蛋白添加劑對雙孢蘑菇農藝性狀及品質的影響

張文強，陳青君，張國慶，石世達，曹娜，阿布來提·托合提熱結甫，果禹鑫，林文才

（1北京農學院植物科學技術學院/農業應用新技術北京重點實驗室，北京 102206；2新疆農業大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052；3江蘇閩中有機食品有限公司，江蘇阜寧 224421）

0 引言

【研究意義】雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）又稱蘑菇、白蘑菇、洋蘑菇、紐扣蘑菇，味道鮮美，是一種富含氨基酸、高蛋白、低脂肪的健康食材，風靡全世界[1]。中國是世界上雙孢蘑菇栽培的主要地區之一[2]，根據中國食用菌協會統計數據，2017年中國的雙孢蘑菇產量占世界的50%左右。得益于國內工廠化周年生產模式的基本完善，雙孢蘑菇工廠化平均產量約25 kg·m-2，但相較于歐美國家的35 kg·m-2仍有較大差距，其主要原因之一是添加劑的使用。目前，國內普遍采用二次發酵料、不添加蛋白類添加劑的栽培工藝；而國外多采用3次發酵料，并添加不同劑量的蛋白類添加劑[3-4]。添加劑已經成為蘑菇產量和品質提高的重要原料。隨著國內工廠化栽培技術的升級，國內也開始采用3次發酵栽培技術，但3次發酵與添加劑的相關理論基礎及作用效果等均缺乏深入研究。因此，深入研究和分析添加劑材料對蘑菇產量和產品品質的影響，可為添加劑原材料選擇、配方設計及生產工藝等提供重要指導意義。【前人研究進展】雙孢蘑菇添加劑作為營養補充來源能夠及時有效地對培養料的營養狀況進行修正，提高蘑菇的產量、生物學轉化效率和子實體品質[5]。1962和1964年，SCHISLER等[6-7]分別研究了播種期和覆土期在培養料中添加氮素添加劑的應用效果，均證明了向培養料中添加氮素營養能夠提高產量。目前，商業添加劑多以蛋白質為主要成分，同時還含有碳水化合物、脂質、微量元素等，實現對雙孢蘑菇出菇階段的營養補充[8]。PARDOGIMéNEZ等[9]在雙孢蘑菇培養料中添加脫脂開心果粉，可以提高蘑菇子實體的單菇重、菌蓋直徑、蛋白質和干物質含量，同時，在平菇栽培基質添加脫脂開心果粉可增產34.40%，并發現添加葡萄籽粉可以為雙孢蘑菇增產9.15%[10]；ARCE-CERVANTES等[11]利用玉米糠、玉米麩皮和植物油混合材料作為雙孢蘑菇添加劑，產量達到34 kg·m-2，并提高了培養料中纖維素酶、木聚糖酶和漆酶活性。另外，NARH MENSAH等[12]利用菠蘿果皮作為平菇栽培的添加劑，提高了子實體產量、粗蛋白、鋅和銅含量。為滿足雙孢蘑菇工廠化快速發展對于專業添加劑的需求，在世界范圍內也出現了一些商業化添加劑生產企業及品牌，如 MCSubstradd?等。在工廠化生產中，添加劑的使用需要滿足嚴格的要求，正確的雙孢蘑菇添加劑是提高產量和品質的客觀因素，培養料的品質決定了使用添加劑的潛力，在品質差的培養料中使用添加劑會適得其反，并且添加劑使用后會增加管理工藝和設施的壓力[13-14]。添加劑的作用效果還與培養料的溫度、含水量、生物活性、結構、生長系統有關[14]。隨著雙孢蘑菇與微生物相關研究的深入，以微生物為主體的生物添加劑具有巨大潛力[1]。【本研究切入點】選用豆粕、膨化大豆、玉米蛋白、羽毛粉和商業添加劑MCS，首次在發酵完成的雙孢蘑菇3次發酵料中分別加入同等蛋白質含量的不同蛋白質添加劑進行研究。【擬解決的關鍵問題】明晰不同蛋白添加劑對雙孢蘑菇農藝性狀及品質的影響，為添加劑配方的開發及優化提供參考。

1 材料與方法

試驗于 2018年在江蘇鹽城閩中有機食品有限公司雙孢蘑菇工廠化生產基地進行。

1.1 試驗材料

雙孢蘑菇（A. bisporus）W192麥粒種（栽培種），購自山東臨沂瑞澤生物科技股份有限公司。培養料由基地自主生產，配方：麥草47 t、稻草10.8 t、雞糞40 t、豆粕4 t、石膏6 t。原材料混合建堆后進行16 d的一次發酵，隨后轉入封閉式隧道進行二次發酵6—7 d。二次發酵料中播入雙孢蘑菇菌種（接種量2%），后轉移至菇床進行3次發酵。供試4種單一蛋白原料添加劑包括豆粕（soybean meal，SM）、膨化大豆（extruded soybean，ES）、玉米蛋白（corn protein，CP）、羽毛粉（feather meal，FM），購自河北石家莊孜孜貿易有限公司。陽性對照商業添加劑為MCSubstradd?（MCS），購自 Legro Australia Pty Ltd。

1.2 試驗設計

試驗組分別添加SM、ES、CP和FM 4種單一蛋白原料添加劑，陽性對照組添加MCS商業型添加劑，空白對照組不添加任何添加劑，共計6組。各添加劑組均添加培養料鮮重0.5%對應的蛋白量，根據添加劑實際添加量公式及各添加劑蛋白含量和含水量，計算每t培養料中添加劑的添加量。出菇試驗在標準工廠化菇房中進行，取菌絲生長良好的3次培養料分別與各種添加劑實際添加量比例充分混合后，取10 kg裝入栽培筐（40 cm×30 cm×30 cm）中，保證料面平整且整體緊實度一致，料層高度為26—27 cm，覆土層厚度為3—4 cm，每組16筐。按照標準工廠化出菇管理工藝，進行出菇管理，18—21 d開始采收第一潮蘑菇，之后每7—8 d采收一潮蘑菇，生產過程中共采收三潮蘑菇。

1.3 培養料及添加劑理化性質測定

二次發酵結束的培養料和添加劑的含水量采用干燥稱重法[15]，含氮量及蛋白含量用全自動凱氏定氮法[16]測定，灰分和含碳量采用馬弗爐灼燒法[17]。

1.4 雙孢蘑菇子實體農藝性狀測定

分別測定不同組第一至三潮菇產量。雙孢蘑菇子實體農藝性狀參照文獻[18]測定，每潮菇每個組隨機取 100個蘑菇子實體，利用游標卡尺測量菌蓋直徑（mm）、菌蓋厚度（mm）、硬度計測定硬度（105Pa），稱量單菇重量（g）。

1.5 雙孢蘑菇子實體品質分析

采用茚三酮顯色法（GB/T 18246—2000）和氨基酸自動分析儀測定每1 g干雙孢蘑菇子實體氨基酸含量[19]，單位為 mg·g-1。分別計算總氨基酸含量（total amino acids，TAA）、總必需氨基酸含量（essential amino acids，EAA）、總非必需氨基酸含量（non essential amino acids，NEAA）、總呈味氨基酸含量（delicious amino acids，DAA）、總必需氨基酸占總氨基酸的量（E/T）、總必需氨基酸與總非必需氨基酸比值（E/N）[19]。

1.6 數據分析方法

利用Excel 2019進行數據處理，利用SPSS 20.0計算平均值、標準差，進行差異顯著性分析。

2 結果

2.1 理化性質分析

二次發酵料的品質很大程度上決定了雙孢蘑菇的產量和品質，是工廠化生產的關鍵數據[20]。二次發酵結束培養料的理化特性為含水量 67.42%，含氮量2.21%，灰分含量35.59%，含碳量35.81%，達到雙孢蘑菇工廠化栽培對培養料的營養需求范圍[21-23]。由表1可知，不同蛋白添加劑的蛋白含量差異較大，其中羽毛粉（FM）的蛋白質含量最高，為 86.63%，顯著高于其他類型。各樣品根據蛋白含量從高到低依次為羽毛粉（FM）＞玉米蛋白（CP）＞豆粕（SM）＞商業添加劑（MCS）＞膨化大豆（ES）。MCS含水量顯著高于其他添加劑（P＜0.05），CP含碳量最高，而灰分含量顯著低于其他添加劑（P＜0.05）。

2.2 蛋白添加劑對雙孢蘑菇產量的影響

根據不同蛋白添加劑理化指標，最終確定各添加劑的添加量見表2。本研究統計了2018年河北地區添加劑原料和 MCSubstradd?商業添加劑價格，分別為SM 3 250元/t、ES 3 700元/t、CP 4 500元/t、FM 3 900元/t、MCSubstradd?商業添加劑MCS 5 000元/t。增產量以CTL組產量為基礎，每m2使用83.33 kg培養料。MCS添加成本最高，達到 65.25元/t，羽毛粉添加成本最低，為24.22元/t。每t培養料中添加劑增產最高為CP組（82.56 kg），MCS組次之（61.44 kg），FM組最低，且為負增長，減產2.16 kg。根據目前雙孢蘑菇出廠平均價格（10元/kg），添加劑的經濟效益為蘑菇增產創收扣除添加劑成本后的實際收益。每 t培養料中添加劑產生經濟效益最高為 CP組（785.23元）；MCS組次之，為549.15元；FM組最低，虧損45.82元。

不添加任何添加劑的空白對照組（CTL）總產量達到 28.36 kg·m-2，高于目前國內 25 kg·m-2的平均產量，表明培養料質量和出菇管理工藝達到要求（表3）。MCS組總產量達到 33.48 kg·m-2，較 CTL組增產18.05%，生物學效率由85.30%提高到100.68%，表明添加劑的使用能夠顯著提高雙孢蘑菇產量。4個試驗組中，CP組總產量最高，達到35.24 kg·m-2，較CTL組增產24.26%，顯著高于其他3個試驗組和CTL組，略高于 MCS組。4個試驗組一潮菇產量均顯著高于MCS和CTL組，CP組產量最高達到19.31 kg·m-2，其次為ES組（18.08 kg·m-2）。MCS組二潮菇產量最高，達到 14.39 kg·m-2，其次分別為 CP 組（12.41 kg·m-2）和CTL組（12.06 kg·m-2），而FM組最低。MCS組第三潮菇產量最高，達到5.62 kg·m-2，顯著高于其他組，在總產量中占 16.79%。在添加劑試驗組中，SM組第三潮菇產量最高，達到5.01 kg·m-2，略低于MCS組，在其總產量中占16.19%。CP組第一、二潮產量分別占總產量54.81%和35.22%，而第三潮產量較低，為 3.52 kg·m-2，略高于 CTL 組（3.35 kg·m-2）。綜合不同潮次產量和總產量，CP組總增產效果最佳，而SM組對第三潮菇增產效果最顯著。CP組生物學效率最高，達到 105.98%，各處理生物學效率由高到低為CP＞MCS＞ES＞SM＞CTL＞FM。除FM組外，各添加劑均具有提高產量和生物學效率的作用。

2.3 蛋白添加劑對雙孢蘑菇農藝性狀的影響

雙孢蘑菇的菌蓋直徑、菌蓋厚度、子實體硬度和單菇重是評價其農藝性狀重要指標[21]。第一潮菇時，SM、MCS和CTL平均菌蓋直徑和厚度最大，而CP和FM組平均菌蓋直徑最小，ES和FM組平均菌蓋厚度最小（P＜0.05）；硬度方面，ES和MCS組硬度最大，CP組硬度最小；SM組單菇重量最大，而無添加的CTL組單菇重最小。第二潮菇時，CP和ES組平均菌蓋直徑和厚度最大，而SM和MCS組平均菌蓋直徑和厚度最小；硬度方面，ES組硬度最大，FM和CTL組硬度最小；ES組單菇重量最大，與 FM、MCS和CTL組差異顯著（P＜0.05）。第三潮菇時，CP和MCS組平均菌蓋直徑最大，FM和MCS組平均菌蓋厚度最大，而SM、ES和FM組平均菌蓋直徑最小，SM、ES和 CP組平均菌蓋厚度最小；添加劑組硬度均顯著高于CTL組（P＜0.05）；SM、ES、CP和CTL組單菇重相當，高于FM和MCS組。

表2 蛋白添加劑原料生產添加量、成本、增產量和經濟效益Table 2 Additive amount, cost, increased output, and economic benefit of protein supplementations materials

表4 不同蛋白添加劑組的雙孢蘑菇農藝性狀Table 4 The agronomic character of mushroom in different protein supplementations groups

2.4 蛋白添加劑對雙孢蘑菇品質的影響

蛋白質含量、總氨基酸含量（TAA）、必需氨基酸（EAA）、非必需氨基酸（NEAA）、呈味氨基酸（DAA）是雙孢蘑菇子實體重要品質指標。不同處理組各潮次子實體蛋白質含量見表5。第一潮菇時，ES組蛋白質含量最高（39.10%），按照蛋白質含量從高到低順序依次為ES＞CP＞MCS＞FM＞SM＞CTL。第二潮菇時，ES組蛋白質含量最高（26.39%），按照蛋白質含量從高到低順序依次為 ES＞FM＞SM、CP、MCS＞CTL。第三潮菇時，CP組蛋白質含量最高（40.21%），按照蛋白質含量從高到低順序依次為CP＞SM、FM、ES＞MCS＞CTL。結果表明，5種蛋白添加劑的使用，在3個潮次中均顯著提高了子實體中蛋白質含量。

在被測的17種氨基酸中，3個潮次含量從高到低排名前3的氨基酸均是谷氨酸（Glu）、纈氨酸（Val）和天冬氨酸（Asp），其中 Glu和 Asp是重要呈味氨基酸（圖1）。第一潮菇時，FM組Glu含量最高（55.04 mg·g-1），ES 組最低（37.97 mg·g-1）；MCS和SM組Val含量最高（分別為23.45和23.09 mg·g-1），ES和CTL組最低（分別為18.89和19.00 mg·g-1）；MCS組Asp含量最高（19.50 mg·g-1），ES組最低（15.07 mg·g-1）。第二潮菇時，CP組Glu含量最高（74.28 mg·g-1），CTL 組最低（38.00 mg·g-1）；CP組Val含量最高（29.58 mg·g-1），CTL組最低（14.45 mg·g-1）；CP 組 Asp 含量最高（24.75 mg·g-1），ES組最低（11.55 mg·g-1）。第三潮菇時，FM組Glu含量最高（65.24 mg·g-1），CTL組最低（44.75 mg·g-1）；ES 組 Val含量最高（25.37 mg·g-1），CTL 組最低（20.05 mg·g-1）；FM 組 Asp 含量最高（21.69 mg·g-1），SM組最低（17.62 mg·g-1）。

表5 不同蛋白添加劑組的雙孢蘑菇蛋白質含量Table 5 The protein content of mushroom in different protein supplementations groups

圖1 不同蛋白添加劑組的雙孢蘑菇氨基酸含量Fig. 1 The amino acid content of mushroom in different protein supplementations groups

根據氨基酸含量測定結果，分別計算不同處理組各潮子實體總氨基酸含量（TAA）、必需氨基酸（EAA）、非必需氨基酸（NEAA）和呈味氨基酸（DAA），結果見表6。第一潮菇時，FM和MCS組的TAA和EAA含量顯著高于其他3個試驗組和CTL組（P＜0.05）；FM組DAA含量顯著高于其他試驗組和對照組（P＜0.05）；除 FM 和 CTL組外，其他各組E/T均達到40%；各組中FM組E/N最低，為 0.60。第二潮菇時，CP組 TAA和 DAA含量顯著高于其他組（P＜0.05）；CP和ES組EAA含量顯著高于其他組；FM和MCS組E/T和E/N值顯著高于其他組，CP組最低。第三潮菇時，5個添加劑組TAA、EAA、NEAA差異不顯著，但均顯著高于CTL組（P＜0.05）；ES和FM組DAA顯著高于其他組，SM組顯著高于其他各組的E/T（40.23%）和E/N（0.67）。

表6 不同蛋白添加劑組的雙孢蘑菇氨基酸組成Table 6 The amino acid composition of mushroom in different protein supplementations groups

3 討論

本研究表明，豆粕、膨化大豆等蛋白類添加劑能夠提高雙孢蘑菇產量及經濟效益。這是由于雙孢蘑菇在出菇階段，需要豐富的氮素營養，為其子實體生長發育提供原料，因此，蛋白類添加劑能以極小代價提高蘑菇產量和質量，是一種低成本、高收益的農藝措施[3,14,22-23]。二次發酵是我國目前雙孢蘑菇工廠化栽培的主導技術，技術成熟、穩產高產（相對于我國農業式栽培），在缺乏3次發酵及其配套添加劑使用技術，生產企業自主開展3次發酵時，添加外源氮素添加劑后，往往由于滅菌和添加量等問題，常導致污染、減產甚至絕產。國外已有商業化的蛋白類添加劑，而國內相關技術研究和成熟添加劑均較少，且添加劑原料良莠不齊，缺乏統一標準。

適合的添加劑能夠顯著提高雙孢蘑菇產量，不同添加劑增產效果不同。本研究中玉米蛋白（CP）對產量提高效果最佳，產生經濟效益最高。玉米蛋白是玉米籽粒經食品工業生產淀粉或釀酒工業提純后的副產品，其蛋白質營養成分豐富，同時還含有少量的淀粉和纖維。陳艷琦等[24]在玉木耳栽培基質中添加 3%玉米粉，發現總產量較空白對照組提高了11.39%。另外，有研究發現，玉米蛋白粉中含7%—8%的檸檬酸，具有良好的促生長作用[25]。4個試驗組一潮菇產量均顯著高于MCS和CTL組，與ROYSE[26]得出添加劑促進早期蘑菇產量的結論相符。商業添加劑 MCS由多種原材料加工而成，其第一和第二潮菇產量占總產量的80%以上，且第二、三潮菇的產量均高于其他處理組，說明其具有營養緩釋作用，而豆粕（SM）組表現出了接近商業添加劑的緩釋效果，前兩潮菇產量也占總產量的80%以上。ARCE-CERVANTES等[11]報道，玉米糠（corn bran）、玉米谷蛋白（corn gluten）和大豆油（soybean oil）復合配方具有最佳的產量（35.2 kg·m-2）和緩釋效果，而單一添加玉米糠產量為 28.7 kg·m-2，一潮菇產量占總產量62.7%。豆粕是大豆提取豆油后得到的一種副產品，價格低廉、蛋白質含量高，被廣泛用于食用菌產業，也是大多復合型添加劑的主要成分。從本研究的結果來看，玉米蛋白和豆粕分別具有顯著提高產量和緩釋的效果，二者都是復合型蛋白質添加劑的理想原料。

一潮菇產量直接影響子實體農藝性質，產量升高往往導致品質下降[22]。本研究中，CP組一潮菇產量最高，與之相應的其子實體平均菌蓋直徑和硬度最小，這是由于 CP組一潮菇總產量高，導致該批次子實體平均品質下降。子實體硬度是表征品質的重要指標之一，本研究中CTL組一潮菇平均硬度為8.09×105Pa，與張昊琳等[16]報道相當（（7.57—8.20）×105Pa）。在第二和第三潮菇時，ES組均表現出了較高的農藝性狀。膨化大豆（ES）是一種高營養價值的蛋白添加劑原料，通過高溫高壓處理，使蛋白質變性、淀粉糊化、油脂外露，同時殺死了病菌。在各添加劑組中，ES組蛋白質含量最低，但能夠顯著提高子實體硬度，這可能是大豆中的糖類、脂類為子實體發育提供碳源營養導致。正如ARCE-CERVANTES等[11]報道，由糖、蛋白和脂類（玉米糠、玉米谷蛋白和大豆油）組成的復合添加劑配方產量最高。因此，雙孢蘑菇添加劑中，需要配比一定含量的糖類和脂類碳源，以保障在增產的同時，雙孢蘑菇品質不顯著下降。

蘑菇子實體蛋白質含量是評價蘑菇品質的重要指標。在蘑菇品質分析方面，楊紅澎等[27]在分析雙孢蘑菇和棕色蘑菇發現，雙孢蘑菇子實體氨基酸對人體是一種優秀的氨基酸來源。研究表明，使用蛋白添加劑能夠提高雙孢蘑菇子實體的蛋白質含量[14,22]，但對于氨基酸含量及組成的分析尚未報道。本試驗在蛋白質添加量相同的條件下，不同添加劑組蘑菇子實體中蛋白含量在 22.92%—40.21%，與前人報道的結果一致[28-29]。蛋白質添加劑的使用，在三潮菇中均能顯著提高子實體的蛋白質含量，表明蛋白質類添加劑的使用，能夠提高子實體蛋白質含量。另外，同一個處理中，產量最高的第一潮菇其蛋白含量往往低于產量最低的第三潮菇，而產量居中的第二潮菇蛋白含量往往也居中。這是由于一潮菇出菇時營養物質總量最豐富，但產量最高（占總產量40%以上），導致分配給單一子實體的營養物質較第三潮菇（占總產量10%—17%）低；而第二潮菇時，營養物質由于一潮菇的出菇被消耗，從而出現蛋白質含量較一潮菇降低。這也表明，在雙孢蘑菇出菇過程中，使用適量的蛋白質添加劑，可以提高子實體產量和品質。程新等[30]報道，茶樹菇第三潮菇蛋白質含量略高于前兩潮，與本研究結果一致。羽毛粉組（FM）在第一、二潮蛋白含量顯著高于其他組，蛋白質含量較高可能是其硬度較大的一部分原因。羽毛粉是廣泛用于畜禽水產的高蛋白飼料[31]，與 ES按一定比例組合可以提高添加劑的平均蛋白質含量，用于生產高蛋白質含量的雙孢蘑菇。

蛋白質的營養價值取決于氨基酸的比例及必需氨基酸的種類和含量。根據1973年FAO/WHO規定的理想蛋白質中必需氨基酸的模型[27,31]，本研究中各潮次雙孢蘑菇子實體的優勢氨基酸前3位均為Glu、Val和Asp，其中Glu和Asp是最重要的呈味氨基酸，決定了蘑菇味道鮮美與可口程度[2]，而 Val則是人體必需的8種氨基酸之一。楊紅澎等[27]報道，雙孢蘑菇子實體中，氨基酸總含量為31.19%，其中Glu、Val和Asp含量分別居第1、2和5位，含量分別為8.40%、3.14%和2.33%。林忠寧等[32]報道，雙孢蘑菇子實體蛋白質含量為42.10%，其中含量最高的7種氨基酸依次為 Glu、Asp、Lue、Ala、Lys、Arg和 Val。可見，Glu、Val和Asp為雙孢蘑菇子實體中的優勢氨基酸類型，而不同試驗中含量的差異，可能與培養料成分有關。FM組Glu含量和總呈味氨基酸含量（DAA）在第一、三潮菇時最高，與其氨基酸含量豐富且同期產量較低有關[33]。ES和CP組在第二和第三潮菇時，TAA、EAA、DAA較第一潮顯著升高，這是由于它們的第二和第三潮菇產量低于第一潮，使子實體品質有所提升。

4 結論

添加玉米蛋白添加劑使雙孢蘑菇總產量達到35.24 kg·m-2，較空白對照增產24.26%，每t培養料中添加劑產生的經濟效益達到785.23元。添加豆粕添加劑可顯著提高第三潮菇產量，達到5.01 kg·m-2，緩釋效果與商業化添加劑相當。添加膨化大豆后，在提高產量的同時可顯著提高第一、二潮蘑菇的硬度品質。5種蛋白添加劑的使用，在 3個潮次中均顯著提高了子實體中蛋白質含量。添加羽毛粉和玉米蛋白能顯著提高蘑菇子實體的呈味氨基酸含量，提升蘑菇的風味和口感。綜合不同蛋白添加劑原料的特異性優勢，開發復合、緩釋型添加劑，實現雙孢蘑菇優質高產，是今后雙孢蘑菇添加劑的研究方向。