食用菌工厂化生产的关键技术及其研发方向_边银丙

1、 Edible and medicinal mushrooms 2013,21(3:139143食用菌工厂化生产的关键技术及其研发方向边银丙(华中农业大学应用真菌研究所,武汉 430070摘 要从木腐型食用菌工厂化生产中液体菌种生产、配料、拌料、装瓶、灭菌、冷却、接种、发菌、搔菌、出菇管理等10个环节,结合每个环节的设备和设施,综述食用菌工厂化生产中的关键技术及环境控制,并讨论我国食用菌工厂化生产技术的研发方向。关键词食用菌;液体菌种;发菌;出菇管理;设备与设施2008年以来我国食用菌工厂化生产进入了快速发展时期,据中国食用菌协会调查,2009年全国有食用菌工厂化生产企业246家,2010年增

2、加到443家,2011年达到652家。2011年全国工厂化食用菌日产量达到3 183.1吨,比2010年的1 712.8吨增长了85.8%;年产量达到99.04万吨,比2010年增长了52%。我国中小型食用菌工厂化企业属于机械化设施栽培模式,一般采用半机械半人工拌料、装瓶(袋和灭菌,采用空调、抽风机和加湿器等设施控制栽培环境,属于工厂化生产的初级阶段;现代食用菌工厂化企业早期引进国外生产设备和技术,现已逐步实现国产化,实现了机械化拌料、装瓶、灭菌和搔菌,菌瓶依靠传送带自动运输,出菇环境实现自动化、智能化控制。1 液体菌种生产的关键技术相比固体菌种,液体菌种在食用菌工厂化生产中具有明显的优势。液

3、体菌种生产能显著缩短菌种培养周期,提高生产效率,降低菌种污染率及生产成本;接种后菌种与培养料接触面广,萌发点多,萌发快,可以缩短栽培瓶发菌时间,提高出菇整齐度和出菇质量,能显著提高经济效益。目前的液体菌种应用得到广泛认可,在韩国99%的金针菇工厂化生产企业采用液体菌种生产,大部分杏鲍菇工厂化生产企业也已采用液体菌种1,日本应用更为广泛。影响液体菌种质量的主要因素有试管种质量、液体发酵设备和发酵工艺。1.1 试管种质量在食用菌工厂化生产中,试管菌种频繁扩大繁殖,容易引起菌种退化,导致菌丝活力减弱,液体发酵时菌丝含量降低,菌丝球形态出现异常变化;接种后菌丝萌发慢,发菌速度及子实体产量降低,农艺性状

4、发生变异,严重影响产品产量和质量。需要对已有优良菌种采用超低温液氮保藏,对已有栽培品种进行提纯复壮,并不断研发性状优良的新品种,保证菌种种性稳定及性状优良。1.2 液体发酵设备食用菌液体菌种发酵设备一般采用气升式液体发酵罐,主要由发酵罐和空气干燥净化系统两部分组成。在生产液体菌种时,需要配置控制温度、pH值和通气量的辅助系统,以及配套的发酵罐灭菌锅。要根据生产规模和生产条件,选择规格、容量适宜的液体发酵罐。发酵设备的密封性是决定发酵污染率高低的重要因素,必须经常注意设备保养和维修。作者简介:边银丙,男,华中农业大学教授,博士生导师,中国食用菌协会副会长,湖北食用菌协会会长。 140 2013年

5、第21卷第3期1.3 发酵工艺发酵工艺要保证生产出的液体菌种菌球小、菌丝含量高和活力强。影响液体菌种质量的主要因素有培养基种类、温度、pH、通气量、接种量、菌龄等。需要根据各个栽培品种的情况,摸索出合适的发酵工艺参数。液体菌种发酵阶段,要定时取样检测pH、菌丝含量等指标,监控液体菌种生长情况。(1接种量。提高接种量可以减少发酵时间,但会增加菌种的使用量,增加成本投入和发酵罐污染风险,一般根据生产条件选用0.1%0.5%的接种量。液体菌种生产时,增加菌丝球数量,降低菌丝球直径,接种时菌丝球才不易堵塞接种机喷头,而且有利于菌液的均匀喷洒,增加其与培养料的接触面积,提高菌丝体在培养料表面的封面速度,

6、减少菌瓶污染。(2温度、pH及通气量。适当提高温度能加速菌丝的生长,但温度过高又容易引起菌丝老化。pH 值会影响发酵时菌丝球的大小和个数,在合适的pH范围内,随着pH值升高,一般会引起菌丝球增大,个数减少。通气不仅为菌丝生长提供氧气,而且能对菌丝进行搅拌和剪切,剪切力的大小随通气量的增加而升高。因此,通气量大小又会影响菌丝球大小和菌液粘稠度。通气量过小,易产生较大的菌丝球,造成接种机喷头堵塞和接种不均匀;通气量过大,易产生大量的菌丝片段,不仅增加菌液的粘稠度,降低其在栽培瓶中的流动性,而且造成菌丝萌发力差,不利于发菌,且会增加发酵罐污染的风险。(3菌龄。在发酵罐中菌种发酵周期即菌龄,菌龄选择要

7、综合考虑菌丝含量和菌丝活力两个因素;菌丝活力主要考虑其胞外酶活性,特别是有重要影响的胞外酶,如纤维素酶等。液体发酵时,菌丝含量最高和菌丝活力最大之间,一般存在一定的时间差。菌丝含量一般选择0.100.15 g/mL,可以相同接种量时栽培瓶完成发菌的时间,作为菌龄选择的参考依据。(4发酵工艺参数。目前国内企业对液体菌种的发酵工艺已经进行广泛的研究。王桂金等以黄豆粕10 g/L、蔗糖30 g/L、K2P04 1 g/L、MgS04 0.5 g/L作为金针菇液体菌种培养基,研究表明,在培养温度(20±1、接种量0.5%、初始pH 56、通气量10.8、培养周期67天时,适合金针菇工厂化生产

8、液体菌种工艺要求2。王稳通过金针菇液体发酵试验,发现适合金针菇的培养基配方为:玉米粉3%,葡萄糖2%,麸皮2%,蛋白胨0.3%,硫酸镁0.05%,磷酸二氢钾0.05%,维生素B 0.05%,豆油0.03%3。2 栽培瓶中菌丝培养的关键技术2.1 培养料配制食用菌工厂化生产常用的原料有木屑、玉米芯、甘蔗渣、米糠、棉籽壳、酒糟、麸皮、玉米粉等。除木屑外,一般采用新鲜原料,部分原料还要有适宜的颗粒度,以保证培养料含水量和通气性,如将玉米芯一般粉碎成直径0.30.5 cm的颗粒。原料应注意储藏条件,保证不霉烂变质。培养料中各种营养物质的比例是影响菌丝生长的重要因素,应根据各原料提供的营养成分,按照适当

9、的比例配制。工厂化生产要尽量提高第一潮菇的产量,配方中米糠、玉米粉、麸皮等所占比例应高于常规栽培,一般为30%40%4。栽培原料的生长季节不同、产地环境不同等因素,也会对原料质量产生影响。一般需要有固定的进货渠道和严格的原材料质量标准,并需根据具体情况做适当的调整。确定适宜的培养料初始水分含量和pH值,不仅需要考虑食用菌不同品种对水分含量和pH值的要求,还要考虑不同的原料、配方、培养瓶型号、灭菌工艺、培养瓶在灭菌锅的位置、冷却条件等因边银丙:食用菌工厂化生产的关键技术及其研发方向 141 素对灭菌前后培养料水分和pH值的影响。培养料的pH值一般采用碳酸钙和氧化钙调节。2.2 拌料拌料要将原料搅

10、拌均匀,使营养成分和水分在培养料中分布均衡,以便菌丝生长整齐。在拌料时,要根据各种原料的性质,采用合适的加料顺序,以利原料混合均匀。工厂化生产一般采用大型搅拌机,拌料时先将辅料与一部分主料混匀后,再与其他主料充分混合;对于易溶于水的辅料,一般先将其溶入水中,再将溶液加入到培养料中。2.3 装瓶配料与拌料结束后,要尽快完成装瓶和灭菌,避免微生物大量繁殖引起培养料发酵酸败。装瓶一般采用自动装瓶机,装瓶前先将栽培瓶装入塑料筐,通常每筐16瓶。栽培瓶一般采用聚丙烯(PP塑料瓶,规格有850 mL、1 100 mL、1 400 mL等。塑料瓶和塑料筐要选择抗压、高温时不易软化变形的材料。装料后采用打孔机

11、打孔,同时完成栽培瓶压盖。打孔可以采用在瓶中央打1个大孔,周围46个小孔,或者4个大孔等方式,以增加菌丝接种面和萌发点。装瓶结束后,一般料面距离瓶口为1015 mm。机械操作手将塑料筐装到灭菌台车上,进入灭菌锅。2.4 灭菌通常采用大型食用菌专用灭菌器,进行高压蒸汽灭菌。前期需要通入热蒸汽,排出灭菌器中冷空气后逐步升温。灭菌一般采取121 保温1.5小时左右。灭菌结束后,停止通入热蒸汽,迅速降温降压。待灭菌器气压降到零后,打开灭菌器排气;待温度降至80 以下时,将载有栽培瓶的灭菌台车推入冷却室降温。高温灭菌不仅可以杀死培养料中的微生物,还能降解培养料中的纤维素、半纤维素等大分子物质,以利于菌丝

12、的分解与吸收。2.5 冷却冷却室空气的洁净度要求较高,一般采用臭氧灭菌。臭氧灭菌既有较好的灭菌作用,又可避免采用化学药剂灭菌引起产品潜在的质量安全隐患。菌瓶冷却时还应通入洁净空气维持一定的正压,避免微生物从冷却室外部进入,污染培养料。栽培瓶一般先置于预冷室,再转入冷却室。工厂化生产产量大,而且一般当天灭菌,第2天接种。因此冷却室要采用强制冷却。预冷室采用1万级新风将菌瓶降温至35 以下,再在冷却室用制冷机强制降温达到接种所需温度。减少冷却时间,有利于降低污染4。栽培瓶一般在25 以下才能接种,但温度也不能过低,最好能与培养室温度相近,一般选择1520 。2.6 接种液体菌种达到接种要求后,应及

13、时用于接种,一般采用液体菌种接种机。接种量多少应根据栽培瓶的型号确定,要以能覆盖瓶口表面和孔为宜,通常850 mL的栽培瓶接1518 mL。接种时,通过控制接种机的接种压力和接种时间,以调节接种量和菌种覆盖面积,使菌种均匀覆盖整个瓶口料面,从而加快料面封口速度,减少杂菌污染,增加发菌时栽培瓶菌丝生长整齐度。接种间要保持良好的洁净度,除了需要用臭氧消毒外,接种机小环境内还要设置层流罩,保持接种机周围存在正压,局部空气洁净度达到100级,尽最大可能降低污染的几率5。2.7 发菌管理发菌培养室一般分大型培养室和小型培养室两种。大型培养室成本低,但由于不同接种时间栽培瓶混合放置和连续培养,使培养室彻底

14、消毒存在一定难度,增加污染的风险,而且菌丝处于不同生长时期,栽培瓶中菌丝生长产生的热量存在差别。为避免高温“烧菌”,大型金针菇培养室温度一般控制在较低温度(1315 ,但不利于菌种早期的生长。小型培养室可以将不同接种时期的栽培瓶采用不同温度控制,分别培养,使菌丝在适宜温度条件下生长,加快发菌速度,也容易进行室内环境彻底消毒,减少污染的风险,但成本高于大培养室。 142 2013年第21卷第3期培养室中影响发菌质量的关键因素是温度和通风量。培养室栽培瓶摆放时选择合适的间距,加强培养室的空气流通,增加通风量,既可以保证发菌时氧气供应,又能加快栽培瓶的散热。由于菌丝生长会产生热量,因此需要及时调节培

15、养室中的温度。小培养室最好能使料温保持合适的温度,一般金针菇选择2023 ,大培养室温度一般选择不引起各个批次菌瓶“烧菌”的最高温度。3 搔菌与出菇管理关键技术3.1 搔菌搔菌包括搔菌、冲洗和注水3个环节,可促使出菇及出菇整齐。搔菌深度一般为10 mm 左右,应注意搔菌深度是以装瓶时的料面为标准,而不是以瓶口菌丝表面为标准。搔菌后,料面距离瓶口约为2025 mm。一般采用栽培瓶侧翻或倒置搔菌,结束后立即用一定强度的水冲洗,去掉菌瓶瓶口及培养料表层的菌丝残渣。在发菌阶段,栽培瓶中水分会随着培养料的分解而增加。金针菇在接种时培养料中水分含量一般为63%65%,搔菌前水分含量会增加到68%70%。由

16、于培养料中水分过低会影响出芽率,一般金针菇搔菌后需要注水以增加出芽率,而杏鲍菇则不注水以减少出芽数量。注水可通过配套的液体菌种接种机进行。搔菌结束后,栽培瓶应立即转移到经消毒的出菇房(生育室内进行出菇管理。栽培瓶在出菇房要经历菌丝恢复期、催蕾期和抑制期几个阶段,出菇管理主要包括温度、空气湿度、通风和光照4个方面,通过自动化控制系统进行控制。3.2 菌丝恢复期一般金针菇栽培瓶转移到出菇房后的15天是菌丝恢复期。在此期间不需要光照,温度应控制在1517 ,常换气通风,保持室内足够的氧气浓度;湿度控制在95%100%,保持料面和地面湿润,如料面干燥,可适度补水。3.3 催蕾期催蕾期是从料面出现大量原

17、基,至菇芽生长至0.5 cm之前的一段时间,一般为第610天。在此期间,不需要光照,出菇房开始缓慢降温,一般每天降低1 左右;空气湿度控制在88% 95%,地面保持微湿,以防止料面干燥导致原基脱落;如果小芽出现吐水现象,则适当降低空气湿度;减少通风量,提高室内二氧化碳浓度。3.4 抑制期催蕾期结束到采收前为抑制期,一般为菌瓶移入菇房后的第1020天,主要目的是提高金针菇品质。当金针菇子实体长到0.5 cm时,开始降温抑制,此时适当提高空气湿度,保持小芽不干燥;当金针菇长到瓶口时,根据子实体生长情况,降温至35 ,并通过光抑制和通风来控制子实体整齐度和菇盖大小,抑制金针菇过快生长。当金针菇菇盖达

18、34 mm时,开始包胶片(套筒,此后保持菇房处于黑暗条件,并可以根据情况升温12 。包胶片后金针菇会出现长势不整齐,可通过间断性光照控制整齐度;当出现菇盖过湿产生水渍状斑点时,可适当增加通风,降低湿度。当发现子实体或者菌瓶表面出现杂菌或病菌感染时,应分析病菌来源,迅速对地面、菇房和床架消毒,并检查通风系统,降低菇房空气湿度,清理染菌菌瓶。待金针菇生长到符合商品菇要求时,及时采收。4 工厂化生产环境控制技术4.1 空气除拌料室和装瓶室之外,包括冷却室、接种室、发酵罐室、发菌室、搔菌室和出菇房都属于无菌区,需要有较高的空气洁净度,要求达到万级洁净度标准。空气净化处理过程一般要经历初效过滤、中效过滤

19、和高效过滤3个环节,室内要有一定的正压,防止未净化空气进入。接种机上部要安边银丙:食用菌工厂化生产的关键技术及其研发方向 143 装层流罩,以进一步提高洁净度和正压,减少接种时开盖污染。非生产人员尽量避免进入无菌区,或者从专门的参观通道进出。生产人员进入应穿戴消过毒的工作服,经过风淋室进行除菌消毒处理。4.2 温度食用菌工厂的温度控制包括加热和制冷。工厂化生产中不同生产环节,以及同一个环节的不同时间段,对环境温度有不同的要求。温度控制一般采用智能化控制系统,实行实时监控,特别是出菇房温度改变频繁的环节,对温度的控制程度要求更高。而发菌期管理要严格防止高温“烧菌”,以免影响产量和品质。4.3 通

20、风菌瓶培养室和出菇房是菌瓶高密度摆放且完全封闭的环境,而菌丝生长和子实体发育会产生大量二氧化碳等代谢产物,释放出热能。通风不仅可以增加氧气浓度,减少二氧化碳浓度,还可降低温度和湿度,减少病害发生。因此,需要有可控制的优良通风系统,保证食用菌在发菌和出菇阶段对通风的要求。4.4 湿度和光照湿度和光照控制与温度、通风一起,共同影响出菇产量和质量,因此出菇房要做好湿度和光照控制。湿度控制常见方法有超声波加湿、高压微雾加湿和蒸汽加湿等;光照控制一般采用光抑制机,对光照强度和波长范围实行严格控制。5 食用菌工厂化生产技术的研发方向当前我国食用菌工厂化生产技术和设备水平迅速提升,涌现出一批专业化生产食用菌设备的企业。一些企业专业研发食用菌工厂化专用搅拌机、自动装瓶机、灭菌器、制冷设备、臭氧消毒设备、空气净化设备、液体菌种发酵设备、液体菌种接种机、层流罩、搔菌机,以及菇房自动控制系统和设备,包括生产环境综合控制系统,工厂化生产智能控制系统,菇房PL