持水率（%）；为吸水后的玉米芯重量（g）；0为玉米芯干重（g）。

考虑到玉米芯自身的水分对其吸水率存在一定影响，按公式（3）计算其干重，式中，0为干料重量，为玉米芯含水量（%）：

（3）容重测定。将不同产地的玉米芯样品逐个混合均匀后，自然散落在1 000 mL烧杯内，至最大刻度线，用玻璃棒刮平样品后称重（不含烧杯重量），并按公式（4）计算其容重：

式中，为玉米芯的容重（%）；为容器内玉米芯的重量（g）。

考虑到玉米芯自身的水分对其容重存在一定影响，为便于平行对比，将所有玉米芯水分设定为13%标准值，并按公式（5）进行换算：

式中，1为玉米芯在13%水分下的容重；为玉米芯容重（%）；为玉米芯含水量（%）。

（4）颗粒度测定。目前的玉米芯已逐渐商品化，其颗粒一般通过初步筛选。在工厂化食用菌生产中，若玉米芯颗粒6～8 mm及以上的占比过高，制作培养基时易因培养料孔隙度过大而发生栽培瓶积水，出现灭菌不彻底，造成栽培瓶污染；若玉米芯颗粒2 mm以下的占比过高，则易因孔隙度较小导致培养料透气性差，不利于菌丝生长。因此在选料时，需严格控制颗粒度8 mm以上、6～8 mm及2 mm以下这3类的占比。

本试验称取100 g玉米芯样品，使用标准的8 mm、6 mm、2 mm网筛过筛，分别称取2 mm以下、6～8 mm和8 mm以上颗粒度玉米芯的重量，并按公式（6）（7）（8）计算各颗粒度百分比：

式中，1、2、3分别为8 mm以上、6～8 mm和2 mm以下颗粒度的玉米芯百分比（%）；1、2、3分别为8 mm以上、6～8 mm和2 mm以下颗粒度的玉米芯重量（g）。

1.4 数据分析

用SPSS 17.0软件对来自3个产地的玉米芯原材料持水率、容重和颗粒度百分比等4个参数进行主成分分析、多重比较及相关性分析。用SPSS 17.0软件建立玉米芯颗粒度与持水率的回归方程。采用R语言的ggplot2绘制主成分分析图。

2 结果与分析

2.1 不同产地玉米芯4个物理性状指标的主成分分析

采用R语言的ggplot2软件对3个产地的玉米芯的持水率、容重、6～8 mm颗粒度百分比及2 mm以下颗粒度百分比进行主成分分析，基于第一和第二主成分数据对所有玉米芯样本进行绘图（图1）。

图1 不同产地玉米芯的4个物理参数的主成分分析

从样本在二维图形中的位置和互相间的距离可知，河北来源的玉米芯样本归为一类，山东和河南来源的玉米芯样本虽有区别但有很大一部分是重叠的。

2.2 不同产地玉米芯特性的差异显著性分析

用SPSS 17.0软件对3个产地的玉米芯持水率、容重和颗粒度百分比等进行差异显著性分析。结果（图2A）显示，3个产地的6～8 mm颗粒度百分比存在显著差异（p<0.05），其中河北的较高，河南次之，山东的较低。2 mm以下颗粒度百分比，山东与河南的相比，差异不显著，但两者与河北的相比，差异均达显著水平（图2B）。对3个产地的玉米芯颗粒度均值的分析可知，山东与河南的颗粒度较为接近，但与河北的差异较大。这符合主成分分析结果。由图2C可知，山东的玉米芯持水率与其他两个地区的存在显著差异，但河北与河南之间的差异不显著；玉米芯的持水率整体上以山东较高，河南次之，河北较低。图2D显示山东、河南、河北的玉米芯容重之间均存在显著差异，河南较高、山东次之、河北最低。

表1 玉米芯指标间相关性分析

注：*在0.05水平（双侧）上显著相关，**在0.01水平（双侧）上极显著相关。

图2 不同来源地玉米芯的4个物理参数Duncan双尾测验法多重比较

2.3 不同产地玉米芯4个物理性状指标的相关性分析

由表1所示，持水率与6～8 mm颗粒度百分比之间呈极显著负相关，6～8 mm颗粒度百分比越高，持水能力越差；而与2 mm以下颗粒度百分比之间则呈极显著正相关，2 mm以下颗粒度比例越高，持水能力越强。容重与6～8 mm颗粒度百分比间呈极显著负相关，6～8 mm颗粒度比例越高，容重越低。持水率和容重呈显著负相关，容重越大，持水能力越弱。表明颗粒度与玉米芯的持水率和容重有很大的关系。

2.4 玉米芯颗粒度百分比与容重、持水率的回归分析

前文主成分分析结果显示，来自山东和河南的玉米芯样本物理性状重叠较多，因此将两组数据结合起来进行回归分析。由表2方差分析结果（F检验）可知，“F统计量”的概率Sig值为0.000（<0.01），验证了本研究多元线性回归方程的有效性。

表4 河北产地玉米芯参数回归方差分析（F检验）

表5 河北产地玉米芯参数回归分析

由回归模型（表3）可得到以下公式：

1=3.514﹣0.2151+2.2452﹣0.0043（9）

其中，1表示玉米芯持水率，1表示6～8 mm颗粒度百分比，2表示2 mm以下颗粒度百分比，3表示容重。相关系数=0.421或2=0.177。

由表3可知，6～8 mm、2 mm以下颗粒度百分比及容重的Sig值分别为0.655、0.000（<0.01）、0.000（<0.01）。表明2 mm以下颗粒度的百分比与容重、持水率的关系较大。

对河北产地的玉米芯参数的方差分析（F检验）结果（表4）可知，“F统计量”的概率Sig值为0.000（<0.01），证明该多元线性回归方程的有效性。

由回归模型（表5）可得到以下公式：

2=2.612+0.1061+2.4972（10）

其中，2表示玉米芯持水率，1表示6～8 mm颗粒度百分比，2表示2 mm以下颗粒度百分比。相关系数=0.324或2=0.105。

表2 山东和河南产地玉米芯参数回归方差分析（F检验）

表3 山东和河南产地玉米芯参数回归分析

由表5可知，6～8 mm、2 mm以下颗粒度百分比的Sig值分别为0.830、0.000（<0.01）。表明2 mm以下颗粒度百分比与持水率的关系较大。

3 结论与讨论

黄淮海地区的玉米栽培品种主要以先玉335与郑单958居多。这两个品种产出的玉米果轴在颜色方面有较大差异，即市场上常见的“白轴”与“红轴”（图3）[12, 13]。目前工厂化食用菌栽培中多选用“白轴”。其实，这是一个误区。

图3 不同产地的玉米芯

注：左一采于河北；左二、左三采于山东；右一至右三均采于河南。

玉米芯组织结构主要由芯髓、木质环形体、粗疏膜片和细密膜片4部分构成，不同部分的含水量及持水率差异很大，通常芯髓和膜片的持水率较高[14]。一般果轴直径较粗、长度较短的玉米芯，芯髓部分较粗，膜片也较浓密，持水率相对要高；而果轴细长的玉米芯，芯髓部分较细，膜片也较稀疏，持水率要差一些。因此，决定玉米芯持水率的高低不在颜色，而在于果轴直径，一般“粗轴”玉米芯的吸水率高于“细轴”玉米芯。

数据分析表明，不同产地的玉米由于受到气候条件、土壤质地、栽培品种及习性等因素的影响，其果轴的粗细不一，致使玉米芯的持水率出现差异。以黄淮海地区为例，山东地区玉米芯持水率较高，河南地区的次之，河北地区的较低。

玉米芯的持水能力与容重和颗粒度均存在一定的相关性。本试验表明，玉米芯的持水率与容重呈显著负相关，与6～8 mm颗粒度百分比呈负相关，即容重越大、6～8 mm颗粒度占比越高，该玉米芯持水能力越弱。反之，玉米芯的持水率与2 mm以下颗粒度百分比呈正相关关系。

结合主成分分析结果，在对不同玉米芯颗粒度百分比与持水率和容重的回归分析中，将山东和河南的样本数据作结合回归分析，而对河北的样本参数则作单独分析，分别得到两个回归公式，从而由玉米芯颗粒度百分比计算得到其持水率。

一般情况下，玉米芯的容重、持水率特性是人为无法干预的。但是在玉米芯的加工过程中，其颗粒度大小的筛选则可以通过不同的粉碎工艺完成。因此，在食用菌工厂化生产中可根据工厂自身的生产工艺条件，结合不同产地玉米品种确定不同的玉米芯颗粒度标准，以获得所需的玉米芯持水率。如使用河北产的玉米芯，可适当调高较小颗粒度玉米芯的比例，从而使培养料的保水性趋于稳定，最终实现稳定生产的目标。

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Research on correlation of water holding ratio of corncob from different habitats

Li Qiuyue1Feng Zhan1, 2* Jin Yuchang2Li Hewen1Liu Yalan1Xiong Yan1

（1. Jiangsu Chinagreen Biotechnology Co., Ltd., Siyang, Jiangsu 223700, China; 2. Jiangsu Huajun Biotechnology Co., Ltd., Siyang, Jiangsu 223700, China）

The water content, water-holding ratio, volume weight andgranularity of corncob produced in 2019 from Huanghuaihai region (Shandong, Henan, and Hebei Province), were measured.Based on SPPS and ggplot2 software, these fourphysical characteristics indexes were analysed emphasis on the regression analysis of the percentage of corncob granularity between volume weight and water-holding ratio. Conclusions are as follows: ①the water-holding ratio of corncob from Shandong was the best, followed by Henan, and the water-holding rate of corncob from Hebei is the worst. ②There is a certain correlation between water-holding ratio and volume weight and granularity of corncob. The water holding rate is positively correlated with the proportion of particles below 2 mm, that is, the more the proportion of particles below 2 mm, the stronger the water holding capacity of the corncob. ③Combined with principal component analysis and regression analysis, the regression formula of the corncob parameters from Shandong and Henan was obtained,1=3.514–0.2151+2.2452–0.0043, and the regression curve of Hebei corncob parameters2=2.612+0.1061+2.4972(1represents the water-holding ratio of corncob from Shandong and Henan,2represents Hebei corncob water holding rate,1represents the percentage of corncob granularity of 6～8 mm,2represents the percentage of corncob granularity below 2 mm,3represents the volume weight). It is used to adjust the proportion of corncob with different granularity, to achieve the same water-holding ratio characteristics of corncob from different producing areas, so as to stabilize the characteristics of culture medium.

corncob; water-holding ratio; volume weight; granularity; Huang-Huai-Hai Region; correlation analysis

S646

B

2095-0934（2020）06-412-06

李秋月（1990—），女，助理农艺师，从事食用菌工厂化栽培技术研究。

*通讯及并列第一作者：冯占（1985—），男，农艺师，从事食药用菌工厂化生产管理及栽培技术研究与应用。E-mail：wdyx12126@126.com。