常见菌材主要营养成分及内含物质的分析

2022-09-15苏世贤李婕吴安波黄习妍陈孟谈刘翀须文田风华徐彦军李伟

湖南农业大学学报(自然科学版) 2022年4期

苏世贤，李婕，吴安波，黄习妍，陈孟谈，刘翀，须文，田风华，徐彦军，李伟*

常见菌材主要营养成分及内含物质的分析

苏世贤1,2,4，李婕1,2，吴安波1,2，黄习妍1,2，陈孟谈3，刘翀1,2，须文1,2,4，田风华1,2,4，徐彦军1,2,4，李伟1,2,4*

(1.贵州大学农学院，贵州贵阳 550025；2.贵州大学食用菌研究院，贵州贵阳 550025；3.贵州高原蓝梦菇业科技有限公司，贵州毕节 551500；4.贵州省高等学校设施蔬菜工程研究中心，贵州贵阳 550025)

为筛选适宜食用菌栽培的速生、优质菌材，以在黔北地区收集到的刺槐、肉桂、水青冈、山白树等13个科17个属共17种菌材木段为试材，测定各菌材样品中的碳素成分含量、矿质元素含量和其他内含物成分。经检测、分析得知：17种菌材纤维素含量为35%～53%，半纤维素含量为15%～29%，木质素含量为18%～30%，钾、钙、磷、镁、铜、锰、锌含量分别为602～3270、1080～7590、14～304、153～905、0.83～3.31、1.71～106.00、2.00～15 .00 mg/kg，pH值为4.24～6.72，果胶含量为5.78～12.40 g/kg，总黄酮含量为93.6～4262.8 mg/kg，单宁含量为0.01%～9.16%。木质纤维素及矿质元素有利于食用菌的生长发育，单宁、果胶、总黄酮和不适宜的pH值则抑制食用菌的生长。综合分析表明，枫香树、肉桂、山毛榉、枳椇树、苦郎树和水青冈比较适合作菌材，而马桑树、梨树和刺槐不适合用来栽培食用菌。

食用菌；菌材；营养成分；纤维素；矿质元素

食用菌属于大型真菌，可供食用或药用[1]。按其栽培所需原料可分为木腐菌和草腐菌。木腐菌如黑木耳、香菇等主要以木屑为菌材[2–3]。菌材为食用菌菌丝的生长提供着生空间和养分，而菌材内含物和酸碱特性便成了评价菌材质量的重要指标。

菌材内含物包括碳素营养、矿质元素、单宁、果胶和总黄酮等。菌材的主要碳素营养为木质纤维素。木质纤维素由木质素、纤维素和半纤维素组成，不同菌材的木质纤维素含量和结构组成不同[4]，食用菌菌丝通过分泌胞外酶将木质纤维素底物降解为可直接吸收利用的葡萄糖、蔗糖等小分子物质[5]，从而为菌丝的生长发育提供能量。矿质元素如铁、锌、钙、铜等对食用菌的生长发育有显著影响[6–8]，而果胶、单宁和总黄酮对食用菌菌丝的生长有一定的抑制作用[9–11]。此外，现有研究[12]表明，菌材的酸碱度(pH)往往能决定菌丝的生长速度和子实体的最终产量。

目前，少有文献对菌材内含物及pH进行全面剖析。本试验通过测定17种常见菌材样品中的碳素营养含量、矿质元素含量及其他内含物成分和pH值，采用变异系数法对其进行综合评价，旨在从中筛选出最适宜栽培木腐菌的菌材树种。

1　材料与方法

1.1　试验材料

本试验供试材料为马桑树、合欢树、梨树、化香树、楮树、苦郎树、水青冈、肉桂、刺槐、麻栎、枳椇树、灯台树、山毛榉、樱桃树、枫香树、山白树、木子树。17种菌材均收集于贵州省黔北地区，详情见表1。

表1　17种常见菌材科属信息

1.2　方法

1.2.1试验设计

试验在贵州大学农学院、食用菌研究院和贵州高原蓝梦菇业有限公司进行。去除17种菌材样品表面的污物杂质，清洗、烘干后粉碎成制作菌棒时所需碎片大小，再进行相关指标的测定，各样品每个指标测定3次，最终数据为重复测定结果的平均值。

1.2.2指标测定方法

参照阿布来提等[13]的方法测定木质素、纤维素和半纤维素含量；参照任家兴等[14]的方法测定钾、钙、磷、镁含量；参照卢伟红等[15]的方法测定铜、锰、锌含量；参照周宏等[16]的方法测定果胶含量；参照周广志等[17]的方法测定总黄酮含量；参照马宗桓等[18]的方法测定单宁含量；参照朱振华[19]的方法测定菌材的pH值。

1.2.3综合评分方法

参照白洁等[20]的方法，采用变异系数法计算17种菌材各个指标的权重系数，将各菌材的各指标实际值进行数据标准化处理，采用加权平均的方法确定常见菌材主要营养成分及内含物质的综合评分。

各指标的变异系数按公式(1)计算：

各指标的权重按公式(2)计算：

式中：W表示第个指标的权重；V表示第个指标的变异系数。

采用–score标准化法将各个指标的数据按公式(3)进行标准化处理：

因果胶、单宁和总黄酮对食用菌菌丝的生长存在一定的抑制作用，所以需要在这3个指标前添加负号，确定其标准化数值，然后将各指标的标准化数值与各指标的权重相乘计算总和，便可得到常见菌材主要营养成分及内含物质的综合评分。

1.3　数据处理

运用Microsoft Excel 2010进行数据分析和绘图。

2　结果与分析

2.1　17种菌材的碳素营养含量比较

由表2可知，合欢树、楮树或枳椇树、肉桂、苦郎树或刺槐或木子树、樱桃树或灯台树、梨树或山白树、马桑树、山毛榉或麻栎、化香树、枫香树、水青冈的木质素含量依次升高，水青冈的木质素含量最高(30%)，合欢树的木质素含量最低(18%)。化香树、肉桂、山毛榉、麻栎、苦郎树或枳椇树或枫香树、灯台树或木子树、梨树或楮树、山白树或水青冈、樱桃树、合欢树、马桑树、刺槐的纤维素含量依次升高，化香树的纤维素含量最低，为35%；刺槐的纤维素含量最高，为53%。枳椇树、化香树或麻栎或木子树、山毛榉或苦郎树、合欢树或水青冈或楮树、刺槐或枫香树、灯台树或梨树、马桑树、樱桃树、山白树、肉桂的半纤维素含量依次升高，其中枳椇树的半纤维素含量最低，为15%；肉桂的半纤维素含量最高，为29%。

表2　17种菌材的木质素、纤维素和半纤维素含量

2.2　17种菌材的矿质元素含量比较

2.2.117种菌材钾、钙含量的比较

从图1可以看出，17种菌材钙的含量整体高于钾的含量。钾含量为602～3270 mg/kg，其中苦郎树的含量最高，为3270 mg/kg；梨树的含量最低，为602 mg/kg。钙含量为1080～7590 mg/kg，枳椇树的含量最高，为7590 mg/kg；马桑树的含量最低，为1080 mg/kg。

图1　17种菌材的钾含量和钙含量

2.2.217种菌材磷、镁含量的比较

由图2可知，17种常见菌材中镁的含量整体高于磷的含量。磷含量为14～304 mg/kg，其中，苦郎树的含量最高，为304 mg/kg；化香树的含量最低，为14 mg/kg。镁含量为153～905 mg/kg，其中，枳椇树的含量最高，为905 mg/kg；刺槐的含量最低，为153 mg/kg。

图2　17种菌材的磷含量和镁含量

2.2.317种菌材铜、锰、锌含量的比较

从图3可看出，17种菌材中，铜和锌的含量整体低于锰的含量，各菌材中铜的含量比较接近；铜含量为0.83～3.31 mg/kg，锰含量为1.71～106 mg/kg，锌含量为2.00～15 mg/kg。化香树、肉桂、山毛榉3种菌材的锌含量较高。枫香树、枳椇树、肉桂、水青冈、梨树、化香树等6种菌材的锰含量远高于其他菌材，其中枫香树中的锰含量最高，达106 mg/kg。

图3　17种菌材的铜、锰和锌含量

2.3　17种菌材的果胶、单宁、总黄酮含量及pH

由表3可知，肉桂、楮树、化香树、木子树、苦郎树、枫香树、山毛榉、水青冈、枳椇树、合欢树、樱桃树、灯台树、山白树、刺槐、麻栎、梨树、马桑树的单宁含量依次升高。其中，马桑树的单宁含量最高，为9.16%；肉桂的单宁含量最低，为0.01%。化香树、合欢树、樱桃树、梨树、山毛榉、刺槐、木子树、枫香树、水青冈或山白树、肉桂、楮树、灯台树、苦郎树、麻栎、枳椇树、马桑树的果胶含量依次升高。其中，马桑树的果胶含量最高，为12.40 g/kg；化香树的果胶含量最低，为5.78 g/kg。枫香树、肉桂、苦郎树、水青冈、化香树、楮树、山毛榉、枳椇树、灯台树、麻栎、合欢树、梨树、樱桃树、马桑树、木子树、刺槐、山白树的总黄酮含量依次升高。其中，山白树的总黄酮含量最高，为4262.8 mg/kg；枫香树的总黄酮含量最低，为93.6 mg/kg。马桑树、梨树、灯台树、麻栎、肉桂、合欢树、枳椇树或樱桃树、楮树、苦郎树、山毛榉或水青冈、山白树、刺槐、木子树、化香树、枫香树的pH值依次升高。其中，马桑树的pH值最低，为4.24；枫香树的pH值最高，为6.72。

表3　17种菌材的果胶、单宁、总黄酮含量及pH值

2.4　17种菌材主要营养成分及内含物质的综合评分

由上述分析可知，不同菌材所含的营养成分及内含物质的量存在较大差异，且很难给予各成分各物质一个明确的优劣比较；因此，采用变异系数法对这些指标进行综合评分。17种菌材各指标的平均值、标准差、变异系数及权重见表4。

表4　17种菌材的各指标权重

指标pH单宁含量/%果胶含量/ (g·kg–1)总黄酮含量/ (mg·kg–1)纤维素含量/%半纤维含量/%木质素含量/% 平均值5.3611.3628.806 91.94544.70620.41223.059 标准差0.6032.2901.952103.863 4.774 3.679 3.506 变异系数0.1121.6810.222 1.130 0.107 0.180 0.152 权重0.0140.2080.027 0.140 0.013 0.022 0.019

由表4可知，锰、锌、单宁、总黄酮所占权重较大，分别为0.168、0.109、0.208、0.140，表明这4个指标在常见菌材主要营养成分及内含物质的综合评价中的相对重要性，也说明这4个指标因菌材的不同而存在较大差异。

根据17种菌材的14个指标值及各指标占总指标的权重，计算其主要营养成分及内含物质的标准化数值和综合评分(表5)。由表5可知，17种菌材中枫香树为最优菌材，综合评分达0.867，其后依次是肉桂、山毛榉、枳椇树、苦郎树、水青冈，综合评分分别为0.547、0.492、0.476、0.411、0.365，而马桑树、梨树和刺槐的综合评分较低，不适合作为菌材的树种。结合表3数据推测可能是由于马桑树中单宁含量较高，抑制了食用菌菌丝生长。

表5　17种菌材各指标的标准化数值和综合评分

3　结论与讨论

本试验测定了17种菌材的碳素营养含量、矿质元素含量、其他内含物及酸碱特性。在碳素营养含量方面，木质素、纤维素和半纤维素含量最高的树种分别为水青冈、刺槐和肉桂。司徒成等[21]的研究结果表明，秀珍菇、平菇和鹿角灵芝分别对木质素、纤维素和半纤维素的降解能力较强；于丹等[22]研究发现，香菇可降解、利用半纤维素、纤维素和木质素；田景花等[23]认为杏鲍菇降解木质素和纤维素的能力很强。以上研究结果说明食用菌对木质纤维素的降解存在选择性，故在栽培不同食用菌时可根据其对木质纤维素不同成分的降解特性选择相应成分较高的树种作为菌材。

食用菌从菌材中吸收矿质元素以促进其生长发育。冯光志等[24]研究发现，食用菌本身具有吸收和富集金属元素的生物学特性，钾、钙、镁等元素含量在一定浓度范围内都对食用菌生长具有促进作用。文晴等[25]研究发现，钾元素添加量对平菇栽培有显著的影响，在添加量为1000 mg/kg时，平菇栽培产量最高，其次为1250 mg/kg，而过量添加钾元素(≥2000 mg/kg)时，平菇产量显著降低。本研究中，化香树、水青冈、刺槐、麻栎、山白树、木子树的钾元素含量为750～1250 mg/kg，属于平菇栽培的适宜添加量。龚凤萍[26]研究发现，添加2000 mg/kg的钙或添加100 mg/kg的镁会促进平菇菌丝生长，使出菇期提早，栽培生物学效率提高。本研究中，马桑树、合欢树、化香树、灯台树、山白树这5种菌材钙的含量都符合平菇栽培时生长发育适宜的钙含量；合欢树、化香树、苦郎树、水青冈、刺槐、灯台树、樱桃树、木子树等8种菌材镁的含量较低，有利于平菇的栽培，但马桑树、梨树、楮树、枳椇树、山毛榉、枫香树等6种菌材镁的含量过高，不利于平菇的栽培。矿质元素含量过高或过低都会导致食用菌生长不良，所以在栽培过程中要注意选用矿质元素含量较为适中的树种作菌材。

齐永强等[27]研究发现单宁易与蛋白质结合，沉淀蛋白质，因而被归为抗营养因子之列。单宁在弱酸性和中性环境下具有抑制微生物生长的能力，对于食用菌的生长发育具有抑制作用，所以菌材中单宁的含量越高，对木腐菌的生长越不利。果胶和总黄酮对于食用菌的生长发育同样起着负面作用，故在实际生产中应尽量避免选用单宁、果胶和总黄酮含量较高的树种作为菌材，并根据所要栽培的食用菌特性相应调节菌材的pH值。

综上，较高的木质素、纤维素、半纤维素含量和一定浓度范围内的矿质元素含量均有利于食用菌的生长发育，而单宁、果胶和总黄酮在某种程度上抑制食用菌的正常生长。本研究运用变异系数法计算得出的综合评分结果表明：枫香树、肉桂、山毛榉、枳椇树、苦郎树和水青冈的综合评分较高，是17种菌材中较适合用来栽培食用菌的树种；马桑树、梨树和刺槐的综合评分较低，不适合作为菌材栽培食用菌。

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Analysis of main nutritional components and inclusive substances of common woods for cultivation of edible fungi

SU Shixian1,2,4，LI Jie1,2，WU Anbo1,2，HUANG Xiyan1,2，CHEN Mengtan3，LIU Chong1,2， XU Wen1,2,4，TIAN Fenghua1,2,4，XU Yanjun1,2,4，LI Wei1,2,4*

(1. College of Agriculture, Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550025, China; 2.Institute of Edible Fungi, Guizhou University, Guiyang, Guizhou 550025, China; 3. Guizhou Plateau Lanmeng Mushroom Technology Co. Ltd, Bijie, Guizhou 551500, China; 4. Engineering Research Center for Protected Vegetable Crops in Institutions of Higher Learning of Guizhou Province, Guiyang, Guizhou 550025, China)

In order to screen out the fast-growing and high-quality mushroom materials for edible fungi cultivation, 17 kinds of fungus-growing materials selected from 13 families and 17 genera collected in northern Guizhou, including,,andThese selected test materials were subjected to determine the content of carbon components, mineral elements, and other inclusions in each fungus-growing material. The test and analysis showed that the cellulose content of 17 kinds of fungus-growing materials was 35%-53%, hemicellulose content was 15%-29%, lignin content was 18%-30%, potassium, calcium, phosphorus, magnesium, copper, manganese, zinc content were 602-3270, 1080-7590, 14-304, 153-905, 0.83-3.31, 1.71-106.00, 2.00-15.00 mg/kg, the pH value was 4.24-6.72, pectin content was 5.78-12.40 g/kg, total flavonoids content was 93.6-4262.8 mg/kg, tannin content was 0.01%-9.16%. Lignocellulose and mineral elements were beneficial to the growth and development of edible fungi, while tannin, pectin, total flavonoids and inappropriate pH played the opposite role. Comprehensive analysis showed that liquidambar, cinnamon, beech, hovenia dulcis thunb, kulang tree and cyclobalanopsis glauca were more suitable as mushroom materials, while horse mulberry, pear and robinia pseudoacacia were not suitable for cultivating edible fungi.

edible fungi; fungus-growing materials; nutritional composition; cellulose; mineral elements

S646.01

1007-1032(2022)04-0436-07

苏世贤，李婕，吴安波，黄习妍，陈孟谈，刘翀，须文，田风华，徐彦军，李伟．常见菌材主要营养成分及内含物质的分析[J]．湖南农业大学学报(自然科学版)，2022，48(4)：436–442．

SU S X, LI J, WU A B, HUANG XY, CHEN M T, LIU C, XU W, TIAN F H, XU Y J, LI W．Analysis of main nutritional components and inclusive substances of common woods for cultivation of edible fungi[J]．Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences)，2022，48(4)：436–442．

http://xb.hunau.edu.cn