香菇菌棒集约化生产技术规程

周 峰,董浩然,章炉军,李 玉,姜 宁,宋春艳,尚晓冬,谭 琦,于海龙

(上海市农业科学院食用菌研究所,农业农村部南方食用菌资源利用重点实验室,国家食用菌工程技术研究中心,上海市农业遗传育种重点开放实验室,上海 201403)

香菇(Lentinula edodes)又名花蕈、香信、冬菰、椎茸等,属真菌界、担子菌门、伞菌纲、伞菌目、光茸菌科、香菇属。 因其香气浓郁,口感滑嫩,兼具营养、保健和药用价值,深受消费者喜爱[ 1]。 香菇是我国生产量和消费量最大的食用菌,据中国食用菌协会统计,2021 年我国香菇总产量达1 295.72 万t,占全国食用菌总产量的31.34%。 香菇产业作为我国精准扶贫和乡村振兴的重要抓手,近年来得到飞速发展,目前生产模式逐步由“一家一户”的小农户模式向机械化、设施化、集约化的生产模式转变[ 2]。 我国幅员辽阔,各地生态气候及设施水平差异较大,而香菇菌棒生产环节工艺繁杂、技术难度大、标准化程度低,造成香菇菌棒质量一致性差别大、菌棒污染时有发生,这大大增加了后期出菇管理的难度和成本,降低了出菇管理的一致性[ 3]。 鉴于此,本研究对香菇菌棒集约化、设施化生产关键技术进行了详细介绍,以期为香菇“设施化制棒、生态化出菇”模式[ 4]菌棒集中制棒环节的进一步规范化推广提供借鉴和指导,促进香菇产业转型升级。

1 厂区选址及布局

香菇菌棒工厂的选址,应地势平坦,排灌方便,交通便利。 为降低污染风险,工厂周围要求无生活垃圾堆放或填埋场,无鸡舍、猪舍等畜禽养殖场,无工业固体废弃物和危险废弃物堆放或填埋场等。 环境要求符合GB 3095 中环境空气二类区质量要求以及NY∕T 528 和NY∕T 5010 中对产地环境的规定。

根据香菇菌棒生产工艺,厂区宜规划有木屑堆场、原辅料仓库、搅拌区、装袋区、灭菌区、冷却区、接种区、培养区、冷库、锅炉房、空调机房等。

2 设施设备

木屑堆场、原料仓库、搅拌区、装袋区和灭菌区多采用半封闭式厂房。 根据生产规模配备堆场面积,一般1 000 m2堆场可堆放木屑500 t 左右。 木屑堆场除需排水方便,避免积水导致底部木屑发酸发臭外,还应配备污水处理池和污水处理装置,处理过的水达到环保要求方可排放,亦可再次利用,用来预湿木屑。 原料仓库、搅拌区、装袋区和灭菌区地面应保持清洁,无杂物、无积水,生产过程中及时清理散落料;生产结束后及时清理搅拌锅、传送系统和装袋机内的剩料,避免培养料在机器上结块发霉,滋生杂菌。

冷却区、接种区和培养区采用全封闭式厂房,能够对温度、湿度、通气和光照等环境条件进行人工调控。冷却区和接种区等净化车间应符合GB 50073 规定的要求。 锅炉房与建筑物的距离不小于安全距离。

整场区应配有磅秤、搅拌机、自动∕半自动装袋机、环保蒸汽锅炉、高压蒸汽灭菌器、接种机、环境控制系统、铲车、叉车等设备;压力容器应经有关部门检验合格,符合GB∕T 150 要求;除上述设备外还应配备备用电源。

3 品种选择

香菇菌种应从具有品种选育或授权品种使用资质的供种单位引种,且种性清楚。 引种后进行适应性出菇试验,选用适合当地气候特点和生产模式,高产、优质、抗逆性强的香菇品种。 根据养菌周期,目前主栽的有中短菌龄和中长菌龄品种。 中短菌龄品种养菌周期为90—100 d,菌丝能耐受较高浓度的CO2(0.4%—0.6%),菌棒易起瘤状物;小温差刺激即可出菇,菌棒转潮快,产量高,但子实体易爆出,菇蕾数量多,栽培后期需要疏蕾,因此养菌期间需提前刺孔且刺孔数量多,代表品种有‘沪香F2’‘沪香F3’‘沪香F6’‘沪香F7’‘辽抚4 号(0912)’等。 中长菌龄品种养菌周期为110—130 d,菌丝不耐受高浓度的CO2(0.1%—0.3%),养菌时需加强通风,菌棒不易起瘤状物;出菇时需要较大的温差刺激,产量相对较低,但菇型大,菇盖厚,菇质好,售价高,代表品种有‘申香215’‘L808’等。

4 栽培基质

4.1 原辅料种类及质量

栽培基质是香菇赖以生存和繁殖的基础,栽培基质的种类、质量和配比对香菇生长发育具有重要作用,栽培基质的颗粒度、透气性、酸碱度和含水量等理化特性,也是影响香菇生长的重要因素,对香菇产量和质量均有较大的影响[ 5]。

4.1.1 主料

主料是培养基质中质量占比大、以满足香菇生长发育所需碳源为主要目的的原料。 香菇是木腐性食用菌,木屑是香菇栽培最主要的碳源之一,栽培基质中木屑含量占比高达75%以上[ 6]。 研究表明,不同树种栽培香菇,其产量、品质差别较大,出菇期也有先后[ 7]。 从利用效果和经济价值观察,应采用壳斗科的栲属、栎属、青冈属、栗属、水青冈属、石栎属,金缕梅科的枫香属、蕈树属、蚊母树属、水丝梨属,桦木科的桤木属,杜英科的杜英属,漆树科的漆树属,胡桃科的化香树属,五加科的鹅掌柴属,榛科的鹅耳枥属,豆科的黄檀属等硬质阔叶树种[ 8];不应采用香樟、桉、槐、苦楝等含有害物质的阔叶树种。 含有松节油、萜烯类等有机物质的松、杉、柏等针叶树种的木屑应堆置6 个月以上[ 9]。 如使用杨树等速生软质阔叶树种,添加比例不宜过多。 苹果、桃、核桃、桑等树种及竹类亦可使用[ 10-14]。

木屑应无霉烂、无结块、无异味、无木条和石块等杂质、无油污等化学污染;入场时木屑含水率不高于40%;木屑的颗粒度直接影响栽培基质的通气性和持水性,木屑颗粒太小,栽培基质孔隙度小,通气性差,影响菌丝生长,从而影响菇蕾的分化和子实体发育;木屑颗粒太大,栽培基质孔隙度大,通气性好,持水性变差,前期菌丝生长速度快,但水分容易丧失,影响菌丝和子实体生长发育,从而影响香菇的产量和质量。 此外,木屑颗粒度过大,菌丝降解吸收时间长,会延长发菌和出菇周期,同时,粗木屑也容易刺破菌袋,造成污染。木屑颗粒度大小以0.5—1.5 cm 为宜[ 3](图1)。

图1 木屑颗粒度Fig.1 Sawdust particles

主料配比可根据当地资源情况,用稻草、麦秸、玉米芯、玉米秸、高粱秸、棉籽壳、废棉花、棉花秸秆、豆类秸秆、花生秸秆和花生壳、甘蔗渣等农作物下脚料,以及糠醛渣、酒糟、醋糟等原料,部分替代木屑进行香菇栽培,但需提前进行出菇试验,添加量一般不超过木屑的20%—30%。

4.1.2 辅料

辅料主要有麸皮、米糠、玉米粉、石膏、石灰和碳酸钙等。 麸皮、米糠、玉米粉要求新鲜、洁净、干燥、无虫蛀、无结块、无霉变、无异味、无杂质,水分含量不超过14%。 水、麸皮、米糠、玉米粉、石膏等应分别符合GB 5749、NY∕T 119、NY∕T 122、GB∕T 10463 和GB∕T 5487 的规定,其他原料要求应符合NY 5099 和NY∕T 5010 的规定。 生产上多使用大片麸皮,因其透气性好;米糠脂肪含量高,容易酸败,储存时间不宜过长;玉米粉一般购买玉米粒自行粉碎,粉碎后尽快使用,避免积压变质。 石膏宜使用熟石膏;石灰则宜使用生石灰;碳酸钙宜使用轻质碳酸钙。

4.2 原辅料储存

4.2.1 木屑

经检验合格的木屑堆放于有防雨设施的木屑堆场;新鲜木屑应及时使用,如不能及时使用,需加水预湿,堆制发酵10 d 以上。 可直接浇水预湿(图2),将木屑摊平,厚度为30—40 cm,浇水至水从底部流出,然后建堆;亦可将木屑放入搅拌锅加水预湿(图3),加水至木屑含水量50%—60%,搅拌15 min 左右,然后建堆。 搅拌锅预湿能节省水资源,且更均匀一致。 堆制有利于软化木屑,增加木屑持水性,降低装袋时形成微孔的概率。 堆制过程中每隔5—10 d 补水翻堆(图4),进行好气发酵,防止厌气发酵导致木屑酸败,影响香菇菌丝生长。 翻堆亦有利于提高木屑理化性质的一致性。

图2 浇水预湿Fig.2 Watering prewetting

图3 搅拌预湿Fig.3 Mixing prewetting

图4 补水翻堆Fig.4 Water replenishment and pile turning

4.2.2 其他原辅料

麸皮、米糠、石膏等其他原辅料应储存在干燥、阴凉、通风、卫生的仓库中(图5)。 材料与地面用垫仓板隔离,预防堆积发热。 注意防虫、防鼠、防潮,不应和有害、有毒货物一起储存,严防污染。

图5 原辅料仓库Fig.5 Raw materials warehouse

5 料棒制作

5.1 栽培配方

推荐使用配方:配方1,栎木屑78%,麸皮20%,石膏2%,含水量50%—55%,灭菌前pH 6—7;配方2,栎木屑39%,苹果木屑39%,麸皮20%,石膏2%,含水量53%—58%,pH 6—7。 在栽培配方的选取上需考虑原材料来源、出菇模式和市场需求等影响因素。 国内出菇模式一般出4—6 潮菇,配方1 生产的菌棒出菇后劲足,产量高,适合自建基地出菇和针对国内市场需求的菌棒供应模式;配方2 生产的菌棒产量主要集中在前2 潮,适合工厂化和周年化出菇,主要针对国外市场菌棒需求,一般出2 潮菇。

5.2 栽培基质制备

按计划生产数量和配方中各原料的比例准确称取重量,按照先主料、后辅料的原则顺序投料。 利用搅拌机进行两次搅拌,分别为干拌(一次搅拌)(图6)和湿拌(二次搅拌)(图7)。 一次搅拌时投料后先不加水,此时原料黏度低,分散性好,容易搅拌均匀,搅拌时间一般为10—15 min;二次搅拌是在一次搅拌结束后,向培养料中加水直至所要求的含水量,边加水边搅拌,搅拌时间为30—60 min。 根据木屑种类和颗粒度,基质含水量50%—58%,以灭菌后料棒不积水为宜。 栽培基质灭菌前pH 为6—7,灭菌后pH 为5.3—5.8 为佳。

图6 一次搅拌Fig.6 Primary mixing

图7 二次搅拌Fig.7 Secondary mixing

5.3 装袋

菌袋折径主要有15 cm、16 cm、17 cm、18 cm 和20 cm 等规格,菌袋长度一般为55—60 cm。 采用半自动装袋机(图8)或全自动装袋机(图9)装袋。 装袋要求料棒紧实,以折径17 cm 的菌袋为例,菌棒长度为(40 ±1) cm,装湿料重为(2 800 ±100)g。 填料结束后机械扎口,要求袋口扎紧不漏气。 扎口后在接种孔附近扎1—2 个排气孔(图10),贴上透气胶带。 菌棒码放之前需通过眼观、手摸等方式检查菌棒是否有微孔,发现微孔后需用透明胶带或透气胶带粘贴。 料棒码放至灭菌小车时,上下层菌棒呈“品字”摆放,最底层料棒的排气孔需斜45°朝下,上层料棒的排气孔正面朝下,排气孔均朝向空隙处,避免排气孔被堵住,否则高压灭菌时容易胀袋破损,或冷凝水进入料棒,形成水袋。 菌棒摆放超过5 层,每隔两层须取出2—3 个菌棒,有利于灭菌蒸汽的流动和热量传导(图11)。

图9 全自动装袋机Fig.9 Automatic bagging machine

图10 排气孔Fig.10 Exhaust hole

图11 菌棒码放Fig.11 Stacking method

6 料棒灭菌及冷却

6.1 灭菌

装好的料棒要及时灭菌,以避免培养基质因细菌大量滋生而酸化,从加水搅拌至装袋结束开始灭菌,4 h 之内完成为宜。 目前一般采用高压蒸汽灭菌(图12),灭菌时,料棒升温比灭菌锅内空气升温滞后60—90 min,因此应在100—105 ℃保持60 min 以上,待料温与灭菌锅温度趋于一致时,再升至灭菌温度。灭菌温度为112—119 ℃,保持330 min 以上(图13)。 灭菌时需检查排气阀工作是否正常,锅内冷空气排气不畅,易灭菌不彻底。

图12 高压蒸汽灭菌锅Fig.12 Autoclaves

图13 灭菌温度曲线Fig.13 Sterilization temperature curve

6.2 冷却

灭菌结束后,及时打开高压灭菌锅的炉门,待灭菌锅内温度降至80 ℃左右时,及时出锅。 若出锅不及时,料棒在灭菌锅内长时间保持高温,易造成栽培基质营养损失,基质pH 下降,不利于菌丝生长。 料棒出锅后转移至冷却间,进行一次冷却(一冷)和二次冷却(二冷)。 一冷又称风冷,采用通入高效过滤的新鲜空气将料棒冷却至50 ℃左右。 二冷又称强制冷却,采用制冷风机进行快速降温,料棒温度冷却至26 ℃以下可以接种。 冷却间净化等级为万级。

7 接种

7.1 接种室要求

接种室净化等级为万级,接种区域为百级。 员工应穿戴专用连体无尘服、高筒无尘鞋、一次性口罩及医用手套,风淋后方可进入洁净区。 每天接种工作结束,接种机的相关部件须拆卸清洗干净,接种室打扫干净后,使用新洁尔灭、次氯酸钠、二氯异氰尿酸钠或三氯异氰尿酸等消毒液对地面进行消毒,清理的垃圾及时带出净化车间。 下班后每天按时进行臭氧消毒,消毒时长为60—120 min。

7.2 菌种质量要求

可使用固体菌种(图14)或液体菌种(图15)进行接种。 固体菌种应符合GB 19170 的质量要求,菌种袋表面完整,无破损,封口处干燥洁净,棉塞或塑料盖上无污染,松紧适度;培养基边缘未与容器分离,培养基颜色正常;菌丝长满容器,洁白浓密,形态均匀,无杂菌菌落,无拮抗线,无高温抑制线,无原基,允许有少量褐色水珠;无菌条件下检查无酸臭或霉变异味。 接种前一天使用新洁尔灭、次氯酸钠、二氯异氰尿酸钠、三氯异氰尿酸或高锰酸钾等消毒液进行表面消毒,擦干后将菌种放入菌种预处理间备用。 液体菌种,应菌液澄清透明,无浑浊;大量菌球、菌丝片段均匀悬浮于液体中,菌球形态为球状、丝状或叉状,静置不迅速分层;有香菇液体菌种特有的香气,无酸、臭等异味;菌球湿重0.1—0.2 g∕mL,菌球体积比≥85%,菌液pH 3.0—4.0。

图14 固体菌种Fig.14 Solidspawn

图15 液体菌种Fig.15 Liquidspawn

7.3 接种

宜采用接种机接种(图16、图17 和图18),接种前对接种机、传送带、操作人员双手、固体菌种外袋或液体菌种接种管道进行全面消毒。 固体菌种一般接3—4 孔,接种深度3.5—5.0 cm,每孔接种15—20 g;液体菌种一般接5—6 孔,接种深度5.0—9.0 cm,每孔接种5—10 mL。 接种后使用透明胶带或外套袋封住接种孔,然后移至培养库房进行养菌。

图16 单工位固体接种机Fig.16 Single-station solid spawn inoculation machine

图17 四工位固体接种机Fig.17 Four-station solid spawn inoculation machine

图18 双工位液体接种机Fig.18 Double-station liquid spawn inoculation machine

8 菌棒培养及管理

8.1 培养室要求

菌棒培养室应保持干净、干燥、通风、避光。 使用前48 h,地面清洗,晾干后喷洒新洁尔灭、次氯酸钠、二氯异氰尿酸钠或三氯异氰尿酸等消毒液对地面进行消毒,使用前24 h 进行臭氧或烟熏消毒。 通风窗应安装防虫纱网。 菌棒入库前通风,无异味后入库培养。

8.2 培养条件

菌棒培养室环境温度一般控制在21—24 ℃,菌棒料内中心温度不超过26 ℃,CO2浓度控制在0.35%以内,空气相对湿度保持自然。

8.3 培养流程

8.3.1 菌棒前期培养

菌棒接种后15 d 内,菌丝慢慢恢复,逐渐吃料蔓延,菌丝生物量和发热量均较小,将菌棒“品字”码放于培养架上进行发菌(图19);以折径17 cm 的菌棒为例,摆放密度约200 棒∕m2。 此阶段避光培养,室温控制在22—24 ℃,促使菌丝萌发。

图19 菌棒前期培养Fig.19 The pre-culture of Xianggu artifical bed-log

8.3.2 菌棒中期培养

菌棒培养13—15 d 后,当接种孔菌圈直径为6—8 cm 时,菌丝进入快速生长阶段,菌棒发热量增加,需撕掉透明胶带或脱去外套袋,将菌棒转至层架上呈“井字”码放(图20)或网格架(图21)上进行培养,以折径17 cm 的菌棒为例,摆放密度约140 棒∕m2;菌圈直径10—15 cm,接种孔背面能看到菌丝时,进行一次刺孔(小刺),每个接种口刺孔5—10 个,孔深1.0—2.0 cm,可采用手工和机器刺孔(图22);菌棒满袋后5—10 d,根据品种特性和瘤状物情况,进行二次刺孔(大刺),二刺一般为机械刺孔,每棒刺孔6—12 排,每排6—8 个,孔深3.0—5.0 cm,刺孔应排列整齐,间距均匀(图23)。 此阶段避光培养,因菌棒发热量大,尤其刺孔后1—2 d,棒温比室温高2—4 ℃,需严格控制培养室温度,室温一般控制在21—22 ℃。

图20 层架码放培养Fig.20 Shelf stacking cultivation

图21 网格架培养Fig.21 Grid rack cultivation

图22 一次刺孔(小刺)Fig.22 The first oxygenation

图23 二次刺孔(大刺)Fig.23 The second oxygenation

8.3.3 菌棒后期培养

从刺孔完成至菌棒成熟阶段。 二刺增氧后,需提供光照促进菌棒转色,光照强度为50—200 lx,光质一般可选白光(RBG)或蓝光(B),每天光照时间不少于12 h。 菌棒转色期间棒温一般比室温高2—3 ℃,室温应控制在21—22 ℃为宜;转色结束后菌棒呼吸减弱,发热量减少,棒温一般比室温高0.5—1.0 ℃,室温应控制在23—24 ℃为宜。

8.4 菌棒成熟度判断指标

根据品种特性,不同菌株应达到其品种要求的菌龄方可脱袋出菇。 香菇菌棒成熟度判定指标主要有手感、pH、外观和气味等。 手感方面主要表现为菌棒富有弹性,质地由软变硬,菌袋与菌棒呈分离状,此时pH 一般降至3.5—4.0;外观方面主要表现为菌棒转色均匀,菌皮呈红棕色或深褐色(图24),菌棒散发出香菇菌丝特有的香味,无腐烂味,无异味。 可提前5—10 d 取10—30 个菌棒进行出菇试验,观察菌棒出蕾情况,帮助判断菌棒是否成熟。

图24 成熟菌棒Fig.24 The mature Xianggu artifical bed-log

8.5 管理要求

菌棒入库后,每天检查机器设备运转是否正常,观察菌棒发菌情况,查看并记录室温、棒温和CO2浓度,根据技术要求及时调整各参数。 发现污染、异常菌棒要及时清理出培养库房,防止交叉感染,恶化库房培养环境。 脱袋、刺孔等操作转移菌棒时,需及时打扫库房卫生,使用新洁尔灭、次氯酸钠、三氯异氰尿酸或二氯异氰尿酸钠等消毒液对库房地面进行消毒。

9 菌棒贮存

成熟的菌棒可在冷库中进行短时间贮存(图25)。 菌棒先速冻至-5—-3 ℃,然后保持在-2—0 ℃,可保存3 个月以内。

10 核心技术

10.1 木屑预处理技术

香菇生产的主要原料为木屑,新鲜木屑可及时使用,但新鲜木屑较硬,持水性差,装袋时菌棒微孔率高,易造成培养期间菌棒污染率高,对养菌环境造成破坏,进而导致交叉污染。 一般可采用木屑预湿堆置来解决上述问题,木屑预湿堆置一方面可以促使木屑软化,提高木屑持水性,另一方面木屑经过堆置和翻堆,各项理化性质更加均匀一致。 木屑预湿堆制可大幅降低料棒制作过程中破袋和微孔的发生率,同时提高菌棒后期发菌、出菇的一致性。

10.2 灭菌技术

栽培基质灭菌彻底是食用菌稳定生产的核心。 灭菌时间过短或温度过低会导致灭菌不彻底,接种后易出现大批量污染;灭菌时间过长或温度过高会导致栽培基质碳化、pH 过低,不仅造成能源浪费,而且造成培养料营养损失严重。 目前,香菇菌袋一般采用聚乙烯材料,可耐受118—120 ℃;如果使用保水膜,一般灭菌温度控制在112—116 ℃。 灭菌过程要注意调整进气和排气比例,灭菌锅升温阶段加大排气量有利于锅内冷空气排出;灭菌阶段适当减少排气量有利于节省能耗。 要注意灭菌锅内的料棒升温速度相对于灭菌锅内空气升温具有滞后性,因此在实际操作中一般锅内温度上升至100—105 ℃时要保持60—90 min,以使料棒温度和锅内温度趋于一致,从而保障灭菌效果。 灭菌技术的改进不仅可提高灭菌效果,降低培养基养分损失,有利于后期菌丝生长,还可大幅节省能源消耗,控制灭菌成本,并且可以有效降低灭菌过程中产生的水袋、胀袋比例。

10.3 香菇液体菌种技术

液体菌种是在生物发酵罐中,通过深层培养(液体发酵)技术促使食用菌菌丝体快速生长繁殖而产生的液体形态的菌种,具有制种周期短、成本低、纯度高、流动性好、接种效率高、发菌点多等优势,是食用菌制种产业的发展趋势,目前液体菌种技术在金针菇、杏鲍菇、黑木耳等品种中已普遍使用。 香菇由于其自身生理特性,前期香菇液体菌种一直未实现规模化应用。 近年来,团队通过技术攻关,在河南金海生物科技有限公司实现了规模化应用,已利用液体菌种技术生产香菇菌棒1 000 多万棒,取得了良好的经济效益。 通过香菇液体菌种的产业化应用,香菇制种周期可缩短70%—80%,发菌周期缩短7—10 d,库房使用率提升8%,制种成本下降50%以上,香菇液体菌种技术的成功应用将极大促进香菇产业的转型升级。

10.4 刺孔增氧技术

香菇是好氧型真菌,要根据生产用种特性和菌棒瘤状物的状态,选择合适的时机进行刺孔增氧处理,刺孔的方式和数目不仅直接影响菌丝的氧气供应,而且对菌棒后期转色、瘤状物的发生和出菇蕾数的控制至关重要。 一般短菌龄易爆出的品种,可采取早刺孔、多刺孔的方法来控制瘤状物的发生;长菌龄不易出菇的品种,可采取晚刺孔、少刺孔的方法来刺激瘤状物的发生。

致谢:特别感谢河南金海生物科技有限公司、山东御苑生物科技有限公司、山东七河生物科技股份有限公司、延边德康生物技术有限公司、辽宁峪程菌业有限公司对本技术规程研制过程中各种参数探究、关键技术研发及规程规模化示范过程提供人员、场地、材料等的大力支持,使得本规程的作业技术和每一个参数更加适合于产业化生产的需求。