油菜秸稈基料對(duì)4種常見食用菌產(chǎn)量和活性成分的影響

劉延嶺,劉芳芳,鄧 林,陶瑞霄,趙志峰,*

(1.四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川都江堰 611830;2.四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,四川成都 610065)

油菜是我國(guó)主要的油料作物之一,種植面積十分廣泛,但其秸稈系數(shù)高達(dá)2.87,僅次于我國(guó)規(guī)?；耘嘧魑镏械拿藁╗1]。長(zhǎng)期以來,油菜采收后的大面積秸稈副產(chǎn)物直接在田間焚燒,造成了極大的資源浪費(fèi)和空氣環(huán)境污染[2]。Mehmood等調(diào)查顯示,秸稈焚燒產(chǎn)生的PM2.5顆粒量從2002年34.2 Gg增至2016年109.8 Gg,是我國(guó)在采收期經(jīng)常遭受重度霧霾污染的主要原因[3]。基于此,秸稈資源利用技術(shù)成為了近年來的研究熱點(diǎn),包括能源利用[4]、土肥利用[5]、飼料利用和食用菌栽培利用等[6],其中食用菌栽培利用可以直接獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。盡管如此,關(guān)于油菜秸稈用于栽培食用菌的報(bào)道很少。

油菜秸稈的化學(xué)成分主要為纖維素、木質(zhì)素、半纖維素和粗蛋白,占比總重81.37%[7],具有栽培木腐類和草腐類食用菌的潛質(zhì)。香菇、平菇、金針菇和黑木耳,是我國(guó)4種常見的經(jīng)濟(jì)食用菌,其主要活性成分多糖[8-9],具有抗腫瘤[10]、清除自由基[11]、抗氧化[12]和免疫調(diào)節(jié)[13]等多種保健功效,常被食品商制成滋補(bǔ)營(yíng)養(yǎng)品,可以產(chǎn)生較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。研究表明,此4種食用菌的傳統(tǒng)栽培基料主要為棉籽殼,也有木屑和玉米芯等為栽培基料[14],目前食用菌栽培基料的研究主要集中在秸稈、稻草等纖維素含量高且物美價(jià)廉的農(nóng)副資源中[6,14],但其主要傾向于研究對(duì)食用菌產(chǎn)量的影響,較少關(guān)注食用菌中活性成分的影響。對(duì)此,本研究通過以油菜秸稈為基料栽培4種常見食用菌,綜合分析油菜秸稈基料對(duì)食用菌鮮重及生產(chǎn)期,多糖含量和葡萄糖醛酸含量等的影響,期望為油菜秸稈栽培食用菌提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

油菜秸稈 當(dāng)?shù)厥斋@后經(jīng)曬干、粉碎所得;棉籽殼、麩皮、蔗糖、石膏 市售;香菇菌株JW1、平菇菌株金鳳2-1、金針菇菌株F902、黑木耳菌株耳10號(hào) 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤與肥料研究所;葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品(分子量1800～2000000 u)、葡萄糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)品 色譜純?cè)噭?美國(guó)Sigma公司;98%濃硫酸、無水乙醇、氫氧化鈉、苯酚、3,5-二硝基水楊酸、間羥基聯(lián)苯等 國(guó)產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

SYQ-DSX-2080B型手提式蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠;SPX-250B-Z型生化培養(yǎng)箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;LG10-2.4A臺(tái)式高速離心機(jī) 北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司;V-1100可見分光光度計(jì) 上海美譜達(dá)儀器有限公司;Waters Breeze GPC凝膠滲透色譜儀 美國(guó)沃斯特有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 食用菌栽培及產(chǎn)量計(jì)算 參考實(shí)驗(yàn)室前期分析油菜秸稈對(duì)銀耳栽培影響結(jié)果,選擇油菜秸稈和棉籽殼的比例為4∶6 (w/w)的栽培基料,作為香菇、平菇、金針菇、黑木耳栽培中的油菜秸稈和棉籽殼復(fù)配基料組(MY組)。同時(shí),分別以單獨(dú)使用油菜秸稈(Y組)和單獨(dú)使用棉籽殼(M組)為栽培基料進(jìn)行對(duì)比分析,綜合考察油菜秸稈基料對(duì)4種常見食用菌產(chǎn)量和活性成分的影響。食用菌栽培基料按表1配制后,混勻,按基料與水1∶1.2 (w/w)比例向基料中加入水,攪勻,袋裝,121 ℃滅菌15 min。將培養(yǎng)袋置于無菌室中晾至常溫后,分別接種香菇、平菇、金針菇和黑木耳母種。根據(jù)牛長(zhǎng)滿[15]的方法在25 ℃條件下進(jìn)行恒溫發(fā)菌、培養(yǎng),當(dāng)?shù)谝怀惫匠墒旌筮M(jìn)行采收(只采收第一潮菇)。每一食用菌的每一樣品設(shè)置11組平行樣。稱量第一潮菇單袋重量,記為鮮重(g);計(jì)算從接種到第一潮菇成熟采收的時(shí)間,記為生長(zhǎng)期(d)。

表1 食用菌栽培基料的組成成分Table 1 Medium ingredients for edible fungi cultivation

1.2.2 食用菌多糖含量的測(cè)定

1.2.2.1 食用菌粗多糖樣品制備及得率計(jì)算 將采收的潮菇平鋪于室內(nèi)向陽玻璃窗前的瓷臺(tái)上進(jìn)行自然晾干(溫度25～30 ℃,濕度60% RH～75% RH)后,于70 ℃烘干至恒重,再粉碎過60目篩制成食用菌粉。取一定質(zhì)量的食用菌粉(M0),加入80倍質(zhì)量的去離子水,攪勻后于95 ℃下提取4.5 h,過濾后于8000 r/min離心15 min,取上清液于60 ℃下真空濃縮至原體積的1/3,加入濃縮液質(zhì)量4倍體積的無水乙醇,攪拌至沉淀完全析出,于4 ℃條件下靜置24 h后抽濾,用適量無水乙醇洗滌沉淀物(3～4次)后于60 ℃真空干燥6 h,得到食用菌粗多糖樣品,稱量重量記為M1,按照以下公式計(jì)算粗多糖得率(Y,%)。

粗多糖得率(Y,%)=M1/M0×100

1.2.2.2 食用菌多糖含量的測(cè)定 參照何照范等[16]所述的苯酚-硫酸比色法,測(cè)定食用菌粗多糖樣品的多糖含量(CP,%),樣品平行測(cè)定3次。其中,以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線,通過線性回歸得到方程y=0.0092x+0.0010(x表示葡萄糖濃度,μg/mL;y表示吸光值),方程相關(guān)系數(shù)為0.9995,葡萄糖濃度的線性檢測(cè)范圍為0～160.0 μg/mL。按照以下公式計(jì)算食用菌的多糖含量。

多糖含量(%)=CP×Y×100

式中:CP-粗多糖的多糖含量,%;Y-食用菌粗多糖得率,%。

1.2.3 食用菌葡萄糖醛酸含量的測(cè)定 參照Blcmenkrantz等[17]所述的間羥基聯(lián)苯法,測(cè)定食用菌粗多糖樣品的葡萄糖醛酸含量(CG,%),樣品平行測(cè)定3次。其中,以葡萄糖醛酸為標(biāo)準(zhǔn)品繪制葡萄糖醛酸標(biāo)準(zhǔn)曲線,通過線性回歸得到方程y=0.0073x+0.0015(x表示葡萄糖醛酸濃度,μg/mL;y表示吸光值),方程的相關(guān)系數(shù)為0.9990,葡萄糖醛酸濃度的線性檢測(cè)范圍為0～60 μg/mL。按照以下公式計(jì)算食用菌的葡萄糖醛酸含量。

葡萄糖醛酸含量(%)=CG×Y×100

1.2.4 分子量的測(cè)定 參照耿安靜等[18]所述的凝膠滲透色譜法,測(cè)定食用菌粗多糖樣品的分子量(重均分子量、數(shù)均分子量),并計(jì)算得到粗多糖樣品的多分散性系數(shù)(多分散性系數(shù)=重均分子量/數(shù)均分子量)。樣品平行測(cè)定3次,其中,以葡聚糖為標(biāo)準(zhǔn)品繪制葡聚糖質(zhì)量-峰面積標(biāo)準(zhǔn)曲線,通過線性回歸得到方程y=9870.34x-45068.57(x表示葡聚糖質(zhì)量,μg;y表示峰面積),方程的相關(guān)系數(shù)為0.9998。GPC色譜條件:色譜柱Ultrahyrogel linear(7.8 mm×300 mm),流動(dòng)相0.02 mol/L NaNO3溶液、pH6.0,流速0.6 mL/min,柱溫40 ℃。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,測(cè)定結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用ANOVA進(jìn)行LSD方差分析,以P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜秸稈對(duì)食用菌產(chǎn)量的影響

以棉籽殼基料(M組)、棉籽殼復(fù)配油菜秸稈基料(MY組)和油菜秸稈基料(Y組)栽培香菇、平菇、金針菇和黑木耳,測(cè)定4種食用菌在采收時(shí)的鮮重,結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?分別以單一棉籽殼、棉籽殼復(fù)配油菜秸稈或單一油菜秸稈為栽培基料時(shí),4種食用菌均可正常生長(zhǎng)。值得注意的是,相對(duì)于單一棉籽殼或油菜秸稈基料,棉籽殼復(fù)配油菜秸稈基料栽培的香菇、平菇和黑木耳,具有最高的鮮重,分別為480.18、485.26和430.16 g,其中香菇和平菇在M組和MY組栽培中存在顯著性差異(P<0.05)。但對(duì)于金針菇,隨著基料中油菜秸稈的比例由0%(M組)提升至40%(MY組)、100%(Y組)時(shí),其鮮重分別降低了47.85%和67.44%。由此表明,以油菜秸稈為單一基料可用于香菇、平菇和黑木耳的栽培,但其鮮重低于油菜秸稈和棉籽殼復(fù)配栽培,而基料中油菜秸稈比例越高,金針菇的鮮重越低,這可能與供試金針菇品種相關(guān)[14]。

圖1 不同基料栽培食用菌的鮮重Fig.1 Weight of edible fungi cultivated with differential medium注:對(duì)于同一種食用菌,不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);圖2～圖4同。

同時(shí),考察了4種食用菌分別在棉籽殼基料(M組)、棉籽殼復(fù)配油菜秸稈基料(MY組)和油菜秸稈基料(Y組)栽培時(shí)的生長(zhǎng)期,結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?相對(duì)于單一棉籽殼或油菜秸稈基料,棉籽殼復(fù)配油菜秸稈基料栽培的香菇、平菇和黑木耳,具有最短的生長(zhǎng)期,分別為24.64、19.73和18.64 d,其中黑木耳在M組和MY組栽培中存在顯著性差異(P<0.05)。但對(duì)于金針菇,隨基料中油菜秸稈的比例由0%(M組)提升至40%(MY組)和100%(Y組)時(shí),其生長(zhǎng)期分別延長(zhǎng)了11.12%和25.83%。前期研究表明,基料中的C/N比是影響食用菌生長(zhǎng)的重要因子[19]。牛文娟[7]分析發(fā)現(xiàn)油菜秸稈C元素組成的占比為42.89%,N元素組成的占比為0.77%,C/N比為55.70。魏?jiǎn)⑺吹萚20]分析市售棉籽殼的C/N比為79.8。綜合推斷,在棉籽殼基料中油菜秸稈的比例為40%時(shí),其C/N比為70.16,在設(shè)定的栽培條件下,香菇、平菇和黑木耳具有更高的產(chǎn)量。

圖2 不同基料栽培食用菌的生長(zhǎng)期Fig.2 Growth time of edible fungi cultivated with differential medium

2.2 油菜秸稈對(duì)食用菌多糖含量的影響

多糖是4種常見食用菌的主要活性物質(zhì)[8-9],為進(jìn)一步考察油菜秸稈栽培對(duì)4種食用菌活性成分的影響,分析棉籽殼基料(M組)、棉籽殼復(fù)配油菜秸稈基料(MY組)和油菜秸稈基料(Y組)栽培食用菌時(shí),食用菌多糖含量的變化,結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出,以傳統(tǒng)棉籽殼基料栽培,食用菌的多糖含量由高到低依次為香菇、金針菇、黑木耳、平菇,這與李承范研究7種食用菌多糖含量趨勢(shì)一致[21],食用菌多糖含量為5%～10%。此外,隨基料中油菜秸稈的比例由0%(M組)提升至40%(MY組)時(shí),香菇、平菇和黑木耳的多糖含量提高了11.09%、24.86%和14.26%,而金針菇多糖含量則降低了17.32%。隨基料中油菜秸稈的比例由40%(MY組)提升至100%(Y組)時(shí),4種食用菌的多糖含量都有所降低,特別是金針菇的多糖含量降低幅度高達(dá)44.66%。由此表明,在棉籽殼基料中復(fù)配40%的油菜秸稈,香菇、平菇和黑木耳的多糖含量顯著提高(P<0.05),金針菇則反之。

圖3 不同基料栽培食用菌的多糖含量Fig.3 Polysaccharide content of edible fungi cultivated with differential medium

2.3 油菜秸稈對(duì)食用菌葡萄糖醛酸含量的影響

多糖的各種生理活性往往與其成分構(gòu)成密切相關(guān)[22],據(jù)報(bào)道,糖醛酸含量與其抗氧化活性呈正相關(guān),并且抗氧化活性通常是其他生理活動(dòng)的基礎(chǔ),例如抗炎和抗菌活性等[23]。基于此,通過油菜秸稈對(duì)4種食用菌中葡萄糖醛酸含量的影響,進(jìn)一步分析油菜秸稈用于食用菌栽培的可行性,結(jié)果如圖4所示。隨基料中油菜秸稈的比例由0%(M組)提升至40%(MY組)時(shí),香菇的葡萄糖醛酸含量顯著性地提高了16.81%(P<0.05),同時(shí)平菇和黑木耳也分別提高了4.65%和4.62%。但對(duì)于金針菇,隨基料中油菜秸稈的比例由0%提升至40%和100%時(shí),其葡萄糖醛酸含量在持續(xù)地降低。由此表明,在棉籽殼基料中復(fù)配40%的油菜秸稈,有助于提高香菇、平菇和黑木耳中的葡萄糖醛酸含量,金針菇則反之。

圖4 不同基料栽培食用菌的葡萄糖醛酸含量Fig.4 Glucuronic acid content of edible fungi cultivated with differential medium

2.4 油菜秸稈對(duì)香菇粗多糖分子量的影響

通過進(jìn)一步考察多糖含量和葡萄糖醛酸含量最高的食用菌,即香菇,在油菜秸稈比例分別為0%(M組)、40%(MY組)和100%(Y組)的基料栽培中,其產(chǎn)出食用菌的粗多糖樣品的分子量分布,分析油菜秸稈栽培食用菌的可行性,結(jié)果見表2。由表2可以看出,香菇多糖的分子具有不均一性的特點(diǎn),不同基料栽培的香菇,其多糖分子量分布不盡相同。盡管如此,栽培基料中油菜秸稈比例分別為0%、40%和100%時(shí),香菇粗多糖樣品中重均分子量和數(shù)均分子量無明顯差異,其中Y組和MY組多糖的多分散性系數(shù)分別是M組的1.24倍和1.13倍。由此推斷,Y組和MY組香菇粗多糖樣品,分子量較大的分子所占比例稍高于M組[24],進(jìn)一步推斷相同質(zhì)量下,M組的粗多糖的抗氧化活性相對(duì)高于Y組和MY組[25]。

表2 香菇粗多糖分子量Table 2 Molecular weight of the crude polysaccharide from lentinus edodes

研究表明食用菌不能直接利用纖維素、半纖維素等大分子有機(jī)物,其生長(zhǎng)情況與環(huán)境中降解纖維素的微生物群密切相關(guān),一些食用菌與微生物甚至存在共生關(guān)系[26]。Tian等[27]發(fā)現(xiàn)擬桿菌和鞘脂桿菌是油菜秸稈在纖維素發(fā)酵降解過程中的優(yōu)勢(shì)菌屬,由此推斷,在油菜秸稈添加量不同的培養(yǎng)基質(zhì)中,其環(huán)境中微生物群體豐度及多樣性差異影響纖維素的降解速率,進(jìn)而影響食用菌生產(chǎn)情況。食用菌子實(shí)體營(yíng)養(yǎng)成分隨著培養(yǎng)基質(zhì)不同而不同,食用菌的多糖組分又與菌絲分化形成子實(shí)體密切相關(guān)[26],由此推斷,食用菌的多糖組分在油菜秸稈添加量不同的培養(yǎng)基質(zhì)中,也會(huì)存在差異。

3 結(jié)論

本文以我國(guó)油料作物采收后的副產(chǎn)物油菜秸稈為研究對(duì)象,通過考察油菜秸稈栽培4種常見食用菌時(shí)對(duì)其產(chǎn)量和活性成分的影響,分析油菜秸稈栽培食用菌的可行性。相對(duì)于常規(guī)的棉籽殼基料,單獨(dú)油菜秸稈基料栽培的食用菌具有較低的產(chǎn)量,但在棉籽殼基料中復(fù)配40%的油菜秸稈時(shí),香菇、平菇和黑木耳的鮮重提高至480.18、485.26和430.16 g;生長(zhǎng)期縮短至24.64、19.73和18.64 d,其產(chǎn)量高于常規(guī)棉籽殼基料栽培的食用菌。在該栽培條件下,香菇、平菇和黑木耳的多糖含量顯著性高于棉籽殼基料栽培組(P<0.05),葡萄糖醛酸含量均亦有所提高,特別是在香菇中存在顯著性差異(P<0.05)且其粗多糖分子量分布無明顯差異。但對(duì)于金針菇,油菜秸稈的添加顯著性抑制其生長(zhǎng),致使其鮮重、多糖含量和葡萄糖醛酸含量顯著降低(P<0.05),生長(zhǎng)期顯著延長(zhǎng)(P<0.05)。因此,本文論證了以油菜秸稈栽培香菇、平菇和黑木耳具有可行性,是一種處理油菜秸稈的有效途徑。但尚需深入研究對(duì)食用菌中其他活性成分的影響和栽培其他食用菌的可行性。