食用菌液體菌種工廠化生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展淺析

劉啟燕 戚 俊 周洪英 孫 波 吳洪麗

（1湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，湖北武漢430070；2中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)，北京100801）

2008年以來(lái)我國(guó)食用菌工廠化生產(chǎn)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期[1]。據(jù)中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)工廠化專(zhuān)業(yè)委員會(huì)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2008年工廠化栽培食用菌年總產(chǎn)量為27萬(wàn)t，2016年總產(chǎn)量達(dá)到257萬(wàn)t，是2008年總產(chǎn)量的9.5倍。目前，工廠化生產(chǎn)中50%以上采用液體菌種，液體菌種的研究最早可以追溯到20世紀(jì)40年代中期[2]，隨抗生素工業(yè)的興起而開(kāi)始。液體菌種的研究報(bào)道非常多，常規(guī)品種如金針菇[3]、杏鮑菇[4]、真姬菇[5]、黑木耳[6]、香菇[7]、灰樹(shù)花[8]、北冬蟲(chóng)夏草[9]等，珍稀品種如羊肚菌[10]、桑黃[11]、松茸[12]等均有采用液體培養(yǎng)制種的報(bào)道。但液體菌種技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于工廠化生產(chǎn)僅十年左右[13]。筆者分析了液體菌種的特點(diǎn)、生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)控制點(diǎn)及工廠化應(yīng)用現(xiàn)狀，以供參考。

1 液體菌種的特點(diǎn)及生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)控制點(diǎn)

1.1 液體菌種的特點(diǎn)

液體菌種是指用液體培養(yǎng)基在生物發(fā)酵罐中通過(guò)深層培養(yǎng)（液體發(fā)酵）技術(shù)生產(chǎn)的液體形態(tài)的食用菌菌種。與固體菌種主要從菌種形態(tài)上進(jìn)行區(qū)分，有以下三大優(yōu)點(diǎn)：（1）成本低。液體菌種占空間小、所用原料成本低、需要人工少，其制作成本能大幅降低。（2）生長(zhǎng)快。一般菌種在三角瓶和發(fā)酵罐中培養(yǎng)時(shí)間為7～10 d，大幅縮短了菌種制作周期。（3）品質(zhì)好。液體菌種純度高、活力強(qiáng)、菌齡一致，栽培瓶中菌絲均一性好，出菇整齊，產(chǎn)品質(zhì)量好[14]。在生產(chǎn)應(yīng)用中，主要優(yōu)勢(shì)是成本低。據(jù)周峰等（2017年）核算，香菇液體菌種的直接制作成本僅為固體菌種的40%[15]。中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)工廠化委員會(huì)的調(diào)查結(jié)果顯示，在全面使用液體菌種的金針菇工廠中，菌種成本僅占總成本的2%。

但液體菌種對(duì)設(shè)備、環(huán)境、栽培料等均有較高要求。液體菌種生產(chǎn)過(guò)程中需要的主要設(shè)備為發(fā)酵罐、液體菌種接種機(jī)、發(fā)酵罐配套滅菌鍋、空氣壓縮機(jī)及空氣凈化系統(tǒng)等，設(shè)備要求高、一次性投入大；為最大程度降低污染率，潔凈區(qū)空間需要做到萬(wàn)級(jí)凈化，其中接種機(jī)和發(fā)酵罐接種區(qū)需做到百級(jí)凈化；栽培料需滅菌徹底、水分溫度酸堿度合適，便于液體菌種2～3 d內(nèi)迅速封面[14]。同時(shí)，食用菌液體菌種制作工藝是食用菌與工業(yè)發(fā)酵技術(shù)相結(jié)合的一門(mén)交叉學(xué)科[16]，對(duì)技術(shù)人員要求較高，不僅需要掌握食用菌栽培的基礎(chǔ)知識(shí)，更需要了解并熟練掌握發(fā)酵系統(tǒng)、機(jī)器設(shè)備系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)。液體菌種不便于保藏[17]，生產(chǎn)后需立即投入使用，一般工廠生產(chǎn)過(guò)程中凈化空氣中斷時(shí)間不能超過(guò)3 h，超過(guò)后均做報(bào)廢處理。鑒于此，液體菌種更適宜于食用菌的規(guī)模化、周年化、工廠化生產(chǎn)企業(yè)[18]。

1.2 液體菌種生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)控制點(diǎn)

經(jīng)過(guò)諸多生產(chǎn)企業(yè)摸索驗(yàn)證，發(fā)酵罐液體菌種生產(chǎn)工藝流程為培養(yǎng)料配制—滅菌—冷卻—接種—發(fā)酵罐培養(yǎng)—接種栽培瓶[14]。液體菌種生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)控制點(diǎn)有以下5點(diǎn)[14]：（1）液體培養(yǎng)基配制。配置培養(yǎng)基時(shí)選取的原料需營(yíng)養(yǎng)豐富、價(jià)格低廉、質(zhì)量穩(wěn)定、容易獲取等特點(diǎn)，原料顆粒度在100目以下，pH合適，加入消泡劑避免泡沫形成。（2）液體菌種生產(chǎn)裝備。生物發(fā)酵罐為菌種生長(zhǎng)的容器，工廠一般選用1000 L以?xún)?nèi)氣升式發(fā)酵罐，不僅要結(jié)構(gòu)合理、符合菌絲生長(zhǎng)要求，還需操作方便、使用安全、滅菌徹底。（3）培養(yǎng)溫度控制。溫度是菌絲正常生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，菌絲的生長(zhǎng)是在各種酶催化下進(jìn)行的，溫度是保證酶活性的重要條件[17]，生產(chǎn)中通過(guò)控制發(fā)酵罐室和無(wú)菌空氣的溫度來(lái)控制培養(yǎng)基的溫度。（4）通氣量控制。目前氣升式發(fā)酵罐在培養(yǎng)過(guò)程中不僅為菌絲提供充足的氧氣，還通過(guò)氣體攪拌控制菌絲球的大小和菌液的粘稠度，不同大小的發(fā)酵罐通氣量稍有不同。（5）雜菌控制。一罐液體菌種一般可接種栽培瓶上萬(wàn)瓶，一旦污染損失慘重。杜絕污染的辦法是培養(yǎng)料和發(fā)酵罐滅菌徹底，保證液體菌種生產(chǎn)全程無(wú)雜菌污染，培養(yǎng)階段通入的潔凈空氣嚴(yán)格保證無(wú)水、無(wú)油、無(wú)菌。

2 工廠化食用菌液體菌種生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 金針菇液體菌種生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀

金針菇液體菌種得到生產(chǎn)企業(yè)一致認(rèn)可[6]，是液體菌種應(yīng)用量最大、技術(shù)最成熟的品種之一。據(jù)中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)工廠化專(zhuān)業(yè)委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，2016年全國(guó)工廠化生產(chǎn)金針菇總產(chǎn)量為116萬(wàn)t，占工廠化生產(chǎn)的45%。除了極少數(shù)小型企業(yè)仍采用固體菌種，其他均使用液體菌種。由表1可見(jiàn)，全國(guó)產(chǎn)量前十位的金針菇企業(yè)全部采用液體菌種。

表1 2016年全國(guó)產(chǎn)量前十位金針菇企業(yè)菌種形態(tài)

金針菇液體菌種主要采用氣升式發(fā)酵罐，發(fā)酵罐的體積 50 L、100 L、500 L、2000 L不等。菌種所用主要原料是豆粕粉、玉米粉等農(nóng)副產(chǎn)品，這些原料不僅為菌絲體生長(zhǎng)提供良好的營(yíng)養(yǎng)，且質(zhì)量穩(wěn)定，價(jià)格低廉，容易獲取，為周年穩(wěn)定生產(chǎn)奠定良好基礎(chǔ)[14]。王桂金（2007年）等，經(jīng)試產(chǎn)確定金針菇液體培養(yǎng)基配方為黃豆粕 10 g∕L，蔗糖 30 g∕L，KH2PO41 g∕L，MgSO40.5 g∕L，水 1 L。發(fā)酵罐的培養(yǎng)工藝為培養(yǎng)溫度（20±1）℃，接種量 0.5%，初始pH5～6，通氣量 1∶0.8，培養(yǎng)周期 6～7 d[13]。黃竹青（2013年）等篩選出適宜的液體培養(yǎng)基配方為豆粕粉 4%，白砂糖 1%，KH2PO40.1%，MgSO40.05%，VB110 μg ∕100 mL，VB250 μg ∕100 mL;液體菌種適宜的培養(yǎng)溫度為16～20℃，適宜的pH為6～7[20]。這些研究與工廠化生產(chǎn)配方比較接近，主料都采用豆粕、蔗糖，緩沖劑為KH2PO4和MgSO4，配方比例根據(jù)各工廠的實(shí)際情況微調(diào)。發(fā)酵罐培養(yǎng)工藝比較一致，溫度控制16～20℃，初始pH為5～7，培養(yǎng)周期7～10 d。

2.2 杏鮑菇液體菌種生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀

杏鮑菇有袋栽和瓶栽?xún)煞N模式，因袋栽模式下菇房利用率高、單產(chǎn)高且建設(shè)成本低、病害發(fā)生率低而被國(guó)內(nèi)普遍采用，而韓國(guó)、日本由于人工費(fèi)用高，因而大都采用瓶栽模式[6]。國(guó)內(nèi)早期杏鮑菇工廠化栽培均使用枝條、麥粒等固體菌種，在金針菇液體菌種技術(shù)成熟后才逐漸替換為液體菌種，目前50%的杏鮑菇工廠使用液體菌種，另外一部分處于改進(jìn)過(guò)程中（表2），液體菌種替代固體菌種應(yīng)用于杏鮑菇工廠化生產(chǎn)是必然方向[21]。

杏鮑菇液體菌種制作的配方、工藝與金針菇相似度較高。周峰（2017年）等用白砂糖20 g∕L，豆粕粉3 g∕L，酵母浸粉2 g∕L，磷酸二氫鉀0.8 g∕L，硫酸鎂0.7 g∕L，22℃通氣培養(yǎng)液體菌種8～9 d后使用[22]。馬瑞霞（2018年）等研究顯示杏鮑菇液體菌種最佳培養(yǎng)基配方為：玉米面3%，蛋白胨0.5%，葡萄糖2%，KH2PO40.15%，MgSO40.1%，pH 6.0～6.5[23]。林金盛（2017年）等介紹工廠化栽培使用的杏鮑菇液體菌種配方為綿白糖20 g∕L，黃豆粉3 g∕L，MgSO40.5 g∕L，MgSO41 g∕L，VB10.005 g∕L，消泡劑0.2 mL∕L，pH自然[24]。由此可見(jiàn)，杏鮑菇液體菌種主料為蔗糖，但豆粕粉和玉米粉均可使用，緩沖劑仍是KH2PO4和Mg-SO4，培養(yǎng)溫度稍高于金針菇，控制在22℃左右。

表2 2016年全國(guó)產(chǎn)量前十位杏鮑菇企業(yè)菌種形態(tài)

2.3 真姬菇液體菌種生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀

真姬菇有袋栽和瓶栽?xún)煞N生產(chǎn)模式。瓶栽模式來(lái)自日本，國(guó)內(nèi)十多年前模仿金針菇袋栽模式將矮叢的白玉菇菇柄拉長(zhǎng)而形成海鮮菇袋栽模式[6]。中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)工廠化專(zhuān)業(yè)委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，2016年全國(guó)真姬菇總產(chǎn)量28萬(wàn)t，占全國(guó)工廠化生產(chǎn)食用菌的10.89%。

工廠生產(chǎn)中，僅上海光明和上海雪榕兩家工廠部分采用液體菌種，其他各工廠生產(chǎn)仍采用固體菌種（表3），但均投入一定人力物力研究液體菌種技術(shù)。黃毅（2014年）認(rèn)為海鮮菇栽培周期長(zhǎng)，使用液體菌種沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)可言，依然使用固體菌種[6]。孫淑靜（2010）等，在袋栽模式下將液體和固體菌種進(jìn)行詳細(xì)比較顯示，液體菌種比固體菌種栽培模式下出菇更整齊，其他的性狀差異并不明顯[25]。許占伍（2011年）等通過(guò)對(duì)幾個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，初步確定工廠化栽培真姬菇需液體菌種的制備工藝條件為接種量0.5%，初始pH5～6，通氣量1∶0.8，發(fā)酵周期7～8 d[19]。

表3 2016年全國(guó)產(chǎn)量前十位真姬菇企業(yè)菌種形態(tài)

3 食用菌液體菌種發(fā)展趨勢(shì)

食用菌產(chǎn)業(yè)是推進(jìn)循環(huán)農(nóng)業(yè)、維護(hù)國(guó)家食物安全、實(shí)現(xiàn)廢棄物資源化的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)[26]。液體菌種生產(chǎn)成本低、生長(zhǎng)快、品質(zhì)好，支撐食用菌產(chǎn)業(yè)更好更快地向前發(fā)展，是食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，擁有廣闊的應(yīng)用前景[27]。

雖然液體菌種技術(shù)已比較成熟，但各食用菌的生物學(xué)特性、栽培技術(shù)水平、企業(yè)的掌握程度等不一，導(dǎo)致各品種液體菌種的應(yīng)用程度均不一。目前金針菇工廠生產(chǎn)已全面采用液體菌種，杏鮑菇固體菌種正在逐步被替換，真姬菇液體菌種還在探索過(guò)程中，香菇、黑木耳、平菇等液體菌種也在迅速發(fā)展中。

目前國(guó)內(nèi)液體菌種發(fā)展態(tài)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）大力研發(fā)輕簡(jiǎn)化液體菌種成套設(shè)備[1]。目前液體菌種設(shè)備投入大，中小型企業(yè)及栽培戶難以承受。需加大對(duì)液體發(fā)酵設(shè)備的創(chuàng)新研發(fā)，研制適合我國(guó)國(guó)情的成本低、效果好的液體菌種生產(chǎn)設(shè)備[28]，尤其是菌種發(fā)酵罐設(shè)備和袋裝液體菌種接種設(shè)備。（2）大力研發(fā)食用菌專(zhuān)用液體配方和產(chǎn)品。目前生產(chǎn)用的液體菌種原料品種較多、質(zhì)量不穩(wěn)定，處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致整批污染。需深入開(kāi)展專(zhuān)用液體菌種配方和產(chǎn)品研制，便于生產(chǎn)企業(yè)直接使用。（3）建立完善液體菌種質(zhì)量檢測(cè)體系。液體菌種質(zhì)量是食用菌工廠的核心，需圍繞著感官指標(biāo)（培養(yǎng)液氣味、菌液澄清度、顏色變化、菌絲體形態(tài)、懸浮均勻性、菌絲球大小、菌液密度等）、生化指標(biāo)（發(fā)酵液的溫度、pH、還原糖含量）和微生物指標(biāo)（有無(wú)雜菌），形成一套工廠化栽培模式下的食用菌液體菌種技術(shù)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系[29]。（4）充分利用固體、液體菌種優(yōu)勢(shì)，采用液固結(jié)合方式快速制作優(yōu)質(zhì)菌種。楊慶堯（1987年）等將液體與固體技術(shù)結(jié)合起來(lái)，提出了以液體菌種作原種，合成顆粒或谷粒菌種作栽培種的蘑菇制種新工藝，比舊工藝快3～4倍，優(yōu)勢(shì)十分明顯[30]。李正鵬（2018年）等，將栽培種固體三角瓶種和原種替換為液體三角瓶菌種和發(fā)酵罐菌種，大大縮短了菌種生產(chǎn)周期[31]。液體與固體結(jié)合使用也將是液體菌種應(yīng)用的一大趨勢(shì)。