食用菌菌渣的基础特性及污染特征

食用菌菌渣的基础特性及污染特征

所谓的“细菌菌渣”是指在栽培过程中从产品中收获的剩余培养基废物。我国是食用菌生产大国,据2012年中国食用菌产业发展大会公布的相关数据显示,我国已成为全球食用菌产量第一大国,占世界总产量的70%,2011年全国食用菌生产总量达到2.57×107t,按照食用菌生物学效率平均40%计算,2011年全国食用菌菌渣总产量为3.86×107t。处理这些菌渣的传统方法为丢弃或者燃烧,燃烧只能快速地取得其中10%左右的热能,是对生物量的不合理利用。菌渣中含有丰富的蛋白质和其他的营养成分,随意丢弃不仅造成资源的浪费,也对环境造成了污染。目前对食用菌菌渣的研究,大多集中在菌渣与培养基成分对比关系、菌渣利用以及污染特征等方面。研究表明,各种培养基经降解后木质素可降解30%左右,粗纤维降低40%~70%,而粗蛋白质可提高25%~40%,菌渣氨基酸含量为0.05%~0.06%,菌类多糖及Fe、Ca、Zn、Mg等矿物质含量也较丰富。由于食用菌的种类及培养基原料不同,菌渣的化学组成也不同。目前菌渣再利用方面的研究主要集中在生物肥料、饲料、再栽培食用菌以及生产燃气等方面。但是,目前对菌渣的研究还不够完善,不利于菌渣的再利用,例如,未意识到重金属的潜在危害性,忽略了菌渣基础性质的研究。因此,通过研究菌渣中各种成分及其之间的关系,并分析重金属的污染,对于菌渣的再利用有重要的实用价值。1材料和方法1.1菌渣的制备通过对食用菌栽种地实地的考察,进行样品采集,最终获得10个菌渣样品,将菌渣上的泥土去掉,经自然风干后粉碎,装入密闭容器中备用。各样本特征如表1所示。1.2粗纤维的测定粗蛋白质测定采用H2SO4-K2SO4-CuSO4消煮法;粗脂肪测定采用研磨浸提法;粗纤维测定采用酸-洗涤剂法;有机碳测定采用重铬酸钾容量法-外加热法;全磷测定采用钒钼黄比色法;全钾测定采用硫酸-硝酸消煮,火焰光度法;钙测定采用原子吸收分光光度法;镁测定采用原子吸收分光光度法;pH测定采用电位法;灰分测定采用干灰化法。1.3测定指标间的相关关系利用DPS软件对样本各项指标值进行统计分析以及相关矩阵的计算,分析其主要成分含量的同时得到指标间的相关关系。由此可以研究通过某些较容易测得的指标含量控制不易测得的指标含量的方法,并分析其主要成分的可能来源,以便在食用菌种植过程中对各种成分进行有效控制。2结果与分析2.1原料配比对菌渣中各成分含量的影响对菌渣中各种组分进行测定并进行统计,均值可以体现数据的集中趋势,标准差可以反映所测定数据波动的大小,而且与均值无直接关系,结果如表2所示。表2结果显示,各指标中灰分的含量最高,均值达到34.38%,而最大值为46.18%;其次为有机碳,含量的均值为26.70%,最大值为31.59%;粗纤维含量均值为14.02%,最大值为24.21%。三者的标准差分别为7.43%、3.52%和6.47%,明显高于其他指标,所以菌渣中这3种成分含量的波动较大。在各重金属指标中,含量均值较高的为铅和铬,分别为10.62mg/kg和4.17mg/kg,两者的标准差分别为2.81mg/kg和3.32mg/kg,表明两者的含量波动亦较大。菌渣中各种成分的含量与不同栽培原料中各成分的含量以及栽培过程中菌类对各成分的转移程度有着直接的关系。表2显示钙含量变化范围较大,为3.00%~7.18%,变异系数为24.3%。虽然钙含量变化范围较大,但是离散程度并不是很高,针对这种现象结合灰分与钙之间的回归分析(图1)可知,两者的相关系数为0.72,相关显著(P<0.05)。但从图1可以看出灰分与钙的对应点都不同程度偏离了回归线,而且有一个点偏离非常明显,钙的这种分布特征以及与灰分之间的这种线性关系,从栽培原料和栽培过程来看,极有可能是栽培原料中引入了石灰的缘故,因为石灰是钙的主要来源,当然,有些栽培原料中还加入了过磷酸钙,虽然量不是很多,但是很有可能是造成钙与灰分之间相关性不是特别好的原因。粗蛋白质的含量在4.96%~8.16%之间变化,分布范围相对其他指标亦比较大,但其变异系数为12.5%,在各指标中最低,这说明粗蛋白质虽然含量绝对变化范围较大,但是数据的离散程度却相对较低。粗脂肪的分布范围为0.03%~0.59%,变异系数为59.3%,相对较高,说明粗脂肪的离散程度较高。这种情况与不同栽培原料中粗蛋白质含量以及食用菌在生产过程中对于粗蛋白质的转移量有直接的关系。表2还显示铬与铅两种成分含量分布的范围较大,而Hg的含量相对集中。这种现象可能是由于食用菌栽培过程中食用菌对不同重金属的富集能力的差异导致的。从分析结果来看,不同食用菌对Cr和Pb的富集能力差异较大,所以在种植食用菌过程中应避免两种重金属的引入,避免食用菌本身在这两种重金属上超标以及菌渣中两者的含量过高。2.2菌渣中各组分的配比与测定为了进一步分析各指标间的关系,建立了各指标间的相关系数矩阵(表3)。结果显示,粗纤维与有机碳、粗纤维与Ca、粗纤维与灰分、有机碳与灰分、全磷与汞以及汞与铅之间相关极显著,相关系数分别为0.96、-0.75、-0.97、-0.97、0.86以及-0.85。粗纤维、有机碳、灰分两两的相关均极为显著。粗纤维的主要成分为纤维素,同时还含有木质素及混入极少量的含氮物质,因为菌渣中的有机碳也包含了粗纤维中的有机碳,所以这两种组分之间存在着正相关关系。不同栽培原料中各组分的配比差异较大,因为原料中粗纤维与有机碳之间的比例会随着原料组分配比的不同而有所变化,并且随着食用菌的生长,这两者之间的比例关系还不断地发生变化,实际的测定结果显示两者之间有极显著的相关性,这很值得对栽培过程中粗纤维和有机碳之间的变化关系、两者在食用菌生长过程中的转移途径以及转移量做进一步的分析和研究,以期能够降低菌渣中粗纤维和有机碳的含量,实现更大的生物转化率,进而达到减少对环境影响的目的。有机碳与灰分之间相关系数为-0.97,呈极显著负相关(P<0.01),根据此关系,以后在测定菌渣成分时,若已测定了有机碳含量,那么可以在一定的置信度下估算出灰分的含量,省去了繁琐的测定过程。因为灰分是指将样品灼烧,使有机物质氧化成二氧化碳和水等物质挥发散失后,剩余的不可燃部分。因此就比较容易理解有机碳与灰分之间的这种此消彼长的关系,但是菌渣中有机碳和灰分的来源主要为栽培原料中的各组分,对于不同栽培原料,各组分会有所不同,相应的有机碳与灰分之间的比例关系也会有变化,结果却显示两者的相关性如此好,应该是在食用菌在生长过程中起到了重要作用,值得进一步研究。全磷与汞的相关系数为0.86,两者呈极显著正相关关系。而且汞的变化范围相对集中。虽然菌渣中全磷和汞的绝对含量都不高,但是相关性却非常强,能够很好解释这一现象的原因极有可能是磷和汞的来源类似。结合栽培原料的组分配比,可以推断磷和汞主要来源于栽培原料中的过磷酸钙。根据全磷与汞的这种线性关系,就有可能从限制菌渣中全磷含量入手,达到降低菌渣中重金属汞的目的。2.3菌渣的检测结果将菌渣中重金属含量与中华人民共和国国家标准《饲料卫生标准》(GB13078-2001)中鸡、猪配合饲料卫生标准进行对比发现,就铅、镉含量而言,除样本25003的菌渣符合要求外,其余样本皆超标;汞含量所有菌渣样本均超标;样本25005铬超标;砷含量所有样本均符合标准(表4)。因此10种菌渣均不可以直接用于饲料,因为菌渣中的重金属会通过食物链不断积累,最终危及人体健康。结合上述菌渣基础特征的分析,应该在栽培食用菌过程中,根据不同重金属的特性采取不同的措施,以便有效控制菌渣中重金属含量。3指标间的相关性1)含量较高的灰分、有机碳、粗纤维之间有极显著的相关;粗纤维与有机碳、粗纤维与Ca、粗纤维与灰分、有机碳与灰分、全磷与汞以及汞与铅之间的相关系数分别为0.96、-0.75、-0.97、-0.97、0.86以及-0.85。2)根