平菇培養(yǎng)料發(fā)酵過程理化因素及微生物變化研究

常路路，申進(jìn)文**

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南 鄭州 450002）

平菇 (Pleurotus ostreatus)目前是我國栽培量最大的食用菌[1]。在玉米主產(chǎn)區(qū)，主要采用玉米芯作為平菇栽培的培養(yǎng)料。因發(fā)酵料栽培具有成功率高、產(chǎn)量穩(wěn)定、操作方法簡單、周期短等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)發(fā)展成平菇最主要的栽培方式[1]。培養(yǎng)料通過發(fā)酵過程中的微生物及其分泌的酶類作用，生成半腐熟，疏松透氣，半塑性的平菇培養(yǎng)基。微生物的組成，活動(dòng)狀況及規(guī)律是檢測發(fā)酵質(zhì)量的重要指標(biāo)，而發(fā)酵過程中酶活性的變化可以反映堆肥發(fā)酵的進(jìn)程和機(jī)制[2]。在栽培實(shí)驗(yàn)中，有關(guān)棉籽殼發(fā)酵料以及熟料栽培平菇的研究已多有報(bào)道[3]，而有關(guān)玉米芯發(fā)酵料的研究尚未見報(bào)道。本研究以來源廣泛，價(jià)格便宜的玉米芯為培養(yǎng)料進(jìn)行發(fā)酵，監(jiān)測其堆溫和pH值的變化，并對(duì)其發(fā)酵的不同階段進(jìn)行微生物數(shù)量變化分析，測定并研究了發(fā)酵過程中脫氫酶和堿性磷酸酶的變化規(guī)律，為揭示玉米芯發(fā)酵過程中的一些理化因素和微生物的變化特點(diǎn)，提高玉米芯培養(yǎng)料發(fā)酵技術(shù)，提供一些理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 培養(yǎng)料

培養(yǎng)料配方：碎玉米芯92%、鈣鉀磷肥4%、尿素1%、石灰3%。對(duì)培養(yǎng)料進(jìn)行常規(guī)發(fā)酵。

1.2 發(fā)酵方法

發(fā)酵方法參照文獻(xiàn)[4]的方法，3個(gè)料堆同時(shí)開始建堆發(fā)酵，每堆料堆1 000 kg。在料堆的底部，底部靠上，中部，頂部靠下，頂部插4根溫度計(jì)。測量料表層20 cm以下溫度達(dá)到60℃以上時(shí)，維持24 h后進(jìn)行翻堆。進(jìn)行3次翻堆后即可裝袋接種。

1.3 取樣方法和時(shí)期

以堆料的四周和中心處為采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)的深度為30 cm～40 cm，各點(diǎn)取樣50 g左右，混勻后，用無菌的紙袋密封。在培養(yǎng)料的發(fā)酵過程中分5個(gè)時(shí)期取培養(yǎng)料進(jìn)行分析：1.發(fā)酵初期；2.第一次翻堆時(shí)；3.第二次翻堆時(shí)；4.第三次翻堆時(shí)；5.發(fā)酵結(jié)束時(shí)。

1.4溫度的測定

以堆料的四周和中心處為測量點(diǎn)，其測點(diǎn)深度大約40cm，取5點(diǎn)溫度的平均值作為堆料的溫度[5]。

1.5 pH值的測定

稱取50 g玉米芯發(fā)酵料,加100 mL蒸餾水 (pH值為7.32)抽提5 min,用PB-10pH酸度計(jì)于不同時(shí)期測定pH值[6]。每個(gè)樣品3次重復(fù),測量取平均值。

1.6 微生物數(shù)量測定

采用平板稀釋培養(yǎng)計(jì)數(shù)法進(jìn)行微生物的數(shù)量測定[7]，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；放線菌為高氏一號(hào)培養(yǎng)基；真菌為鏈霉素-馬丁氏孟加拉紅培養(yǎng)基。

1.7 脫氫酶活性測定

取10 g樣品與0.1 g碳酸鈣仔細(xì)混合，將2.5 g混合物置于容量瓶中，脫氫酶活性測定方法參照參考文獻(xiàn)[8]。

1.8 堿性磷酸酶活性測定

準(zhǔn)確稱取2g樣品，堿性磷酸酶活性測定方法參照參考文獻(xiàn)[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵料的堆溫變化

圖1 玉米芯發(fā)酵料的堆溫變化

玉米芯培養(yǎng)料料發(fā)酵過程中的溫度變化如圖1所示，玉米芯發(fā)酵過程中，溫度隨著發(fā)酵的進(jìn)行呈先升高后降低的趨勢。在發(fā)酵第5 d玉米芯發(fā)酵料的溫度達(dá)到最大值，為67.18℃。第2 d、4 d、6 d為翻堆日，每次翻堆都會(huì)迅速降低堆溫。翻堆之前料堆的溫度都在60℃以上。

2.2 發(fā)酵料的pH值變化

玉米芯培養(yǎng)料料發(fā)酵過程中的pH值變化如圖2所示，玉米芯發(fā)酵過程中，pH值隨著發(fā)酵的進(jìn)行呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。從發(fā)酵初期到第三次翻堆，發(fā)酵料的pH值逐漸降低，在第三次翻堆時(shí)，玉米芯發(fā)酵料的pH值達(dá)到最大值，為8.76，到發(fā)酵結(jié)束時(shí)發(fā)酵料的pH值有所上升。

2.3 發(fā)酵過程中的細(xì)菌數(shù)量變化

圖2 玉米芯發(fā)酵過程中的pH值變化

圖3 玉米芯發(fā)酵過程中的細(xì)菌數(shù)量變化

玉米芯發(fā)酵過程中的細(xì)菌數(shù)量變化如圖3所示，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，可培養(yǎng)的細(xì)菌數(shù)量逐漸增加。到發(fā)酵結(jié)束時(shí)細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最大值，比發(fā)酵初期的值增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)。細(xì)菌是堆肥發(fā)酵過程中形體最小，數(shù)量最多的微生物，它們分解了大部分有機(jī)物并產(chǎn)生熱量，是發(fā)酵溫度提高的關(guān)鍵因素。

2.4 發(fā)酵過程中的真菌數(shù)量變化

圖4 玉米芯發(fā)酵過程中的真菌數(shù)量變化

玉米芯發(fā)酵過程中的真菌數(shù)量變化如圖4所示，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，可培養(yǎng)的真菌數(shù)量逐漸降低，到發(fā)酵結(jié)束時(shí)幾乎檢測不到真菌的存在。真菌要比細(xì)菌低4個(gè)數(shù)量級(jí)。大部分的真菌在堆體溫度達(dá)到50℃時(shí)就不存在了，而當(dāng)溫度達(dá)到60℃時(shí)真菌幾乎完全消失。

2.5 發(fā)酵過程中的放線菌數(shù)量變化

玉米芯發(fā)酵過程中的放線菌數(shù)量變化如圖5所示，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，可培養(yǎng)的放線菌數(shù)量在第一次翻堆時(shí)達(dá)到最大值，第二次翻堆降低后又逐漸增加。發(fā)酵結(jié)束時(shí)放線菌數(shù)量比發(fā)酵初期多了一個(gè)數(shù)量級(jí)。在發(fā)酵過程中，放線菌的數(shù)量變化規(guī)律與細(xì)菌相似，即在發(fā)酵過程中都呈現(xiàn)高-低-高的變化趨勢。

圖5 玉米芯發(fā)酵過程中的放線菌數(shù)量變化

圖6 玉米芯發(fā)酵過程中的脫氫酶活性變化

圖7 玉米芯發(fā)酵料過程中的堿性磷酸酶活性變化

2.6 發(fā)酵過程中的脫氫酶活性變化

玉米芯發(fā)酵過程中的脫氫酶活性變化如圖6所示，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，脫氫酶活性逐漸升高，到發(fā)酵結(jié)束時(shí)其活性達(dá)到最大值。尤其到第三次翻堆后，發(fā)酵料脫氫酶活性顯著增加。

2.7 發(fā)酵過程中的堿性磷酸酶活性變化

玉米芯發(fā)酵過程中堿性磷酸酶的活性變化如圖7所示，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，堿性磷酸酶的活性同脫氫酶的變化趨勢一致，也是逐漸增加，到發(fā)酵結(jié)束時(shí)達(dá)到最大值。

3 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，玉米芯培養(yǎng)料發(fā)酵過程中，溫度的變化趨勢是先升高再降低，每次翻堆都會(huì)顯著的降低發(fā)酵溫度。pH值的變化呈先降低再升高的趨勢，到發(fā)酵結(jié)束時(shí)，pH值比發(fā)酵初期的pH值有所上升，這與王鴻磊等對(duì)雙胞菇養(yǎng)料工廠化發(fā)酵過程中的pH變化研究結(jié)果一致[9]。玉米芯發(fā)酵料中的微生物以細(xì)菌和放線菌為主，真菌數(shù)量很少，這與王鴻磊等對(duì)雙孢菇培養(yǎng)料工廠化發(fā)酵過程中的微生物研究結(jié)果一致[9]。

脫氫酶為氧化酶類的一種，是堆肥發(fā)酵過程中腐殖化的重要酶類，其變化可以反映出堆肥發(fā)酵過程中的物質(zhì)氧化程度[10]。堿性磷酸酶與發(fā)酵過程的評(píng)價(jià)鑒定相關(guān)，因?yàn)樗荒苡晌⑸锖铣煞置谥参餁堅(jiān)锊粫?huì)產(chǎn)生這種酶[11]。因此其活性的變化在一定程度上可以反應(yīng)出發(fā)酵過程中微生物活性的變化。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，細(xì)菌和放線菌的數(shù)量逐漸增加，呈現(xiàn)出高-低-高的變化趨勢，培養(yǎng)料中的堿性磷酸酶活性和脫氫酶活性也是逐漸增加，這表明堿性磷酸酶活性和脫氫酶活性的大小與發(fā)酵料中的細(xì)菌和放線菌數(shù)量有關(guān)。在發(fā)酵過程中，微生物通過分泌一些胞內(nèi)酶和胞外酶類對(duì)發(fā)酵料中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解，使其轉(zhuǎn)化成便于自己吸收的營養(yǎng)物質(zhì)，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，培養(yǎng)料中的微生物總量增加，從而導(dǎo)致其分泌的酶類的活性逐漸增加。因此可以根據(jù)微生物數(shù)量的多少以及堿性磷酸酶活性和脫氫酶活性的大小來判斷玉米芯發(fā)酵的程度。

培養(yǎng)料發(fā)酵質(zhì)量的好壞是影響平菇產(chǎn)量高低的關(guān)鍵因素之一，玉米芯最為一種價(jià)格便宜，來源廣泛的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢料，已經(jīng)成為平菇栽培中使用最廣泛的培養(yǎng)料，尤其在玉米主產(chǎn)區(qū)尤為明顯。該實(shí)驗(yàn)對(duì)平菇玉米芯培養(yǎng)料發(fā)酵過程中的理化因素和微生物數(shù)量變化進(jìn)行了研究并取得了初步結(jié)果，今后應(yīng)該進(jìn)一步研究玉米芯培養(yǎng)料發(fā)酵過程中的物質(zhì)變化，制定優(yōu)質(zhì)培養(yǎng)料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)發(fā)酵料中的優(yōu)勢菌群進(jìn)行分離培養(yǎng)研究，以便于縮短玉米芯培養(yǎng)料的發(fā)酵時(shí)間，提高其發(fā)酵質(zhì)量，最終達(dá)到提高平菇產(chǎn)量的目的。

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