食用菌免瓶袋筐栽體系建設探究與實踐

高攀宏，劉偉麗，楊碩林

（1.昂磐智能裝備（山東）有限公司，山東 濟寧 272000；2.山東農業工程學院機械電子工程學院，山東 濟南 250199）

食用菌產業具有“不與人爭糧、不與糧爭地、不與地爭肥、不與農爭時、不與其他產業爭資源”的“五不爭”特性。生產上，食用菌多采用農林廢棄物作為基質，并使用立體化周年栽培。食用菌具有產量高和產值大的特點，推動食用菌產業發展可有效實現農業廢棄物的資源化，促進農業生態循環，是支撐國家糧食安全的有效途徑[1-3]。

從山東省食用菌各主產區情況可以看出在山東省六大食用菌主產區（縣）中，濟寧獨占30%，產值和產量均在全省名列前茅，其中，大棚平菇是濟寧各產區的主栽品種。近年來，隨著平菇產量增加及勞動力成本上升，同質化的競爭使順季栽培大棚平菇的經濟效益日漸降低，亟需對平菇生產進行技術創新和產品升級，以提質增效[4-5]。

從國際看，歐美日韓等發達國家及中國臺灣地區，工廠化食用菌生產占比90%以上，且自動化程度比較高，不論日韓主栽的金針菇還是歐美主栽的雙孢菇，均已實現包含采收在內的全程機械化。反觀山東省栽培量較大的傳統優勢品種，鮮有采用工廠化栽培模式的。像平菇、毛木耳、香菇和黑木耳等，目前均以農法袋栽為主，其菌藝難以滿足工廠化生產需求，是阻礙濟寧市食用菌產業長效發展的重要因素[6-8]。

全程機械化是食用菌智慧工廠化生產的基礎，是食用菌產業發展轉型升級的關鍵所在。在前期市場調研、機型分析和部分裝置預研的基礎上，設計裝置組可以進一步深入研究食用菌生產線的工藝布局并破除傳統軟體塑料袋機械裝備的結構缺陷，打破軟體塑料袋在機械化生產時工序多、效率低、機械結構復雜和故障率高的桎梏[9-11]。

受限于塑料袋的軟體結構，使用塑料袋生產食用菌時，機械化生產難度大、工序多、效率低和故障率高。長遠看，袋栽僅適用于農法小規模栽培，因此亟需以全程機械化生產為目標，以工廠化大規模生產為應用場景，開發新的食用菌栽培容器，其意義重大。

從產品角度講，山東省內主栽的大葉平菇不耐儲運，葉邊容易碎裂，因此會影響其商品性，從而限制了銷售半徑。而國外工廠常栽的小平菇品種——秀珍菇，因其口感嫩滑，深受消費者喜愛，是平菇產品最佳的升級方向。同時，對秀珍菇進行富硒功能化改造，依托本地優勢農業的秸稈資源，調配研制新的栽培基質，特別是實施免瓶袋筐栽技術，可對食用菌產業降本、提質和增效起到關鍵作用。

1 研究內容

受限于塑料袋的軟體結構，使用塑料袋生產食用菌，機械化生產難度大、工序多、效率低和故障率高。長遠看，袋栽僅適用于農法小規模栽培，亟需以全程機械化生產為目標，以工廠化大規模生產為應用場景，開發新的食用菌栽培容器。本設計開發新的食用菌栽培容器，對傳統農法袋栽食用菌的工廠化和智慧化進行了提升，針對袋栽本質上不適用于工廠化生產路線問題進行了提升。文章創設出了可應用于平菇、毛木耳、香菇和金針菇等多種食用菌生產的栽培容器及配套各環節自動化設備，對容器規格、生產工藝和設備結構進行建模分析和性能評價，確定工藝和設備結構參數，研制出滿足平菇智慧工廠化生產的“食用菌免瓶袋筐栽體系”，實現平菇生產過程的全氧發菌和全程宜機，全面優于現有日韓瓶栽工廠化生產體系。較之袋栽，生產效率提升近十倍，又能滿足廣大消費者對食用菌安全低價的需求，因此是未來食用菌生產的優選技術路線。并在此基礎上，研制配套的養殖、采摘、收集和分級等一體化設備，使得全程宜機化水平得到全面提升。

本設計是在同類最成熟食用菌生產體系的基礎上，針對平菇品種做的優化提升，本質上遵從平菇的生物學特性，通過機械化的方式或精巧的設計，對生產工序進行優化合并。

見圖1，本設計直接“一筐到底”，省卻了栽培瓶和袋，理論上更先進，相關文獻資料及調研發現對平菇全程機械化暫無相關記載，因而本項目是非常先進的。此種方法打破傳統農法袋栽食用菌在工廠化和智慧化提升上的界限，創設新型栽培容器—免瓶袋栽培筐，是對現有袋栽和瓶栽工廠化體系的底層突破，具有較高的推廣價值。

圖1 食用菌免瓶袋筐栽模型Fig.1 The edible fungus basket planting model without bottle bag

2 關鍵技術內容

本設計研究針對平菇生產，以秀珍菇為例，針對新開發的食用菌栽培容器的設計，設置3 種出菇模式及對應的采菇機。

2.1 夾取式采菇機

見圖2，環筒上出菇采收時采用夾取式采菇機，達到采收程度的平菇，使用叉車叉運到輸送線上，進行機械化調正并輸送到采收工位。在采收過程中，豎向伺服電機通過絲杠副帶動采菇機械手上下運動，以采摘不同層筐的平菇，水平伺服電機通過絲杠副帶動采菇機械手前后運動，以采摘每層不同位置的平菇。

圖2 氣缸驅動采菇夾板模式Fig.2 The cylinder driven mushroom collecting splint mode

采摘時采用氣缸驅動夾板，夾住平菇菌柄底部，然后，豎向伺服電機驅動絲杠副帶動采菇機械手上行，將平菇整叢從培養基上進行分離，水平伺服電機通過絲杠副帶動采菇機械手回到暫存倉入口處，松開采菇夾板，使平菇落入暫存倉，完成一個采摘循環，重復上述動作，直至整托采收完成。

2.2 啟蓋式食用菌采收機

見圖3，孔蓋側出菇模式采用啟蓋式食用菌采收機。部分食用菌品種，為了使菇型更好看，常采用小孔出菇模式，為了兼容敞口出菇模式，在開啟掉封閉的側蓋后，會增加一個有出菇孔的出菇蓋，平菇沿出菇孔生長，達到采摘標準后，采用機械將出菇蓋連同平菇一同取下，然后進行菇蓋分離，從而實現平菇的啟蓋式采收。

圖3 孔蓋側出菇模式Fig.3 The mushroom production mode at hole cover side

主要實現方式是通過夾取機構，如同啤酒瓶的起蓋結構，以行或者列為單位，整排或整行的夾取結構，同時伸入到框體內，起開出菇蓋，連同采摘的平菇一起取出，之后進行菇蓋分離，這樣出菇蓋還可以二次循環利用。

2.3 搖擺式食用菌采收機

見圖4，敞口側出菇模式采用搖擺式食用菌采收機。傳統的大葉平菇，常采用側向敞口出菇模式，此時，可將側向出菇達到采收標準的平菇，整托的平菇通過搖擺式食用菌采收機的采收通道，每層的采收卡爪會卡住平菇菌柄根部，在偏心軸承搖擺系統的帶動下，不停擠壓晃動，將平菇從培養基上分離，并且隨著鏈式刮板采摘傳動裝置下移，不斷刮取側面生長的平菇，整體上實現食用菌大面積高效采收。

圖4 敞口側出菇模式Fig.4 The mushroom production mode at open side

3 整體效益

投入生產后，3 種采收機的采收速度均大于1 000 kg/h/臺。另外，為了提高生物轉化率，本設計裝置在平菇生產時，計劃一潮菇采用橢圓環筒上出菇模式，以獲得更大的出菇面積，從而獲得較高的出菇量；二潮時，原出菇面不能再次搔菌，擬采用孔蓋/敞口側出菇模式，對側面出菇孔進行搔菌和催蕾，以便在保證出菇一致性的同時，獲得較高的二潮生物學轉化率。

成熟度與規格識別主要針對傳統袋栽香菇這種不定時和不定向出菇的菇類及生產方式，本文主要針對平菇，香菇采收暫不涉及。本團隊研發的香菇生產體系及香菇采菇機采用更先進的技術路線，可促使香菇像工廠化金針菇一樣，整齊現蕾，同時采收，免去采收前成熟度與規格識別程序，效率更高，造價更低，采收效率可達1 000 kg/h/臺，采收損傷率低于5%。高效自動采收是本研發的核心目標和主要創新點，所有其他的改善，都是為了達成這一有益效果。

本設計采用硬質（塑料）栽培筐，很多工藝類似瓶栽金針菇，但因為筐的敞口更大，且免除了瓶栽的裝筐上架工序，效率顯著高于瓶栽。當前的工廠化金針菇生產實踐已經證明，瓶栽的生產效率高于袋栽，裝瓶和接種等核心環節的效率數倍于袋栽，因此，本項目完全可以在袋栽“提高食用菌生產效率50%”基礎上再提高20%。

本設計可采用類似瓶栽金針菇裝瓶時的壓實打孔工藝，沿豎向打多個孔，既便于通氧，又便于液體菌種接種發菌，相較于固體菌種，采用液體菌種的平菇菌棒發菌周期可縮短15 d 以上，用時僅為傳統“袋栽+固體菌種”發菌周期的40%，且液體菌種制種費用低，周期短，不用挑雜，配合能夠全氧發菌的免瓶袋栽培筐，還能省去刺孔工序，因此，本設計完全可以在袋栽“降低成本20%”的基礎上再降低10%。

因本設計的免瓶袋栽培筐為可重復使用的硬質塑料產品，和工廠化金針菇的栽培瓶類似，綜合使用成本低，但初始投資費用高，若形成3.5×104t 級平菇產能，即年產720×104筐，日產2×104筐，兩潮平菇按40 d 計，則需要80×104個免瓶袋栽培筐，初始投資比袋栽高1 600×104元。

免瓶袋栽培筐40 d 一循環，一年9 循環，相比于袋栽，每年可節省塑料袋費用400×104元，在只考慮節省的塑料袋費用的情況下，4年即可收回成本。

4 關鍵技術與創新

4.1 關鍵技術難點

針對全球范圍內平菇生產的自動化水平均較低的問題，本項目研發主要是實現平菇的智慧工廠化生產，擴大食用菌生產規模，提高生產效率，降低生產成本，周年化供應市場，引領全球平菇工廠化生產。

其關鍵技術難點一是平菇栽培容器的定位裝夾問題，尤其是在出菇狀態下的，采菇時的定位裝夾問題；二是提高平菇培養基質的生產效率，提升發菌質量，優化出菇模式，提高平菇工廠化生產的生物學轉化率，降低生產成本；

三是將工廠化金針菇生產管控系統的成熟經驗，引入到平菇工廠化生產中，結合平菇自身的生物學特性及菌機、菌藝，實現智能化和智慧化生產，項目達到裝填料速度按質量計可達10 000 kg/h以上，超過裝瓶速度，并且無需脫袋。

4.2 創新點

圍繞共性關鍵技術或應用示范等層面，本設計裝置主要創新點有：一是獨創的可重復使用并便于裝夾和定位的栽培容器，可用于多種食用菌生產，是提升食用菌生產效率和降低成本的基礎和最關鍵點，也是實現智慧工廠化的核心點；二是一潮菇上面出，二潮菇側面出，每次出菇前均可進行搔菌作業，保證了出菇的一致性這一工廠化食用菌生產的核心目標，為機械化采收創造了便利；三是整托的轉運和采收，采菇機的機械手運行空間大，極大的提高了采菇效率。

5 總結

受限于塑料袋的軟體結構，使用塑料袋生產食用菌，機械化生產難度大、工序多、效率低和故障率高等一系列問題，亟需以全程機械化生產為目標，以工廠化大規模生產為應用場景，開發新的食用菌栽培容器。此背景下創設出了可應用于平菇、毛木耳、香菇和金針菇等多種食用菌生產的栽培容器——食用菌免瓶袋筐栽體系，實現平菇生產過程的全氧發菌和全程宜機，并在此基礎上建立3 種出菇模式及對應的采菇機，實現規模化養殖和采摘，進而實現提質增效。