基于隧道式發酵金針菇菌渣的雙孢蘑菇培養料制備分析*

柯斌榕，廖劍華，盧政輝，蘭清秀，應正河

（福建省農業科學院食用菌研究所特色食用菌繁育與栽培國家地方聯合工程研究中心，福建 福州，3500014）

隧道式發酵作為一種高效，控制精準的堆肥發酵技術，廣泛的應用于有機肥生產、作物基質發酵、固體垃圾處理以及草生菌培養料的制備中[1-3]。上世紀70年代，意大利率先將其應用于雙孢蘑菇（Agricus bisporus）培養料的制備中，而后在荷蘭和法國成功將其應用于雙孢蘑菇培養料的產業化制備[4]。雙孢蘑菇培養料隧道發酵技術，一般包含一次發酵和二次發酵2個階段，隧道一次發酵技術使用高壓通氣系統，利用微生物的代謝升溫進行原材料的分解轉化，同時消除病原菌以及蟲卵、草籽等潛在風險[5]。隧道二次發酵技術是通過巴氏消毒和控溫培養，使培養料的選擇性進一步提高，從而滿足雙孢蘑菇生長過程中的營養需求[6-7]。在發達國家雙孢蘑菇產業分工十分完備，其培養料一般由大型培養料生產公司提供，例如荷蘭的CNC公司（CNC Grondstoffen B.V.）、Walkro公司（N.V Walkro Belgie）等大型堆料公司，其培養料制備均采用隧道發酵技術，每周可生產3次培養料，超過17 000 t，不僅滿足本國的原料需求，同時也可出口[8]。

金針菇（Flammulina filiformis）是我國傳統栽培的食用菌，因其富含賴氨酸而有助于兒童智力發育，故又稱之為“增智菇”[9]。近年來金針菇工廠化栽培隨著日本和韓國栽培模式的引進及推廣而得到快速發展，工廠化金針菇年產量逐步增加。據中國食用菌協會統計，2018年其產量已經達到了257.56萬噸[10]。據此估算每年將有超過200萬噸的金針菇廢棄菌渣需要處理。傳統的焚燒方式不僅不利于環保，也造成了菌渣資源的浪費。因此，嘗試利用隧道式發酵技術，同時添加牛糞進行金針菇菌渣的發酵，開展雙孢蘑菇培養料的研究，了解金針菇菌渣發酵過程中的理化性質變化，為高效利用金針菇菌渣栽培雙孢蘑菇提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試菌株

雙孢蘑菇母種W192，由福建省農業科學院食用菌研究所提供。

1.2 試驗配方

試驗選用的金針菇菌渣由福建萬辰生物科技有限公司提供，新鮮金針菇菌渣色澤金黃，可以看見明顯的玉米芯顆粒，有輕微的酸味。牛糞呈黑色塊狀，其中有許多尚未徹底分解的植物纖維，原材料部分理化指標見表1。

表1 原材料的部分理化性質Tab.1 Part physical and chemical properties of raw materials

由表1可知，金針菇菌渣具有較高的含氮量，但pH偏低需要進一步發酵轉化，以滿足雙孢蘑菇的營養需求。試驗配方以漳州市龍海等地菇農常用菌渣配方做為參考，配方包含過磷酸鈣2%、輕質碳酸鈣1%、生石灰0.2%、干牛糞14%、新鮮金針菇菌渣 82.98%[11]。

1.3 試驗方法

按常規方法采用噴淋方式進行菌渣及牛糞的預濕，以牛糞塊中心吸足水為宜，時間約2 d。預濕結束后將菌渣及牛糞用鏟車充分混合，并加入過磷酸鈣，輕質碳酸鈣及石灰，進一次發酵隧道。一次填料高度1.1 m，根據溫度變化情況決定通風時間及通風量，隔3 d進行第一次翻堆。翻堆過程中注意充分混合后再進一次隧道。根據溫度變化情況在進行2次翻堆，進二次隧道前培養料的pH一般控制在8左右，含水量控制在約75%。一次發酵結束后，將混合料用鏟車轉移到二次發酵隧道中，填料高度1.2 m，根據常規二次隧道發酵工藝進行操作。先進行循環平衡料溫，再升溫到60℃進行巴氏消毒，保持8 h～10 h，巴氏消毒結束12 h左右將料溫降至約50℃，控溫培養4 h～5 d，最后通入新風將料溫降至30℃以下出料。

菌渣培養料發酵過程采用溫度記錄儀進行培養料發酵過程中的溫度監測與記錄，一次發酵在近風機端2 m處及遠風機端4 m處各放置3個溫度探頭，探頭距離隧道底部分別為20 cm、50 cm及90 cm，分別標記為1-20、1-50、1-90。二次次發酵在近風機端2 m處及遠風機端4米處各放置2個溫度探頭，探頭距離隧道底部分別為50 cm及90 cm，分別標記為 2-50、2-90。

1.4 出菇試驗

金針菇菌渣培養料的填料高度20 cm，每平方米的投料量為80 kg左右，播種、發菌、覆土和出菇管理均按常規方法進行[12]。

1.5 菌渣培養料理化性質檢測

1.5.1 含水量測定

取混合建堆、一次翻堆、二次翻堆、一次發酵結束和二次發酵結束階段培養料樣品各500 g于105℃熱風烘干箱中烘干24 h，后計算樣品含水量，每個階段樣品重復3次。

1.5.2 pH 檢測

采用奧豪斯pH計，分別對原材料、預濕混合、一次翻堆、二次翻堆、一次發酵結束和二次發酵結束時的培養料進行pH檢測。

1.5.3 電導率測定

以干樣品與蒸餾水重量比1∶6配制樣品懸浮液，放置1 h后，用電導率儀（雷磁DDS-307，上海精密科學儀器有限公司）測定不同階段培養料的電導率Ec值。

1.5.4 碳氮比測定

取混合建堆、一次翻堆、二次翻堆、一次發酵結束和二次發酵結束階段的培養料樣品，烘干粉碎后，分別采用凱氏定氮法和K2Cr2O3氧化的方法測定氮和碳的含量，后計算碳氮比變化[13]。

1.5.5 菌渣培養料感官評價

從原材料及培養料發酵過程中菌渣顏色及氣味等方面，對培養料進行直觀評價。

1.6 產量統計及數據分析

統計各個潮次的出菇產量，以商品菇規格為采收標準進行切腳并稱重，后采用DPS v7.05進行產量及各階段培養料理化性質的方差分析[14]。

2 結果與分析

2.1 隧道發酵過程溫度變化

隧道發酵過程溫度變化見圖1（一次發酵）和圖2（二次發酵），分別檢測一次發酵中3個溫度探頭的數值及二次發酵中2個溫度探頭處的數值。

圖1 一次發酵過程中溫度變化Fig.1 The Compost temperature of phaseⅠ

圖2 二次發酵過程中溫度變化Fig.2 The Compost temperature of phaseⅡ

如圖1、圖2所示，整個發酵周期為16 d，一次發酵共9 d，每隔3 d翻堆1次，二次發酵7 d。在一次發酵前期金針菇菌渣培養料升溫較慢，每小時升溫不到1℃。第1次翻堆后隨著嗜熱微生物數量增加，其代謝作用加強，溫度快速上升，最高溫度超74℃。可見金針菇菌渣一次發酵過程需要一個較長的升溫過程，可以考慮先進行預堆處理，再進入一次發酵隧道進行發酵。

二次發酵階段，菌渣培養料在平衡時不容易減小溫差，料溫下降趨勢明顯。通過16 h的升溫，培養料進入巴氏消毒階段，中間溫度可以穩定在60℃～64℃，底層溫度在56℃～60℃。控溫培養階段金針菇菌渣培養料溫度可以維持在43℃～50℃，底層溫度略低于控溫發酵溫度。通過5 d的控溫培養，有利于提高金針菇菌渣培養料的選擇性。

2.2 培養料感官評價

培養料發酵是一個動態變化的過程，隨著發酵的進行，原材料的顏色、結構、氣味等都會發生明顯的變化，因此可通過感官評價來判斷培養料的質量優劣。金針菇菌渣發酵過程中培養料的變化情況見圖3。

圖3 金針菇菌渣發酵過程中培養料顏色變化Fig.3 The color change at different stages of composting

由圖3所示，金針菇菌渣發酵培養料的顏色逐步加深，與一次發酵階段發酵料內部在高溫作用下原材料發生美拉德反應等熱化學反應有關，而二次發酵結束后，由于放線菌的生長，培養料中可以看到許多白色斑點狀的放線菌菌落[15-16]。培養料隨著發酵進程的推進其氣味也從微酸，逐漸產生氨味，到二次發酵結束后，產生一種放線菌生長時特有的香味。培養料的結構也從最初粘膩、污手，轉變為手握不黏膩、結構松散、質地柔軟，無毛刺感的狀態。

2.3 不同發酵階段培養料含水量、pH及電導率變化

金針菇菌渣培養料發酵過程中含水量、pH及電導率的變化情況見表2。

表2 培養料發酵過程中含水量、pH及電導率變化Tab.2 The water content,pH and Ec at different stages of composting

由表2可知，金針菇菌渣培養料含水量在建堆時達到最高值，后于一次翻堆后顯著降低（P＜0.05），因為此時大量水分隨發酵溫度升高而被蒸發，最后獲得的二次料含水量為66.40%。盡管金針菇菌渣的pH較低，但隨著預濕過程中的沖淋以及一次發酵過程中氨氣的產生，其pH快速提高，最終二次料的pH為8.16，更有利于避免發菌過程中雜菌的侵染。培養料的電導率在建堆時達到最大值，后逐漸降低并在二次結束時略有升高，這可能與建堆時添加輕質碳酸鈣及過磷酸鈣等輔料有關。但隨著發酵進程，部分無機鹽類被吸收轉化，電導率則逐步降低。同時可以發現，通過預濕噴淋，原料中大量的鹽類被水帶走，使培養料電導率較低，有利于后期雙孢蘑菇菌絲的生長。

2.4 不同發酵階段培養料碳、氮變化

金針菇菌渣發酵過程中培養料含氮量及碳氮比變化見圖4。

圖4 培養料發酵過程中含氮量及碳氮比變化Tab.4 Changes of nitrogen content and the C/N ratio in the compost during composting

由圖4所示，培養料的含氮量隨發酵時間逐步上升，建堆時僅1.57%，到一次發酵結束時達到1.81%，二次發酵結束時培養料含氮量為2.00%。含氮量的增加主要是由于發酵過程中微生物代謝將碳水化合物分解，轉化為熱量及菌體蛋白[17]。同時由于含氮量的提升及碳素的減少，培養料的碳氮比逐漸降低，從建堆時的28.26逐漸降低為20.36。

2.5 各潮次出菇產量比較

各潮次雙孢蘑菇出菇產量統計見圖5。

圖5 不同潮次產量比較Fig.5 The yield of difference flush

由圖5可知，金針菇菌渣培養料栽培雙孢蘑菇其總產量可以達到19.25 kg·m-2，其中產量在前三潮較高，占總產量86.61%，而第四潮后則顯著降低（P＜0.05）。可見金針菇菌渣通過隧道發酵技術栽培雙孢蘑菇，可以在前三潮獲得較好的產量。因此通過隧道式發酵獲得的培養料，若應用于空調菇房進行周年栽培，可在較短時間獲得較高的產量。

3 討論

培養料質量是雙孢蘑菇栽培過程中關鍵的有機組成。隧道式發酵與傳統的菌渣室外一次發酵，室內二次發酵相比，可以提高培養料含水率及含氮量，從而提升培養料質量，同時隧道式發酵能顯著縮短發酵周期。由于發酵過程采用高壓風機進行強制通風，有效避免了厭氧發酵，有利于培養料發酵的均一性。試驗結果表明通過隧道發酵技術可以有效的將金針菇菌渣轉化為雙孢蘑菇培養料，其二次培養料含水量為 66.40%、pH 為 8.16、電導率為 875.00 μs·cm-1、含氮量 2.00%、碳氮比為 20.36，四潮菇產量可以達到19.25 kg·m-2。其產量相對集中于前三潮，有助于縮短出菇周期，可以減少空調菇房的占用時間，提高周轉效率。目前利用杏鮑菇菌渣進行雙孢蘑菇栽培已經在漳州地區得到廣泛的推廣，而對金針菇菌渣的應用還較少[18]。當前菌渣培養料的發酵方式仍沿用傳統的稻草發酵方式，發酵過程容易出現厭氧區域，發酵周期需要在20 d以上，隧道發酵周期在16 d左右，且前四潮出菇產量較傳統培養料要集中[19]。

菌渣作為一種重要的草生菌替代原料在秸稈資源缺乏的地區被大力開發使用，但仍存在菌渣培養料質量不穩定，質量標準不明確等問題[20-21]。同時因為菌渣與秸稈在物理結構及理化成分上具有較大區別，因此不能直接套用成熟的秸稈隧道發酵模式，需要根據菌渣本身的理化性質進行相應的調整和改進。如在試驗過程中發現底部的菌渣培養料易出現結塊的現象，易導致通氣量降低，造成局部厭氧。此外在發酵過程也發現培養料各部分存在發酵不均勻，二次發酵中存在發酵死角等問題，這些都將直接影響下一步的菇房管理與出菇產量。盡管采用金針菇菌渣隧道發酵得到的培養料，在含水量，含氮量等理化性質優于常規菌渣培養料，但與麥稈、雞糞為原料的傳統隧道發酵料相比仍有許多不足。因此需結合菌渣理化性質，優化隧道式發酵的配方和控制參數，進一步提高雙孢蘑菇培養料的質量。