菌菇培養(yǎng)廢棄物飼料化加工處理技術(shù)研究進(jìn)展

■許宏揚(yáng) 劉沛堯 張紹波 王新慧 齊智利

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技與動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，湖北武漢 430070）

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，大規(guī)模集約化、現(xiàn)代化養(yǎng)殖場(chǎng)興起，足量?jī)?yōu)質(zhì)的飼料成為影響生產(chǎn)養(yǎng)殖的主要問(wèn)題。由于中美貿(mào)易政策的不確定性，2018年我國(guó)進(jìn)口玉米、高粱、小麥等飼料同比減少24.7%、29.9%和27.8%，中國(guó)進(jìn)口蛋白原料量大幅下降，進(jìn)口成本不斷上升[1]。為從根本上解決這一問(wèn)題，還需要大力開發(fā)優(yōu)質(zhì)飼料原料。

我國(guó)是世界上最早食用和培育食用菌的國(guó)家。食用菌目前是我國(guó)第五大種植產(chǎn)業(yè)，據(jù)中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2010年～2018年間，食用菌的產(chǎn)量持續(xù)增加，2018年總生產(chǎn)量增加到3 789萬(wàn)噸[2]。菌菇培養(yǎng)廢棄物是食用菌收割后，培養(yǎng)用的培養(yǎng)基與殘留菌絲體的復(fù)合物[3]。菌菇培養(yǎng)廢棄物由菌絲體、木屑、棉籽殼和稻殼等物質(zhì)組成，內(nèi)含豐富的菌體蛋白、纖維素、礦物元素和生物活性物質(zhì)[4-7]。高效開發(fā)與加工利用菌菇培養(yǎng)廢棄物能為飼料工業(yè)以及畜禽養(yǎng)殖提供充足的物質(zhì)保障。

1 菌菇培養(yǎng)廢棄物資源現(xiàn)狀及組成

1.1 菌菇培養(yǎng)廢棄物的資源現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年中國(guó)食用菌產(chǎn)量達(dá)3 789 t，占世界總產(chǎn)量的75%，產(chǎn)值超過(guò)3 938億元。有研究顯示，每生產(chǎn)1 kg食用菌能產(chǎn)生5 kg菌菇培養(yǎng)廢棄物[8]。目前只有少部分菌菇培養(yǎng)廢棄物被循環(huán)再利用，而絕大多數(shù)菌菇培養(yǎng)廢棄物都被丟棄[9]。菌菇培養(yǎng)廢棄物現(xiàn)如今主要處理方式為焚燒，焚燒中會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害氣體（如CO、SO2），造成環(huán)境的污染，危害人們的健康。同時(shí)焚燒也會(huì)產(chǎn)生CO2等溫室氣體，引發(fā)全球變暖問(wèn)題。然而菌菇培養(yǎng)廢棄物中含有大量的營(yíng)養(yǎng)成分，通過(guò)焚燒處理會(huì)造成資源浪費(fèi)，尋求菌菇培養(yǎng)廢棄物的新的處理方式，已成為未來(lái)食用菌行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要問(wèn)題。

1.2 菌菇培養(yǎng)廢棄物的主要組成成分

我國(guó)食用菌的種類超過(guò)300多種，以香菇、平菇、金針菇為主[10]。菌菇培養(yǎng)廢棄物中含有木質(zhì)纖維性材料、養(yǎng)分調(diào)理性物料以及pH調(diào)理性物料。菌菇培養(yǎng)廢棄物種類不同，其組成成分也不相同（見表1）[11]。

表1 常規(guī)菌菇培養(yǎng)廢棄物的原料組成(%)

2 菌菇培養(yǎng)廢棄物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)定

食用菌的生物固氮作用可以將菌菇培養(yǎng)基質(zhì)中的無(wú)機(jī)氮轉(zhuǎn)化為菌體蛋白，收菇后菌菇培養(yǎng)廢棄物中會(huì)殘留部分菌絲體，使菌菇培養(yǎng)廢棄物蛋白質(zhì)含量增加。同時(shí)食用菌對(duì)纖維素的分解轉(zhuǎn)換能力較強(qiáng)，能較好地分解菌菇培養(yǎng)廢棄物中的粗纖維，易于動(dòng)物消化吸收。在食用菌栽培中，食用菌的種類、收菇次數(shù)、生長(zhǎng)條件以及菌菇培養(yǎng)廢棄物原料的種類都會(huì)影響菌菇培養(yǎng)廢棄物飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，因此不同菌菇培養(yǎng)廢棄物的營(yíng)養(yǎng)成分存在一定程度的差異。常見菌菇培養(yǎng)廢棄物的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分見表2[12]。

表2 常見菌菇培養(yǎng)廢棄物常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分（%）

3 菌菇培養(yǎng)廢棄物加工處理技術(shù)

目前菌菇培養(yǎng)廢棄物加工處理技術(shù)主要有三種：物理加工、化學(xué)加工和生物處理。各加工處理技術(shù)大致步驟見表3。

表3 不同菌菇培養(yǎng)廢棄物加工處理技術(shù)

3.1 物理加工

菌菇培養(yǎng)廢棄物中含有大量有機(jī)物質(zhì)（如粗蛋白、粗脂肪、粗纖維和鈣磷等），可直接被動(dòng)物消化吸收[13]。用收菇3～4茬的鮮菌菇培養(yǎng)廢棄物按一定比例添加到畜禽飼料中，直接飼喂給動(dòng)物。菌菇培養(yǎng)廢棄物可以直接用于飼養(yǎng)魚類、家禽、豬和奶牛，以替代部分的魚粉、玉米等原料，還可以直接代替一部分全價(jià)飼料使用[14]。使用時(shí)，遵循先少量試喂，再慢慢增加的原則，要注意觀察動(dòng)物的反應(yīng)，慢慢增加用量，如果無(wú)異常，可以增加用量[15]。菌菇培養(yǎng)廢棄物還能經(jīng)過(guò)晾曬、烘干或粉碎后，與其他日糧配料混合后進(jìn)行飼喂。挑選優(yōu)質(zhì)菌菇培養(yǎng)廢棄物，應(yīng)該選取表面干凈，塊莖粗大，除去表面泥污和腐爛的部分，用石灰水浸泡菌菇培養(yǎng)廢棄物2～3 d再進(jìn)行消毒處理，處理后的菌菇培養(yǎng)廢棄物可直接飼喂動(dòng)物或加工儲(chǔ)存。

此種物理加工雖操作簡(jiǎn)便、節(jié)省人力，但對(duì)菌菇培養(yǎng)廢棄物中一些較難消化的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（如粗纖維等）未做處理，適口性相對(duì)較差，可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物進(jìn)食量下降。

3.2 化學(xué)加工

菌菇培養(yǎng)廢棄物的化學(xué)加工工藝主要是降解其纖維素含量，使其所含有的營(yíng)養(yǎng)成分得到初步優(yōu)化，利于動(dòng)物消化吸收，主要化學(xué)處理分為酸堿水解處理與酶解處理。

酸堿水解處理主要是利用硫酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀。酸化處理中，纖維素在酸性條件下更易被水解為單糖等物質(zhì)。堿處理可以使木質(zhì)素形成疏松多孔結(jié)構(gòu)，能有效被動(dòng)物體內(nèi)酶水解成單糖物質(zhì)而消化吸收[16]。蘇秋權(quán)[17]研究不同梯度料液比1∶（13～18）酸處理菌菇培養(yǎng)廢棄物時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著硫酸體積增加，水解效率先降低后提高再降低，在料液比1∶17時(shí)水解效率最高。堿化處理是將30%～40%的氫氧化鈉溶液按照菌菇培養(yǎng)廢棄物干物質(zhì)3%～5%的比例均勻噴灑在菌菇培養(yǎng)廢棄物上，調(diào)節(jié)菌菇培養(yǎng)廢棄物內(nèi)水分大約為40%，裝袋，密封保存[18]。

酶解處理是通過(guò)添加外源性酶體系對(duì)菌菇培養(yǎng)廢棄物內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行降解。菌菇培養(yǎng)廢棄物中富含大量纖維素、半纖維素與木質(zhì)素，同時(shí)也含有纖維素酶，木質(zhì)素會(huì)吸附纖維素酶而使其失活，導(dǎo)致菌菇培養(yǎng)廢棄物中纖維素不能被降解。外源添加纖維素分解酶（如木聚糖酶）能提高纖維素分解效率。蘇秋權(quán)[17]研究表明，最佳加酶量為200 IU/g。

化學(xué)處理可將菌菇培養(yǎng)廢棄物中的木質(zhì)素和粗纖維等物質(zhì)分解，提高動(dòng)物對(duì)菌菇培養(yǎng)廢棄物的利用率及飼用價(jià)值，但化學(xué)處理同樣也存在適口性差等問(wèn)題，這可能導(dǎo)致動(dòng)物采食量降低。

3.3 生物處理

生物處理是對(duì)菌菇培養(yǎng)廢棄物進(jìn)行發(fā)酵，通過(guò)發(fā)酵的方式使菌菇培養(yǎng)廢棄物中的纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素等物質(zhì)能進(jìn)一步降解，提高菌菇培養(yǎng)廢棄物利用率。目前生物處理主要有三種方式：青貯發(fā)酵、自然發(fā)酵和接菌發(fā)酵。

3.3.1 青貯發(fā)酵

將新鮮的收割的菌菇培養(yǎng)廢棄物晾曬至水分為60%～70%時(shí)，經(jīng)粉碎、消毒后進(jìn)行青貯。青貯方式可為塑料袋青貯、堆式青貯和窖式青貯。無(wú)論何種青貯方法，青貯時(shí)應(yīng)放一層菌菇培養(yǎng)廢棄物（約10 cm），撒菌菇培養(yǎng)廢棄物量5%的鹽，最后用塑料薄膜蓋好[19]。青貯發(fā)酵是利用乳酸菌的發(fā)酵作用，產(chǎn)生大量乳酸，抑制有害菌的生長(zhǎng)。

3.3.2 自然發(fā)酵

自然發(fā)酵是一種厭氧發(fā)酵，是利用菌菇培養(yǎng)廢棄物自身微生物進(jìn)行發(fā)酵。將菌菇培養(yǎng)廢棄物曬干后粉碎，然后添加1%左右的米糠混合均勻，裝袋壓實(shí)、密封，發(fā)酵5～7 d。

3.3.3 接菌發(fā)酵

將粉碎后的菌菇培養(yǎng)廢棄物接入預(yù)先培養(yǎng)好的菌種進(jìn)行發(fā)酵[20]。將菌菇培養(yǎng)廢棄物進(jìn)行滅菌、干燥、粉碎和篩分后，再將活化的菌種噴灑在處理好的菌菇培養(yǎng)廢棄物上，混合均勻，裝入窖或大缸等容器內(nèi)，用薄膜密封進(jìn)行發(fā)酵，散發(fā)酒香即發(fā)酵成功，此時(shí)把發(fā)酵物攤晾、烘干即可飼喂畜禽。經(jīng)過(guò)特定菌種的發(fā)酵，菌菇培養(yǎng)廢棄物中難降解成分得到更好的利用，提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。具體發(fā)酵流程見圖1。

圖1 一般菌菇培養(yǎng)廢棄物發(fā)酵飼料的制作工藝流程

生物處理可在一定程度上提高飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其適口性，且提高了動(dòng)物的免疫及消化利用率，還能抑制菌菇培養(yǎng)廢棄物內(nèi)殘留孢子的競(jìng)爭(zhēng)作用，但菌菇培養(yǎng)廢棄物在發(fā)酵過(guò)程中，由于微生物發(fā)酵的環(huán)境復(fù)雜，各種物質(zhì)成分的存在，使得發(fā)酵難度加大，不易控制。

4 發(fā)酵菌菇培養(yǎng)廢棄物在生產(chǎn)中的應(yīng)用

食用菌菌菇培養(yǎng)廢棄物中含有大量纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，動(dòng)物很難直接消化利用菌菇培養(yǎng)廢棄物[21]。而菌菇培養(yǎng)廢棄物經(jīng)過(guò)發(fā)酵處理后，纖維素與木質(zhì)素進(jìn)一步降解，粗蛋白含量也有所升高，粗蛋白的體外消化率高達(dá)70%，可作為家禽和動(dòng)物氮的潛在來(lái)源[22]。鄭有坤等[23]發(fā)現(xiàn)，用乳酸菌和酵母菌發(fā)酵后的菌菇培養(yǎng)廢棄物，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和可溶性碳水化合物的含量顯著降低，同時(shí)蛋白質(zhì)的含量有所提高。發(fā)酵后的菌菇培養(yǎng)廢棄物不僅含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且能抑制病原菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)有益菌的繁殖，提高動(dòng)物的消化率和免疫功能[24]。

4.1 發(fā)酵菌菇培養(yǎng)廢棄物在單胃動(dòng)物中的應(yīng)用

發(fā)酵菌菇培養(yǎng)廢棄物可作為麩皮的替代物飼喂豬。葉紅英等[25]研究發(fā)現(xiàn)，用發(fā)酵菌菇培養(yǎng)廢棄物代替40%豬飼料能促進(jìn)育肥豬生長(zhǎng)，降低豬的腹瀉率，大大增加養(yǎng)殖效益。Song等[26]研究表明，在育肥期巴克夏豬的基礎(chǔ)日糧中添加≥5%的發(fā)酵平菇菌菇培養(yǎng)廢棄物，豬的日增重與菌菇培養(yǎng)廢棄物添加量呈負(fù)相關(guān)，而在添加了3%的發(fā)酵平菇菌菇培養(yǎng)廢棄物混合飼料后，對(duì)巴克夏豬的生長(zhǎng)性能、胴體性狀、肉質(zhì)和脂肪酸有積極影響，這可能是由于飼喂超過(guò)5%水平的發(fā)酵料會(huì)增加巴克夏豬的胃乳酸濃度，從而降低生長(zhǎng)豬胃腸道細(xì)菌水平，抑制其生長(zhǎng)性能。曹啟民等[27]研究表明，在基礎(chǔ)日糧中添加20%的靈芝菌菇培養(yǎng)廢棄物發(fā)酵飼料在降低成本的同時(shí)一定程度改善了豬肉品質(zhì)，提高了瘦肉率。

在家禽的應(yīng)用中，有研究表明，飼料中添加10%發(fā)酵棉籽粕菌菇培養(yǎng)廢棄物可顯著提高仔雞存活率和群體均勻度，同時(shí)發(fā)酵雞糞臭氣明顯減少，氨濃度顯著降低[28]。池雪林[29]在蛋雞基礎(chǔ)日糧中添加發(fā)酵靈芝菌菇培養(yǎng)廢棄物，發(fā)現(xiàn)蛋雞產(chǎn)蛋性能有所提升，此外靈芝發(fā)酵菌菇培養(yǎng)廢棄物組中的雞蛋膽固醇含量顯著降低。在降低雞蛋膽固醇效果方面，靈芝發(fā)酵菌菇培養(yǎng)廢棄物與靈芝發(fā)揮了類似的作用，可能的原因是菌菇培養(yǎng)廢棄物中殘留與靈芝中相同的養(yǎng)分。

4.2 發(fā)酵菌菇培養(yǎng)廢棄物在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用

大多數(shù)研究表明，普通菌菇培養(yǎng)廢棄物能滿足反芻動(dòng)物適口性，但使動(dòng)物對(duì)菌菇培養(yǎng)廢棄物的消化利用率顯著降低。有研究表明，菌菇培養(yǎng)廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵后，能提高飼料粗蛋白含量和瘤胃降解率，飼喂肉牛能顯著提高日增重[30]。王宇等[31]用金針菇菌菇培養(yǎng)廢棄物替代30%～50%的粗料飼喂肉牛，結(jié)果顯示與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組的飼喂對(duì)提高肉牛日增重有積極影響。與普通菌菇培養(yǎng)廢棄物飼料相似，菌菇培養(yǎng)廢棄物發(fā)酵飼料在飼喂奶牛后能顯著提高奶牛產(chǎn)奶量且能增強(qiáng)奶牛免疫功能，改善奶牛健康[32]。在羊生產(chǎn)中，曲強(qiáng)[33]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵菌菇培養(yǎng)廢棄物能顯著提高肉羊采食量與日增重，增加養(yǎng)殖效益。郭萬(wàn)正[34]也在研究中表明，利用杏鮑菇發(fā)酵菌菇培養(yǎng)廢棄物替換12%的粗飼料飼喂山羊，能顯著提高山羊日增重。

5 小結(jié)與展望

食用菌菌菇培養(yǎng)廢棄物有產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富等特點(diǎn)，但由于國(guó)內(nèi)食用菌菌菇培養(yǎng)廢棄物現(xiàn)代化利用起步較晚，大量菌菇培養(yǎng)廢棄物資源因焚燒而浪費(fèi)且造成環(huán)境污染。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)蛋白質(zhì)飼料原料緊缺，養(yǎng)殖成本不斷升高，含有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生物活性物質(zhì)的菌菇培養(yǎng)廢棄物逐漸進(jìn)入人們視野，菌菇培養(yǎng)廢棄物飼料化趨勢(shì)已不斷加強(qiáng)，常見菌菇培養(yǎng)廢棄物的主要營(yíng)養(yǎng)成分研究已取得普遍認(rèn)可。目前菌菇培養(yǎng)廢棄物飼料化的主要加工處理方法有物理加工、化學(xué)加工和生物處理。在生產(chǎn)中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，菌菇培養(yǎng)廢棄物發(fā)酵處理能進(jìn)一步降解纖維素和木質(zhì)素等物質(zhì)，增加菌菇培養(yǎng)廢棄物粗蛋白含量。此外發(fā)酵后的菌菇培養(yǎng)廢棄物還能抑制病原菌的生長(zhǎng)以及提高動(dòng)物的免疫和消化率。由于菌菇培養(yǎng)廢棄物中大量微生物以及生物活性物質(zhì)的存在，大大降低了青貯發(fā)酵的效率，因此需要添加發(fā)酵促進(jìn)劑，而目前促進(jìn)劑的種類繁多，促進(jìn)劑的添加劑量、作用機(jī)制尚不清楚，發(fā)酵條件與添加工藝還需進(jìn)一步研究。