菌菇培养废弃物饲料化加工处理技术研究进展

■许宏扬 刘沛尧 张绍波 王新慧 齐智利

（华中农业大学动物科技与动物医学院，湖北武汉 430070）

随着我国农业现代化的发展，大规模集约化、现代化养殖场兴起，足量优质的饲料成为影响生产养殖的主要问题。由于中美贸易政策的不确定性，2018年我国进口玉米、高粱、小麦等饲料同比减少24.7%、29.9%和27.8%，中国进口蛋白原料量大幅下降，进口成本不断上升[1]。为从根本上解决这一问题，还需要大力开发优质饲料原料。

我国是世界上最早食用和培育食用菌的国家。食用菌目前是我国第五大种植产业，据中国食用菌协会统计，2010年～2018年间，食用菌的产量持续增加，2018年总生产量增加到3 789万吨[2]。菌菇培养废弃物是食用菌收割后，培养用的培养基与残留菌丝体的复合物[3]。菌菇培养废弃物由菌丝体、木屑、棉籽壳和稻壳等物质组成，内含丰富的菌体蛋白、纤维素、矿物元素和生物活性物质[4-7]。高效开发与加工利用菌菇培养废弃物能为饲料工业以及畜禽养殖提供充足的物质保障。

1 菌菇培养废弃物资源现状及组成

1.1 菌菇培养废弃物的资源现状

据统计，2018年中国食用菌产量达3 789 t，占世界总产量的75%，产值超过3 938亿元。有研究显示，每生产1 kg食用菌能产生5 kg菌菇培养废弃物[8]。目前只有少部分菌菇培养废弃物被循环再利用，而绝大多数菌菇培养废弃物都被丢弃[9]。菌菇培养废弃物现如今主要处理方式为焚烧，焚烧中会产生大量有毒有害气体（如CO、SO2），造成环境的污染，危害人们的健康。同时焚烧也会产生CO2等温室气体，引发全球变暖问题。然而菌菇培养废弃物中含有大量的营养成分，通过焚烧处理会造成资源浪费，寻求菌菇培养废弃物的新的处理方式，已成为未来食用菌行业可持续发展的主要问题。

1.2 菌菇培养废弃物的主要组成成分

我国食用菌的种类超过300多种，以香菇、平菇、金针菇为主[10]。菌菇培养废弃物中含有木质纤维性材料、养分调理性物料以及pH调理性物料。菌菇培养废弃物种类不同，其组成成分也不相同（见表1）[11]。

表1 常规菌菇培养废弃物的原料组成(%)

2 菌菇培养废弃物营养价值评定

食用菌的生物固氮作用可以将菌菇培养基质中的无机氮转化为菌体蛋白，收菇后菌菇培养废弃物中会残留部分菌丝体，使菌菇培养废弃物蛋白质含量增加。同时食用菌对纤维素的分解转换能力较强，能较好地分解菌菇培养废弃物中的粗纤维，易于动物消化吸收。在食用菌栽培中，食用菌的种类、收菇次数、生长条件以及菌菇培养废弃物原料的种类都会影响菌菇培养废弃物饲料的营养价值，因此不同菌菇培养废弃物的营养成分存在一定程度的差异。常见菌菇培养废弃物的常规营养成分见表2[12]。

表2 常见菌菇培养废弃物常规营养成分（%）

3 菌菇培养废弃物加工处理技术

目前菌菇培养废弃物加工处理技术主要有三种：物理加工、化学加工和生物处理。各加工处理技术大致步骤见表3。

表3 不同菌菇培养废弃物加工处理技术

3.1 物理加工

菌菇培养废弃物中含有大量有机物质（如粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和钙磷等），可直接被动物消化吸收[13]。用收菇3～4茬的鲜菌菇培养废弃物按一定比例添加到畜禽饲料中，直接饲喂给动物。菌菇培养废弃物可以直接用于饲养鱼类、家禽、猪和奶牛，以替代部分的鱼粉、玉米等原料，还可以直接代替一部分全价饲料使用[14]。使用时，遵循先少量试喂，再慢慢增加的原则，要注意观察动物的反应，慢慢增加用量，如果无异常，可以增加用量[15]。菌菇培养废弃物还能经过晾晒、烘干或粉碎后，与其他日粮配料混合后进行饲喂。挑选优质菌菇培养废弃物，应该选取表面干净，块茎粗大，除去表面泥污和腐烂的部分，用石灰水浸泡菌菇培养废弃物2～3 d再进行消毒处理，处理后的菌菇培养废弃物可直接饲喂动物或加工储存。

此种物理加工虽操作简便、节省人力，但对菌菇培养废弃物中一些较难消化的营养物质（如粗纤维等）未做处理，适口性相对较差，可能会导致动物进食量下降。

3.2 化学加工

菌菇培养废弃物的化学加工工艺主要是降解其纤维素含量，使其所含有的营养成分得到初步优化，利于动物消化吸收，主要化学处理分为酸碱水解处理与酶解处理。

酸碱水解处理主要是利用硫酸、氢氧化钠和氢氧化钾。酸化处理中，纤维素在酸性条件下更易被水解为单糖等物质。碱处理可以使木质素形成疏松多孔结构，能有效被动物体内酶水解成单糖物质而消化吸收[16]。苏秋权[17]研究不同梯度料液比1∶（13～18）酸处理菌菇培养废弃物时发现，随着硫酸体积增加，水解效率先降低后提高再降低，在料液比1∶17时水解效率最高。碱化处理是将30%～40%的氢氧化钠溶液按照菌菇培养废弃物干物质3%～5%的比例均匀喷洒在菌菇培养废弃物上，调节菌菇培养废弃物内水分大约为40%，装袋，密封保存[18]。

酶解处理是通过添加外源性酶体系对菌菇培养废弃物内物质进行降解。菌菇培养废弃物中富含大量纤维素、半纤维素与木质素，同时也含有纤维素酶，木质素会吸附纤维素酶而使其失活，导致菌菇培养废弃物中纤维素不能被降解。外源添加纤维素分解酶（如木聚糖酶）能提高纤维素分解效率。苏秋权[17]研究表明，最佳加酶量为200 IU/g。

化学处理可将菌菇培养废弃物中的木质素和粗纤维等物质分解，提高动物对菌菇培养废弃物的利用率及饲用价值，但化学处理同样也存在适口性差等问题，这可能导致动物采食量降低。

3.3 生物处理

生物处理是对菌菇培养废弃物进行发酵，通过发酵的方式使菌菇培养废弃物中的纤维素、半纤维素以及木质素等物质能进一步降解，提高菌菇培养废弃物利用率。目前生物处理主要有三种方式：青贮发酵、自然发酵和接菌发酵。

3.3.1 青贮发酵

将新鲜的收割的菌菇培养废弃物晾晒至水分为60%～70%时，经粉碎、消毒后进行青贮。青贮方式可为塑料袋青贮、堆式青贮和窖式青贮。无论何种青贮方法，青贮时应放一层菌菇培养废弃物（约10 cm），撒菌菇培养废弃物量5%的盐，最后用塑料薄膜盖好[19]。青贮发酵是利用乳酸菌的发酵作用，产生大量乳酸，抑制有害菌的生长。

3.3.2 自然发酵

自然发酵是一种厌氧发酵，是利用菌菇培养废弃物自身微生物进行发酵。将菌菇培养废弃物晒干后粉碎，然后添加1%左右的米糠混合均匀，装袋压实、密封，发酵5～7 d。

3.3.3 接菌发酵

将粉碎后的菌菇培养废弃物接入预先培养好的菌种进行发酵[20]。将菌菇培养废弃物进行灭菌、干燥、粉碎和筛分后，再将活化的菌种喷洒在处理好的菌菇培养废弃物上，混合均匀，装入窖或大缸等容器内，用薄膜密封进行发酵，散发酒香即发酵成功，此时把发酵物摊晾、烘干即可饲喂畜禽。经过特定菌种的发酵，菌菇培养废弃物中难降解成分得到更好的利用，提高营养价值。具体发酵流程见图1。

图1 一般菌菇培养废弃物发酵饲料的制作工艺流程

生物处理可在一定程度上提高饲料的营养价值及其适口性，且提高了动物的免疫及消化利用率，还能抑制菌菇培养废弃物内残留孢子的竞争作用，但菌菇培养废弃物在发酵过程中，由于微生物发酵的环境复杂，各种物质成分的存在，使得发酵难度加大，不易控制。

4 发酵菌菇培养废弃物在生产中的应用

食用菌菌菇培养废弃物中含有大量纤维素、半纤维素和木质素，动物很难直接消化利用菌菇培养废弃物[21]。而菌菇培养废弃物经过发酵处理后，纤维素与木质素进一步降解，粗蛋白含量也有所升高，粗蛋白的体外消化率高达70%，可作为家禽和动物氮的潜在来源[22]。郑有坤等[23]发现，用乳酸菌和酵母菌发酵后的菌菇培养废弃物，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和可溶性碳水化合物的含量显著降低，同时蛋白质的含量有所提高。发酵后的菌菇培养废弃物不仅含有丰富的营养物质，而且能抑制病原菌的生长，促进有益菌的繁殖，提高动物的消化率和免疫功能[24]。

4.1 发酵菌菇培养废弃物在单胃动物中的应用

发酵菌菇培养废弃物可作为麸皮的替代物饲喂猪。叶红英等[25]研究发现，用发酵菌菇培养废弃物代替40%猪饲料能促进育肥猪生长，降低猪的腹泻率，大大增加养殖效益。Song等[26]研究表明，在育肥期巴克夏猪的基础日粮中添加≥5%的发酵平菇菌菇培养废弃物，猪的日增重与菌菇培养废弃物添加量呈负相关，而在添加了3%的发酵平菇菌菇培养废弃物混合饲料后，对巴克夏猪的生长性能、胴体性状、肉质和脂肪酸有积极影响，这可能是由于饲喂超过5%水平的发酵料会增加巴克夏猪的胃乳酸浓度，从而降低生长猪胃肠道细菌水平，抑制其生长性能。曹启民等[27]研究表明，在基础日粮中添加20%的灵芝菌菇培养废弃物发酵饲料在降低成本的同时一定程度改善了猪肉品质，提高了瘦肉率。

在家禽的应用中，有研究表明，饲料中添加10%发酵棉籽粕菌菇培养废弃物可显著提高仔鸡存活率和群体均匀度，同时发酵鸡粪臭气明显减少，氨浓度显著降低[28]。池雪林[29]在蛋鸡基础日粮中添加发酵灵芝菌菇培养废弃物，发现蛋鸡产蛋性能有所提升，此外灵芝发酵菌菇培养废弃物组中的鸡蛋胆固醇含量显著降低。在降低鸡蛋胆固醇效果方面，灵芝发酵菌菇培养废弃物与灵芝发挥了类似的作用，可能的原因是菌菇培养废弃物中残留与灵芝中相同的养分。

4.2 发酵菌菇培养废弃物在反刍动物中的应用

大多数研究表明，普通菌菇培养废弃物能满足反刍动物适口性，但使动物对菌菇培养废弃物的消化利用率显著降低。有研究表明，菌菇培养废弃物经微生物发酵后，能提高饲料粗蛋白含量和瘤胃降解率，饲喂肉牛能显著提高日增重[30]。王宇等[31]用金针菇菌菇培养废弃物替代30%～50%的粗料饲喂肉牛，结果显示与对照组相比，试验组的饲喂对提高肉牛日增重有积极影响。与普通菌菇培养废弃物饲料相似，菌菇培养废弃物发酵饲料在饲喂奶牛后能显著提高奶牛产奶量且能增强奶牛免疫功能，改善奶牛健康[32]。在羊生产中，曲强[33]研究发现，发酵菌菇培养废弃物能显著提高肉羊采食量与日增重，增加养殖效益。郭万正[34]也在研究中表明，利用杏鲍菇发酵菌菇培养废弃物替换12%的粗饲料饲喂山羊，能显著提高山羊日增重。

5 小结与展望

食用菌菌菇培养废弃物有产量高、营养价值丰富等特点，但由于国内食用菌菌菇培养废弃物现代化利用起步较晚，大量菌菇培养废弃物资源因焚烧而浪费且造成环境污染。近年来，国内蛋白质饲料原料紧缺，养殖成本不断升高，含有大量营养物质和生物活性物质的菌菇培养废弃物逐渐进入人们视野，菌菇培养废弃物饲料化趋势已不断加强，常见菌菇培养废弃物的主要营养成分研究已取得普遍认可。目前菌菇培养废弃物饲料化的主要加工处理方法有物理加工、化学加工和生物处理。在生产中的应用发现，菌菇培养废弃物发酵处理能进一步降解纤维素和木质素等物质，增加菌菇培养废弃物粗蛋白含量。此外发酵后的菌菇培养废弃物还能抑制病原菌的生长以及提高动物的免疫和消化率。由于菌菇培养废弃物中大量微生物以及生物活性物质的存在，大大降低了青贮发酵的效率，因此需要添加发酵促进剂，而目前促进剂的种类繁多，促进剂的添加剂量、作用机制尚不清楚，发酵条件与添加工艺还需进一步研究。