食用菌免瓶袋筐栽体系建设探究与实践

高攀宏，刘伟丽，杨硕林

（1.昂磐智能装备（山东）有限公司，山东 济宁 272000；2.山东农业工程学院机械电子工程学院，山东 济南 250199）

食用菌产业具有“不与人争粮、不与粮争地、不与地争肥、不与农争时、不与其他产业争资源”的“五不争”特性。生产上，食用菌多采用农林废弃物作为基质，并使用立体化周年栽培。食用菌具有产量高和产值大的特点，推动食用菌产业发展可有效实现农业废弃物的资源化，促进农业生态循环，是支撑国家粮食安全的有效途径[1-3]。

从山东省食用菌各主产区情况可以看出在山东省六大食用菌主产区（县）中，济宁独占30%，产值和产量均在全省名列前茅，其中，大棚平菇是济宁各产区的主栽品种。近年来，随着平菇产量增加及劳动力成本上升，同质化的竞争使顺季栽培大棚平菇的经济效益日渐降低，亟需对平菇生产进行技术创新和产品升级，以提质增效[4-5]。

从国际看，欧美日韩等发达国家及中国台湾地区，工厂化食用菌生产占比90%以上，且自动化程度比较高，不论日韩主栽的金针菇还是欧美主栽的双孢菇，均已实现包含采收在内的全程机械化。反观山东省栽培量较大的传统优势品种，鲜有采用工厂化栽培模式的。像平菇、毛木耳、香菇和黑木耳等，目前均以农法袋栽为主，其菌艺难以满足工厂化生产需求，是阻碍济宁市食用菌产业长效发展的重要因素[6-8]。

全程机械化是食用菌智慧工厂化生产的基础，是食用菌产业发展转型升级的关键所在。在前期市场调研、机型分析和部分装置预研的基础上，设计装置组可以进一步深入研究食用菌生产线的工艺布局并破除传统软体塑料袋机械装备的结构缺陷，打破软体塑料袋在机械化生产时工序多、效率低、机械结构复杂和故障率高的桎梏[9-11]。

受限于塑料袋的软体结构，使用塑料袋生产食用菌时，机械化生产难度大、工序多、效率低和故障率高。长远看，袋栽仅适用于农法小规模栽培，因此亟需以全程机械化生产为目标，以工厂化大规模生产为应用场景，开发新的食用菌栽培容器，其意义重大。

从产品角度讲，山东省内主栽的大叶平菇不耐储运，叶边容易碎裂，因此会影响其商品性，从而限制了销售半径。而国外工厂常栽的小平菇品种——秀珍菇，因其口感嫩滑，深受消费者喜爱，是平菇产品最佳的升级方向。同时，对秀珍菇进行富硒功能化改造，依托本地优势农业的秸秆资源，调配研制新的栽培基质，特别是实施免瓶袋筐栽技术，可对食用菌产业降本、提质和增效起到关键作用。

1 研究内容

受限于塑料袋的软体结构，使用塑料袋生产食用菌，机械化生产难度大、工序多、效率低和故障率高。长远看，袋栽仅适用于农法小规模栽培，亟需以全程机械化生产为目标，以工厂化大规模生产为应用场景，开发新的食用菌栽培容器。本设计开发新的食用菌栽培容器，对传统农法袋栽食用菌的工厂化和智慧化进行了提升，针对袋栽本质上不适用于工厂化生产路线问题进行了提升。文章创设出了可应用于平菇、毛木耳、香菇和金针菇等多种食用菌生产的栽培容器及配套各环节自动化设备，对容器规格、生产工艺和设备结构进行建模分析和性能评价，确定工艺和设备结构参数，研制出满足平菇智慧工厂化生产的“食用菌免瓶袋筐栽体系”，实现平菇生产过程的全氧发菌和全程宜机，全面优于现有日韩瓶栽工厂化生产体系。较之袋栽，生产效率提升近十倍，又能满足广大消费者对食用菌安全低价的需求，因此是未来食用菌生产的优选技术路线。并在此基础上，研制配套的养殖、采摘、收集和分级等一体化设备，使得全程宜机化水平得到全面提升。

本设计是在同类最成熟食用菌生产体系的基础上，针对平菇品种做的优化提升，本质上遵从平菇的生物学特性，通过机械化的方式或精巧的设计，对生产工序进行优化合并。

见图1，本设计直接“一筐到底”，省却了栽培瓶和袋，理论上更先进，相关文献资料及调研发现对平菇全程机械化暂无相关记载，因而本项目是非常先进的。此种方法打破传统农法袋栽食用菌在工厂化和智慧化提升上的界限，创设新型栽培容器—免瓶袋栽培筐，是对现有袋栽和瓶栽工厂化体系的底层突破，具有较高的推广价值。

图1 食用菌免瓶袋筐栽模型Fig.1 The edible fungus basket planting model without bottle bag

2 关键技术内容

本设计研究针对平菇生产，以秀珍菇为例，针对新开发的食用菌栽培容器的设计，设置3 种出菇模式及对应的采菇机。

2.1 夹取式采菇机

见图2，环筒上出菇采收时采用夹取式采菇机，达到采收程度的平菇，使用叉车叉运到输送线上，进行机械化调正并输送到采收工位。在采收过程中，竖向伺服电机通过丝杠副带动采菇机械手上下运动，以采摘不同层筐的平菇，水平伺服电机通过丝杠副带动采菇机械手前后运动，以采摘每层不同位置的平菇。

图2 气缸驱动采菇夹板模式Fig.2 The cylinder driven mushroom collecting splint mode

采摘时采用气缸驱动夹板，夹住平菇菌柄底部，然后，竖向伺服电机驱动丝杠副带动采菇机械手上行，将平菇整丛从培养基上进行分离，水平伺服电机通过丝杠副带动采菇机械手回到暂存仓入口处，松开采菇夹板，使平菇落入暂存仓，完成一个采摘循环，重复上述动作，直至整托采收完成。

2.2 启盖式食用菌采收机

见图3，孔盖侧出菇模式采用启盖式食用菌采收机。部分食用菌品种，为了使菇型更好看，常采用小孔出菇模式，为了兼容敞口出菇模式，在开启掉封闭的侧盖后，会增加一个有出菇孔的出菇盖，平菇沿出菇孔生长，达到采摘标准后，采用机械将出菇盖连同平菇一同取下，然后进行菇盖分离，从而实现平菇的启盖式采收。

图3 孔盖侧出菇模式Fig.3 The mushroom production mode at hole cover side

主要实现方式是通过夹取机构，如同啤酒瓶的起盖结构，以行或者列为单位，整排或整行的夹取结构，同时伸入到框体内，起开出菇盖，连同采摘的平菇一起取出，之后进行菇盖分离，这样出菇盖还可以二次循环利用。

2.3 摇摆式食用菌采收机

见图4，敞口侧出菇模式采用摇摆式食用菌采收机。传统的大叶平菇，常采用侧向敞口出菇模式，此时，可将侧向出菇达到采收标准的平菇，整托的平菇通过摇摆式食用菌采收机的采收通道，每层的采收卡爪会卡住平菇菌柄根部，在偏心轴承摇摆系统的带动下，不停挤压晃动，将平菇从培养基上分离，并且随着链式刮板采摘传动装置下移，不断刮取侧面生长的平菇，整体上实现食用菌大面积高效采收。

图4 敞口侧出菇模式Fig.4 The mushroom production mode at open side

3 整体效益

投入生产后，3 种采收机的采收速度均大于1 000 kg/h/台。另外，为了提高生物转化率，本设计装置在平菇生产时，计划一潮菇采用椭圆环筒上出菇模式，以获得更大的出菇面积，从而获得较高的出菇量；二潮时，原出菇面不能再次搔菌，拟采用孔盖/敞口侧出菇模式，对侧面出菇孔进行搔菌和催蕾，以便在保证出菇一致性的同时，获得较高的二潮生物学转化率。

成熟度与规格识别主要针对传统袋栽香菇这种不定时和不定向出菇的菇类及生产方式，本文主要针对平菇，香菇采收暂不涉及。本团队研发的香菇生产体系及香菇采菇机采用更先进的技术路线，可促使香菇像工厂化金针菇一样，整齐现蕾，同时采收，免去采收前成熟度与规格识别程序，效率更高，造价更低，采收效率可达1 000 kg/h/台，采收损伤率低于5%。高效自动采收是本研发的核心目标和主要创新点，所有其他的改善，都是为了达成这一有益效果。

本设计采用硬质（塑料）栽培筐，很多工艺类似瓶栽金针菇，但因为筐的敞口更大，且免除了瓶栽的装筐上架工序，效率显著高于瓶栽。当前的工厂化金针菇生产实践已经证明，瓶栽的生产效率高于袋栽，装瓶和接种等核心环节的效率数倍于袋栽，因此，本项目完全可以在袋栽“提高食用菌生产效率50%”基础上再提高20%。

本设计可采用类似瓶栽金针菇装瓶时的压实打孔工艺，沿竖向打多个孔，既便于通氧，又便于液体菌种接种发菌，相较于固体菌种，采用液体菌种的平菇菌棒发菌周期可缩短15 d 以上，用时仅为传统“袋栽+固体菌种”发菌周期的40%，且液体菌种制种费用低，周期短，不用挑杂，配合能够全氧发菌的免瓶袋栽培筐，还能省去刺孔工序，因此，本设计完全可以在袋栽“降低成本20%”的基础上再降低10%。

因本设计的免瓶袋栽培筐为可重复使用的硬质塑料产品，和工厂化金针菇的栽培瓶类似，综合使用成本低，但初始投资费用高，若形成3.5×104t 级平菇产能，即年产720×104筐，日产2×104筐，两潮平菇按40 d 计，则需要80×104个免瓶袋栽培筐，初始投资比袋栽高1 600×104元。

免瓶袋栽培筐40 d 一循环，一年9 循环，相比于袋栽，每年可节省塑料袋费用400×104元，在只考虑节省的塑料袋费用的情况下，4年即可收回成本。

4 关键技术与创新

4.1 关键技术难点

针对全球范围内平菇生产的自动化水平均较低的问题，本项目研发主要是实现平菇的智慧工厂化生产，扩大食用菌生产规模，提高生产效率，降低生产成本，周年化供应市场，引领全球平菇工厂化生产。

其关键技术难点一是平菇栽培容器的定位装夹问题，尤其是在出菇状态下的，采菇时的定位装夹问题；二是提高平菇培养基质的生产效率，提升发菌质量，优化出菇模式，提高平菇工厂化生产的生物学转化率，降低生产成本；

三是将工厂化金针菇生产管控系统的成熟经验，引入到平菇工厂化生产中，结合平菇自身的生物学特性及菌机、菌艺，实现智能化和智慧化生产，项目达到装填料速度按质量计可达10 000 kg/h以上，超过装瓶速度，并且无需脱袋。

4.2 创新点

围绕共性关键技术或应用示范等层面，本设计装置主要创新点有：一是独创的可重复使用并便于装夹和定位的栽培容器，可用于多种食用菌生产，是提升食用菌生产效率和降低成本的基础和最关键点，也是实现智慧工厂化的核心点；二是一潮菇上面出，二潮菇侧面出，每次出菇前均可进行搔菌作业，保证了出菇的一致性这一工厂化食用菌生产的核心目标，为机械化采收创造了便利；三是整托的转运和采收，采菇机的机械手运行空间大，极大的提高了采菇效率。

5 总结

受限于塑料袋的软体结构，使用塑料袋生产食用菌，机械化生产难度大、工序多、效率低和故障率高等一系列问题，亟需以全程机械化生产为目标，以工厂化大规模生产为应用场景，开发新的食用菌栽培容器。此背景下创设出了可应用于平菇、毛木耳、香菇和金针菇等多种食用菌生产的栽培容器——食用菌免瓶袋筐栽体系，实现平菇生产过程的全氧发菌和全程宜机，并在此基础上建立3 种出菇模式及对应的采菇机，实现规模化养殖和采摘，进而实现提质增效。