基于秸秆栽培的黑木耳营养评价与数量性状的灰色关联度分析

刘岩岩，李 红，刘 贺，赵玉梅，刘俊杰*

（1.辽宁省农业科学院食用菌研究所，辽宁沈阳 110161；2.抚顺市现代农业及扶贫开发促进中心，辽宁抚顺 113006；3.抚顺市先进装备制造业发展促进中心，辽宁抚顺 113000）

黑木耳（Auricularia auricula）又称木耳、云耳、光木耳、木娥等，属于一种中温型菌类，适合在潮湿温暖的气候条件下生长。在自然条件下，多数发生在雨后，在枯死的树干或树桩上生长，其子实体常覆瓦状叠生[1]。辽宁省内森林资源较为丰富，黑木耳栽培原料目前可以满足生产需求。但是随着黑木耳产业不断快速发展，生态保护政策的深入贯彻，产业发展与资源短缺的矛盾日益凸显，严重阻碍了黑木耳产业的可持续健康发展。替代料栽培配方的筛选与优化迫在眉睫，已经成为目前产业发展急需解决的问题。灰色关联度分析是一种统计分析方法，是按趋势进行分析，对样本量的多少没有过分要求，也不需要典型的分布规律，计算量小，且不致出现关联度的量化结果与定性分析不一致的情况，对样本的评价更加客观、合理，保证研究结果更加全面、准确，目前已在香菇、杏鲍菇、双孢菇等育种研究中和其他农业领域得到了广泛应用，但在黑木耳育种和栽培研究中应用的报道不多[2-3]。利用不同农作物秸秆替代料进行黑木耳栽培已有成功案例，各地科研院所和相关企业的行业专家也一直在研究替代黑木耳栽培的生产原料[4]。该试验以3 种不同替代料栽培的黑木耳为研究对象，通过灰色关联度法分析不同农作物秸秆栽培黑木耳对其营养成分的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1供试材料。供试菌株为黑29（辽宁省农业科学院食用菌研究所保存）。供试培养料为辽宁地区的硬杂木屑，无杂质，无霉变，直径0.8～1.2 cm。玉米秸秆揉丝状、无霉变，豆秸秸秆长度1 cm，无霉变，产地为辽宁省抚顺市抚顺县。水稻秸秆产地为辽宁省抚顺市清原县，新鲜无霉变。

1.1.2培养基配方。（1）木屑88%，麦麸8%，豆粉2%，石灰1%，石膏1%；（2）玉米秸秆88%，麦麸8%，豆粉2%，石灰1%，石膏1%；（3）玉米秸秆44%，木屑44%，麦麸8%，豆粉2%，石灰1%，石膏1%；（4）豆秸秸秆88%，麦麸8%，豆粉2%，石灰1%，石膏1%；（5）豆秸秸秆44%，木屑44%，麦麸8%，豆粉2%，石灰1%，石膏1%；（6）稻草88%，麦麸8%，豆粉2%，石灰1%，石膏1%；（7）稻草44%，木屑44%，麦麸8%，豆粉2%，石灰1%，石膏1%。

1.1.3仪器设备。常压灭菌锅、电热恒温干燥箱、精密pH 计、液相色谱仪、氨基酸分析仪等[8]。

1.2 方法

1.2.1栽培方法。采用17 cm×33 cm×0.004 cm 常压高密度聚乙烯塑料袋栽培，每袋装干料约600 g。经过拌料、装袋、灭菌、冷却、接种，每个菌株栽培500 袋，按露地全光标准栽培模式管理，定时扎眼、催芽，观察记录菌丝长势、污染率、满袋时间、子实体的农艺性状及潮数。

1.2.2营养成分检测。

（1）常规营养成分测定。采收第1 潮商品性状成熟、大小适中的黑木耳子实体，晒干后测定。粗蛋白含量参照GB5009.5-2016 凯氏定氮法进行测定，粗脂肪含量参照GB5009.6-2016 进行测定，膳食纤维含量参照GB5009.88-2014 进行测定[5-6]。

（2）微量元素含量测定。维生素B2含量参照GB5009.85-2016 进行测定[7]，磷含量参照GB5009.87-2016 进行测定，钙含量参照GB5009.92-2016 进行测定，铁含量参照GB5009.90-2016 进行测定[7]，以上检测工作由辽宁省农业科学院食用菌研究所和谱尼测试集体股份有限公司共同完成。

1.2.3灰色关联度分析。

（1）参考配方的确定。根据灰色系统理论关联度分析法，关键在于先设定参考数列。结合优势配方的上限指标，耳片厚度、均产干耳重、粗蛋白、膳食纤维定为正向指标，值越高越好，菌丝满袋时间、污染率、干湿比、粗脂肪定为逆向指标，值越低越好，维生素B2、磷、钙、铁定为中性指标，并且要求参考数列的主要性状均较优且高于供试配方的对应性状，构建一个相对理想的参考配方[9-10]。以参考配方各项性状值所构成的数列作为参考数列，记为X0（k）：X0（k）={X0（1），X0（2），…X0（n）}，供试配方各个性状指标所构成的数列为比较数列Xi（k）：Xi（k）={Xi（1），Xi（2）…Xi（n）}。其中k=1，2，…，n 为单项指标的序号。

（2）数据无量纲化处理。对参考数列和比较数列进行无量纲化处理，以便于比较。由于量纲不一致，需要对试验数据进行无量纲化处理，在关联分析前采用Z-Score 法将农艺性状值按照公式Xij=（X′ij-X′i）/Si进行标准化变换，式中X′ij是黑木耳各农艺性状值原始数据，X′i是样本算术平均值，S′i是样本标准差，Xij是农艺性状值标准化处理后的变量值。

（3）计算关联系数和关联度。计算无量纲化处理后参考数列标准化值X′0（k）与比较数列标准化值X′i（k）差异的绝对值Δi（k）=∣X′0（k）-X′i（k）∣。根据下列公式计算供试培养基配方的关联系数：

ξi（k）：=[minΔi（k）+ρmaxΔi（k）]/[Δi（k）+ρmaxΔi（k）]

（ρ 为分辨系数，取值为0～1，一般取ρ=0.5）

根据下列公式计算关联度。

Ri=（1/n）×∑εi（k）

（4）灰色综合评价。黑木耳子实体农艺性状及营养成分构成因子的密切程度、相对贡献大小存在差异，其在配方评估中的重要性并不相同，因此在评价过程中应对相关性状进行权重赋值。该文采用灰色关联度确定各性状的权重系数，计算各性状灰色关联度，并进行归一化处理确定各性状的权重系数。按照公式Ri=∑Wkξi（k）分别计算各配方的加权关联度（其中Wk表示第k 个元素的权重），根据加权关联度对参试配方进行评价与排序，加权关联度越大，表明供试配方与参考配方越接近，其性状表现越好。

2 结果与分析

2.1 参考数列和比较数列

按照灰色关联度分析法，先构建一个分别在栽培性状和子实体营养成分含量等性状方面的理想数值，而这些理想数值对应了一个理想的参考配方。试验数据的平均值组成比较数列，包括菌丝长满袋时间、耳片厚度、污染率、干湿比、单包产量等主要农艺性状指标和磷、铁、钙、粗蛋白、粗脂肪、膳食纤维、维生素B2等子实体营养指标（表1）。

表1 不同配方黑木耳主要农艺性状和常规营养成分指标值

2.2 数据无量纲化处理

不同配方黑木耳农艺性状和常规营养成分原始数据需按标准化变换方法转化为无量纲化的相对数，先分别求出各个性状值序列的平均数和标准差，再将该序列的各原始数据减去平均数后除以标准差，得到一个新的标准化数列（表2）。其中耳片厚度、均产干耳重、粗蛋白、膳食纤维为正向指标，采用上限效果测度变换；菌丝满袋时间、污染率、干湿比、粗脂肪为逆向指标，采用下限效果测度变换；维生素B2、磷、钙、铁为中性指标，采用中性效果测度变换。

表2 无量纲化处理

2.3 差序列值

根据公式Δi（k）=∣X′0（k）-X′i（k）∣计算各配方性状序列值与最优序列值的差（表3），从中找出整个系统的二级最大差maximaxkX0（k）-Xi（k）=3.343 5，二级最小差miniminkX0（k）-Xi（k）=0。

表3 各配方性状差序列值

2.4 灰色关联系数和关联度计算

根据关联系数公式：

ξi（k）=[minΔi（k）+ρmaxΔi（k）]/[Δi（k）+ρmaxΔi（k）]

其中二级最大差maximaxkX0（k）-Xi（k）=3.343 5，二级最小差miniminkX0（k）-Xi（k）=0。分辨系数ρ 取5，求得供试培养基配方与参考配方的关联系数ξi（k）（表4）。根据公式Ri=（1/n）×∑εi（k）计算各性状的关联度，并进行归一化处理确定各性状的权重系数（表5）。

表4 供试培养基配方与参考配方关联系数

表5 不同配方的关联度及排序

2.5 子实体农艺性状

从表6 可以看出，配方3 和4 产出的黑木耳农艺性状，除耳片颜色浅于配方1，其他性状都与配方1 无明显差异。

表6 子实体农艺性状

3 结论与讨论

利用灰色关联度分析对黑木耳不同栽培基质进行综合评价，克服样本数量小、数据不充分的困难，解决仅依靠产量或品质进行单一因素评价的问题，对样本的评价更加客观、合理，保证研究结果更加全面、准确。

灰色关联度分析法的关键在于参考配方的选择，要求参考配方的各性状为最优，且较比较配方稍高。在配方比较试验中，应根据被考察性状的特性采用最优取值与理想取值相结合来确定参考配方性状取值，如耳片厚度、均产干耳重、粗蛋白、膳食纤维定为正向指标，值越高越好；菌丝满袋时间、污染率、干湿比、粗脂肪定为逆向指标，值越低越好；维生素B2、磷、钙、铁定为中性指标，取最优值。

对于3 种替代料栽培的黑木耳，单从农艺性状分析，秸秆多处于植物成熟后阶段，虽然秸秆成熟度越高，木质化程度相对较高，但在黑木耳菌包生产过程中，秸秆的结构蓬松、密度低、保水性能差等因素导致菌包的紧实度小，待2～3 潮耳后，菌包变松软，而后开始收缩，潮次减少，产量下降。品质上秸秆替代料产出的黑木耳颜色较浅，耳片较薄，很难迎合市场需求。但对秸秆替代料栽培的黑木耳的磷、钙、铁、粗脂肪、膳食纤维、维生素B2、粗蛋白7 种营养成分进行综合评价，结合子实体颜色、耳片品质等综合指标，可初步得出玉米秸秆和豆秸秆较稻草更适合部分替代料配方栽培黑木耳。玉米秸秆和豆秸秆部分替代较纯木屑配方，产出的黑木耳含有更丰富的糖类、氮元素，尤其是豆秸秆，蛋白质含量达到10%～12%，添加玉米秸秆和豆秸秆后配方中氮含量显著增加，氮含量与黑木耳中的粗蛋白含量成正相关，并且秸秆含量越高，氨基酸和粗蛋白的含量增加更为明显，但随着秸秆添加比例增加，菌袋中氮含量逐渐提高，菌袋硬度逐渐下降，干物质减少，污染增加，产量下降。如果利用玉米秸秆和豆秸秆作为替代料栽培黑木耳，添加比例不应超过50%。稻草作为禾本植物质地稀疏，制作出的菌棒紧实度差，保水性差，且其纤维含量较多，粗蛋白含量很少，种植出的黑木耳不仅转潮次数少、产量低，其营养成分和农艺性状也不符合市场需求，因此，利用稻草替代木屑种植黑木耳的配方有待进一步研究。秸秆替代料栽培的黑木耳可利用自身的独特优势，作为加工、功能性提取等原材料参与市场竞争。