基于隧道式发酵金针菇菌渣的双孢蘑菇培养料制备分析*

柯斌榕，廖剑华，卢政辉，兰清秀，应正河

（福建省农业科学院食用菌研究所特色食用菌繁育与栽培国家地方联合工程研究中心，福建 福州，3500014）

隧道式发酵作为一种高效，控制精准的堆肥发酵技术，广泛的应用于有机肥生产、作物基质发酵、固体垃圾处理以及草生菌培养料的制备中[1-3]。上世纪70年代，意大利率先将其应用于双孢蘑菇（Agricus bisporus）培养料的制备中，而后在荷兰和法国成功将其应用于双孢蘑菇培养料的产业化制备[4]。双孢蘑菇培养料隧道发酵技术，一般包含一次发酵和二次发酵2个阶段，隧道一次发酵技术使用高压通气系统，利用微生物的代谢升温进行原材料的分解转化，同时消除病原菌以及虫卵、草籽等潜在风险[5]。隧道二次发酵技术是通过巴氏消毒和控温培养，使培养料的选择性进一步提高，从而满足双孢蘑菇生长过程中的营养需求[6-7]。在发达国家双孢蘑菇产业分工十分完备，其培养料一般由大型培养料生产公司提供，例如荷兰的CNC公司（CNC Grondstoffen B.V.）、Walkro公司（N.V Walkro Belgie）等大型堆料公司，其培养料制备均采用隧道发酵技术，每周可生产3次培养料，超过17 000 t，不仅满足本国的原料需求，同时也可出口[8]。

金针菇（Flammulina filiformis）是我国传统栽培的食用菌，因其富含赖氨酸而有助于儿童智力发育，故又称之为“增智菇”[9]。近年来金针菇工厂化栽培随着日本和韩国栽培模式的引进及推广而得到快速发展，工厂化金针菇年产量逐步增加。据中国食用菌协会统计，2018年其产量已经达到了257.56万吨[10]。据此估算每年将有超过200万吨的金针菇废弃菌渣需要处理。传统的焚烧方式不仅不利于环保，也造成了菌渣资源的浪费。因此，尝试利用隧道式发酵技术，同时添加牛粪进行金针菇菌渣的发酵，开展双孢蘑菇培养料的研究，了解金针菇菌渣发酵过程中的理化性质变化，为高效利用金针菇菌渣栽培双孢蘑菇提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试菌株

双孢蘑菇母种W192，由福建省农业科学院食用菌研究所提供。

1.2 试验配方

试验选用的金针菇菌渣由福建万辰生物科技有限公司提供，新鲜金针菇菌渣色泽金黄，可以看见明显的玉米芯颗粒，有轻微的酸味。牛粪呈黑色块状，其中有许多尚未彻底分解的植物纤维，原材料部分理化指标见表1。

表1 原材料的部分理化性质Tab.1 Part physical and chemical properties of raw materials

由表1可知，金针菇菌渣具有较高的含氮量，但pH偏低需要进一步发酵转化，以满足双孢蘑菇的营养需求。试验配方以漳州市龙海等地菇农常用菌渣配方做为参考，配方包含过磷酸钙2%、轻质碳酸钙1%、生石灰0.2%、干牛粪14%、新鲜金针菇菌渣 82.98%[11]。

1.3 试验方法

按常规方法采用喷淋方式进行菌渣及牛粪的预湿，以牛粪块中心吸足水为宜，时间约2 d。预湿结束后将菌渣及牛粪用铲车充分混合，并加入过磷酸钙，轻质碳酸钙及石灰，进一次发酵隧道。一次填料高度1.1 m，根据温度变化情况决定通风时间及通风量，隔3 d进行第一次翻堆。翻堆过程中注意充分混合后再进一次隧道。根据温度变化情况在进行2次翻堆，进二次隧道前培养料的pH一般控制在8左右，含水量控制在约75%。一次发酵结束后，将混合料用铲车转移到二次发酵隧道中，填料高度1.2 m，根据常规二次隧道发酵工艺进行操作。先进行循环平衡料温，再升温到60℃进行巴氏消毒，保持8 h～10 h，巴氏消毒结束12 h左右将料温降至约50℃，控温培养4 h～5 d，最后通入新风将料温降至30℃以下出料。

菌渣培养料发酵过程采用温度记录仪进行培养料发酵过程中的温度监测与记录，一次发酵在近风机端2 m处及远风机端4 m处各放置3个温度探头，探头距离隧道底部分别为20 cm、50 cm及90 cm，分别标记为1-20、1-50、1-90。二次次发酵在近风机端2 m处及远风机端4米处各放置2个温度探头，探头距离隧道底部分别为50 cm及90 cm，分别标记为 2-50、2-90。

1.4 出菇试验

金针菇菌渣培养料的填料高度20 cm，每平方米的投料量为80 kg左右，播种、发菌、覆土和出菇管理均按常规方法进行[12]。

1.5 菌渣培养料理化性质检测

1.5.1 含水量测定

取混合建堆、一次翻堆、二次翻堆、一次发酵结束和二次发酵结束阶段培养料样品各500 g于105℃热风烘干箱中烘干24 h，后计算样品含水量，每个阶段样品重复3次。

1.5.2 pH 检测

采用奥豪斯pH计，分别对原材料、预湿混合、一次翻堆、二次翻堆、一次发酵结束和二次发酵结束时的培养料进行pH检测。

1.5.3 电导率测定

以干样品与蒸馏水重量比1∶6配制样品悬浮液，放置1 h后，用电导率仪（雷磁DDS-307，上海精密科学仪器有限公司）测定不同阶段培养料的电导率Ec值。

1.5.4 碳氮比测定

取混合建堆、一次翻堆、二次翻堆、一次发酵结束和二次发酵结束阶段的培养料样品，烘干粉碎后，分别采用凯氏定氮法和K2Cr2O3氧化的方法测定氮和碳的含量，后计算碳氮比变化[13]。

1.5.5 菌渣培养料感官评价

从原材料及培养料发酵过程中菌渣颜色及气味等方面，对培养料进行直观评价。

1.6 产量统计及数据分析

统计各个潮次的出菇产量，以商品菇规格为采收标准进行切脚并称重，后采用DPS v7.05进行产量及各阶段培养料理化性质的方差分析[14]。

2 结果与分析

2.1 隧道发酵过程温度变化

隧道发酵过程温度变化见图1（一次发酵）和图2（二次发酵），分别检测一次发酵中3个温度探头的数值及二次发酵中2个温度探头处的数值。

图1 一次发酵过程中温度变化Fig.1 The Compost temperature of phaseⅠ

图2 二次发酵过程中温度变化Fig.2 The Compost temperature of phaseⅡ

如图1、图2所示，整个发酵周期为16 d，一次发酵共9 d，每隔3 d翻堆1次，二次发酵7 d。在一次发酵前期金针菇菌渣培养料升温较慢，每小时升温不到1℃。第1次翻堆后随着嗜热微生物数量增加，其代谢作用加强，温度快速上升，最高温度超74℃。可见金针菇菌渣一次发酵过程需要一个较长的升温过程，可以考虑先进行预堆处理，再进入一次发酵隧道进行发酵。

二次发酵阶段，菌渣培养料在平衡时不容易减小温差，料温下降趋势明显。通过16 h的升温，培养料进入巴氏消毒阶段，中间温度可以稳定在60℃～64℃，底层温度在56℃～60℃。控温培养阶段金针菇菌渣培养料温度可以维持在43℃～50℃，底层温度略低于控温发酵温度。通过5 d的控温培养，有利于提高金针菇菌渣培养料的选择性。

2.2 培养料感官评价

培养料发酵是一个动态变化的过程，随着发酵的进行，原材料的颜色、结构、气味等都会发生明显的变化，因此可通过感官评价来判断培养料的质量优劣。金针菇菌渣发酵过程中培养料的变化情况见图3。

图3 金针菇菌渣发酵过程中培养料颜色变化Fig.3 The color change at different stages of composting

由图3所示，金针菇菌渣发酵培养料的颜色逐步加深，与一次发酵阶段发酵料内部在高温作用下原材料发生美拉德反应等热化学反应有关，而二次发酵结束后，由于放线菌的生长，培养料中可以看到许多白色斑点状的放线菌菌落[15-16]。培养料随着发酵进程的推进其气味也从微酸，逐渐产生氨味，到二次发酵结束后，产生一种放线菌生长时特有的香味。培养料的结构也从最初粘腻、污手，转变为手握不黏腻、结构松散、质地柔软，无毛刺感的状态。

2.3 不同发酵阶段培养料含水量、pH及电导率变化

金针菇菌渣培养料发酵过程中含水量、pH及电导率的变化情况见表2。

表2 培养料发酵过程中含水量、pH及电导率变化Tab.2 The water content,pH and Ec at different stages of composting

由表2可知，金针菇菌渣培养料含水量在建堆时达到最高值，后于一次翻堆后显著降低（P＜0.05），因为此时大量水分随发酵温度升高而被蒸发，最后获得的二次料含水量为66.40%。尽管金针菇菌渣的pH较低，但随着预湿过程中的冲淋以及一次发酵过程中氨气的产生，其pH快速提高，最终二次料的pH为8.16，更有利于避免发菌过程中杂菌的侵染。培养料的电导率在建堆时达到最大值，后逐渐降低并在二次结束时略有升高，这可能与建堆时添加轻质碳酸钙及过磷酸钙等辅料有关。但随着发酵进程，部分无机盐类被吸收转化，电导率则逐步降低。同时可以发现，通过预湿喷淋，原料中大量的盐类被水带走，使培养料电导率较低，有利于后期双孢蘑菇菌丝的生长。

2.4 不同发酵阶段培养料碳、氮变化

金针菇菌渣发酵过程中培养料含氮量及碳氮比变化见图4。

图4 培养料发酵过程中含氮量及碳氮比变化Tab.4 Changes of nitrogen content and the C/N ratio in the compost during composting

由图4所示，培养料的含氮量随发酵时间逐步上升，建堆时仅1.57%，到一次发酵结束时达到1.81%，二次发酵结束时培养料含氮量为2.00%。含氮量的增加主要是由于发酵过程中微生物代谢将碳水化合物分解，转化为热量及菌体蛋白[17]。同时由于含氮量的提升及碳素的减少，培养料的碳氮比逐渐降低，从建堆时的28.26逐渐降低为20.36。

2.5 各潮次出菇产量比较

各潮次双孢蘑菇出菇产量统计见图5。

图5 不同潮次产量比较Fig.5 The yield of difference flush

由图5可知，金针菇菌渣培养料栽培双孢蘑菇其总产量可以达到19.25 kg·m-2，其中产量在前三潮较高，占总产量86.61%，而第四潮后则显著降低（P＜0.05）。可见金针菇菌渣通过隧道发酵技术栽培双孢蘑菇，可以在前三潮获得较好的产量。因此通过隧道式发酵获得的培养料，若应用于空调菇房进行周年栽培，可在较短时间获得较高的产量。

3 讨论

培养料质量是双孢蘑菇栽培过程中关键的有机组成。隧道式发酵与传统的菌渣室外一次发酵，室内二次发酵相比，可以提高培养料含水率及含氮量，从而提升培养料质量，同时隧道式发酵能显著缩短发酵周期。由于发酵过程采用高压风机进行强制通风，有效避免了厌氧发酵，有利于培养料发酵的均一性。试验结果表明通过隧道发酵技术可以有效的将金针菇菌渣转化为双孢蘑菇培养料，其二次培养料含水量为 66.40%、pH 为 8.16、电导率为 875.00 μs·cm-1、含氮量 2.00%、碳氮比为 20.36，四潮菇产量可以达到19.25 kg·m-2。其产量相对集中于前三潮，有助于缩短出菇周期，可以减少空调菇房的占用时间，提高周转效率。目前利用杏鲍菇菌渣进行双孢蘑菇栽培已经在漳州地区得到广泛的推广，而对金针菇菌渣的应用还较少[18]。当前菌渣培养料的发酵方式仍沿用传统的稻草发酵方式，发酵过程容易出现厌氧区域，发酵周期需要在20 d以上，隧道发酵周期在16 d左右，且前四潮出菇产量较传统培养料要集中[19]。

菌渣作为一种重要的草生菌替代原料在秸秆资源缺乏的地区被大力开发使用，但仍存在菌渣培养料质量不稳定，质量标准不明确等问题[20-21]。同时因为菌渣与秸秆在物理结构及理化成分上具有较大区别，因此不能直接套用成熟的秸秆隧道发酵模式，需要根据菌渣本身的理化性质进行相应的调整和改进。如在试验过程中发现底部的菌渣培养料易出现结块的现象，易导致通气量降低，造成局部厌氧。此外在发酵过程也发现培养料各部分存在发酵不均匀，二次发酵中存在发酵死角等问题，这些都将直接影响下一步的菇房管理与出菇产量。尽管采用金针菇菌渣隧道发酵得到的培养料，在含水量，含氮量等理化性质优于常规菌渣培养料，但与麦秆、鸡粪为原料的传统隧道发酵料相比仍有许多不足。因此需结合菌渣理化性质，优化隧道式发酵的配方和控制参数，进一步提高双孢蘑菇培养料的质量。