姬菇菌糠發(fā)酵過程中理化指標(biāo)變化研究

王勤禮 閆 芳 韓玉琦 席亞麗 宋利茹 張文斌 魏生龍*

（1河西學(xué)院/河西走廊設(shè)施蔬菜工程技術(shù)研究中心，甘肅張掖734000；2河西學(xué)院甘肅省應(yīng)用真菌工程實(shí)驗(yàn)室，甘肅張掖734000；3河西學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，甘肅張掖734000；4張掖市經(jīng)濟(jì)作物技術(shù)推廣站，甘肅張掖734000）

我國(guó)是世界上食用菌生產(chǎn)量最大的國(guó)家之一，據(jù)中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2017年全國(guó)食用菌總產(chǎn)量達(dá)4000萬t。伴隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，采收食用菌子實(shí)體后廢棄固體培養(yǎng)基即菌糠數(shù)量越來越多。調(diào)查顯示，每生產(chǎn)1 kg食用菌產(chǎn)生菌糠數(shù)量為3.25 kg，據(jù)此推算，我國(guó)每年產(chǎn)生菌糠數(shù)量巨大，且有逐年上升趨勢(shì)，然而如何對(duì)菌糠進(jìn)行環(huán)保有效處理，卻一直沒有得到很好地解決。每年大量菌糠被當(dāng)作農(nóng)業(yè)垃圾隨意丟棄或者焚燒，造成環(huán)境污染。因此，及時(shí)科學(xué)地處理食用菌菌糠，實(shí)現(xiàn)廢物再利用，變廢為寶，促進(jìn)食用菌產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展刻不容緩。

食用菌菌糠肥料化和基質(zhì)化是目前最常用的菌糠資源化利用途徑，但在資源化利用之前，需對(duì)菌糠進(jìn)行無害化處理。試驗(yàn)以姬菇菌糠為研究對(duì)象，研究其發(fā)酵過程中理化指標(biāo)的變化規(guī)律，旨在為姬菇菌糠發(fā)酵技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

姬菇菌糠：由甘肅張掖市民樂縣甘肅占鑫生物科技有限公司提供。發(fā)酵劑：由北京世紀(jì)阿姆斯生物技術(shù)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

于2018年5月26日—2018年6月30日在張掖市民樂縣甘肅占鑫生物科技有限公司發(fā)酵車間進(jìn)行試驗(yàn)。菌糠粉碎后，1 m3菌糠中加入3 kg發(fā)酵劑和15 kg硫銨（調(diào)節(jié)碳氮比），加水使菌糠含水量達(dá)到60%左右開始發(fā)酵。菌糠堆好后，插入溫度計(jì)，定期記錄數(shù)據(jù)和取樣檢測(cè)。試驗(yàn)總計(jì)用料15 m3。重復(fù)5次（分成5份）。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 菌糠速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定

速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量按NY/T 2118－2012[1]規(guī)定的方法測(cè)定。

1.3.2 菌糠溫度變化測(cè)定

將水銀溫度計(jì)插入每個(gè)堆體內(nèi)，深度為25 cm，每天15：30測(cè)定堆體溫度。

1.3.3 基質(zhì)pH測(cè)定

將風(fēng)干基質(zhì)10 g與去離子水50 g混合，2 h后取濾液，用PH-3E型pH計(jì)測(cè)定pH。

1.3.4 基質(zhì)電導(dǎo)率（EC值）測(cè)定

將風(fēng)干基質(zhì)10 g與去離子水體積50 g混合，2 h后取出濾液，然后將濾液置于25℃的水浴鍋內(nèi)，30 min后取出試樣，用DDBJ-350型電導(dǎo)儀測(cè)定EC值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 姬菇發(fā)酵過程中溫度變化

由圖1可見，姬菇菌糠在整個(gè)發(fā)酵過程中，堆體溫度表現(xiàn)為先上升后下降趨勢(shì)。發(fā)酵3 d后溫度即可達(dá)到47℃高溫，發(fā)酵9 d后達(dá)到最高溫度61℃，隨后維持一段較高溫度后開始下降。第18天后進(jìn)入中溫階段，第30天后溫度降為32～33℃，接近室內(nèi)溫度，且趨于穩(wěn)定。在整個(gè)發(fā)酵過程中溫度變化表現(xiàn)四個(gè)階段：發(fā)熱上升階段、高溫階段、降溫階段、后熟穩(wěn)定階段。

圖1 姬菇菌糠發(fā)酵過程中溫度的變化

2.2 姬菇菌糠發(fā)酵過程中有機(jī)質(zhì)變化

由圖2可見，在姬菇菌糠發(fā)酵過程中，有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)不斷下降趨勢(shì)，在發(fā)酵0～10 d，有機(jī)質(zhì)含量下降速度較快，降幅達(dá)到26.34%；10～25 d，有機(jī)質(zhì)含量變幅很小，隨后有小幅度的下降。發(fā)酵第35天時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量下降至448.93 g/kg，較發(fā)酵初期降低29.89%。

圖2 姬菇菌糠發(fā)酵過程中有機(jī)質(zhì)的變化

2.3 姬菇菌糠發(fā)酵過程中速效氮、磷、鉀變化

由圖3可見，菌糠發(fā)酵前10 d速效氮含量下降速度較快，下降了253.17 g/kg，降幅達(dá)20.2%。第10天～第15天小幅上升，第15天后又快速下降，發(fā)酵第35天時(shí)，速效氮含量下降至741.16 g/kg，較發(fā)酵初期降低40.87%。

圖3 姬菇菌糠發(fā)酵過程中速效氮的變化

由圖4可見，姬菇菌糠發(fā)酵過程中，速效磷含量略有上升，總體速效磷變化不大。發(fā)酵第35天時(shí)，速效磷含量較發(fā)酵初期增加了48.61 g/kg，增幅為11.98%。

圖4 姬菇菌糠發(fā)酵過程中速效磷的變化

由圖5可見，姬菇菌糠發(fā)酵過程中，速效鉀含量呈先上升后下降的趨勢(shì)。發(fā)酵前15 d速效鉀含量緩慢上升，15 d后快速上升，20 d達(dá)到最高值21.47 g/kg，隨后又快速下降，25 d后下降緩慢。發(fā)酵第35天時(shí)，速效鉀含量下降至19.13 g/kg，較發(fā)酵初期降低1.16%，變幅很小。

圖5 姬菇菌糠發(fā)酵過程中速效鉀的變化

2.4 姬菇菌糠發(fā)酵過程中pH和EC值的變化

pH是評(píng)價(jià)微生物活躍程度的一個(gè)重要參數(shù)，一般認(rèn)為pH為中性或者弱堿性時(shí)微生物最活躍，因此pH過高或者過低都會(huì)影響到菌糠發(fā)酵的效果。由圖6可知，姬菇菌糠發(fā)酵過程中，發(fā)酵初期pH升高較快，發(fā)酵15 d pH為7.64，與初期pH相比，升高0.92，隨后趨于平穩(wěn)。發(fā)酵第35天時(shí)，pH上升至7.80，較發(fā)酵初期升高13.84%。

圖6 姬菇菌糠發(fā)酵過程中pH的變化

由圖7可見，姬菇菌糠發(fā)酵期間，EC值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。發(fā)酵0～15 d，EC值從2.89 ms/cm降為2.63 ms/cm，降幅達(dá)9%，15 d后EC值變化不大。發(fā)酵第35天時(shí)，EC值下降至2.62 ms/cm，較發(fā)酵初期下降9.34%。

圖7 姬菇菌糠發(fā)酵過程中EC值的變化

3 小結(jié)

溫度是衡量發(fā)酵物發(fā)酵狀況的重要指標(biāo)，適宜的發(fā)酵物堆體溫度是微生物充分活動(dòng)的前提，同時(shí)也可以有效殺死發(fā)酵物中有害菌、蟲卵、雜草種子。溫度太高會(huì)抑制大量有益微生物生長(zhǎng)，使有機(jī)質(zhì)分解速度加快不利于發(fā)酵物充分發(fā)酵；溫度太低則不易殺滅有害生物，微生物活動(dòng)減弱，發(fā)酵周期過長(zhǎng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，姬菇菌糠發(fā)酵過程中，溫度變化呈先上升后下降最后趨于穩(wěn)定的總體趨勢(shì)，這與前人研究結(jié)果相似[2-3]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，姬菇菌糠發(fā)酵過程中，有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)逐步下降趨勢(shì)。這是由于隨著發(fā)酵的延續(xù)，發(fā)酵堆溫度升高，給發(fā)酵微生物提供了較好的環(huán)境。在發(fā)酵初期，中溫好氣性微生物開始大量分解簡(jiǎn)單的糖類、淀粉、蛋白質(zhì)等有機(jī)物。進(jìn)入高溫階段后，好氣性真菌、放線菌、芽孢桿菌等開始快速分解纖維素、木質(zhì)素和半纖維素等比較難降解的有機(jī)物質(zhì)，使有機(jī)質(zhì)和有機(jī)碳的含量下降。保溫階段和后熟階段，主要為料腐殖化和礦化，有機(jī)質(zhì)的含量變化不大。

有關(guān)研究表明，菌糠中含有豐富的有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀，并且隨發(fā)酵的時(shí)間呈增長(zhǎng)趨勢(shì)[4]。試驗(yàn)結(jié)果表明，姬菇菌糠發(fā)酵過程中，速效氮呈下降趨勢(shì)，且下降幅度較大，主要是由于在發(fā)酵初期添加了硫銨，發(fā)酵過程中，氮素?fù)]發(fā)較為嚴(yán)重，造成了速效氮含量下降。速效磷、鉀含量發(fā)酵前后變化不大。

試驗(yàn)結(jié)果表明，姬菇菌糠pH在發(fā)酵初期時(shí)升高較快，然后趨于平穩(wěn)。這與前人[5-6]的研究結(jié)果不同，原因有待于進(jìn)一步研究。

電導(dǎo)率可以反映發(fā)酵物中可溶性養(yǎng)分的總量。試驗(yàn)表明，在姬菇菌糠發(fā)酵過程中電導(dǎo)率的變化呈下降的趨勢(shì)，在發(fā)酵前15 d下降較快，這與李學(xué)龍[6]等人的研究也有差異。主要原因是由于發(fā)酵初期添加了硫銨，而姬菇菌糠發(fā)酵過程中，氮素?fù)]發(fā)量大，雖然期間有機(jī)質(zhì)分解速度加快，菌糠中的可溶性成分逐漸增多，但仍然導(dǎo)致電導(dǎo)率下降。