食用菌廢菌棒脫袋與粉碎技術(shù)現(xiàn)狀

張 濤，唐興隆，代 聰，楊清慧，龐有倫，佘小明

（重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，重慶 401329）

據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，中國(guó)食用菌產(chǎn)量逐年增加，占全球產(chǎn)量70%以上[1]。隨著食用菌生產(chǎn)而產(chǎn)生的廢菌棒的數(shù)量也越來(lái)越多。廢菌棒中含有豐富的有機(jī)碳，N、P、K 等營(yíng)養(yǎng)元素充沛，粉碎、發(fā)酵及滅菌處理后可以替代部分無(wú)機(jī)化肥，節(jié)約成本，增加效益[2-5]；廢菌棒殘留了大量菌絲、有益菌和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以添加適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為各種作物的栽培原料，再次進(jìn)行栽培，可極大地節(jié)約成本[6-8]；廢菌棒中粗蛋白和糖分含量較高，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，經(jīng)消毒處理可以用來(lái)喂養(yǎng)家畜[9-11]；廢菌棒中具有多種礦質(zhì)元素，經(jīng)過(guò)處理后，可以提高土壤對(duì)無(wú)機(jī)氮的保持能力，改良土壤性質(zhì)[12-14]；將食用菌菌渣發(fā)酵，可以作為活性炭，吸附水中的氧氟沙星等物質(zhì)[15]，修復(fù)水體污染?？傊瑥U菌棒仍具有較高的再利用價(jià)值，但實(shí)際生產(chǎn)中，大部分廢菌棒被隨意丟棄和直接焚燒，僅有少部分被用于回收利用，這造成了極大的生物質(zhì)資源浪費(fèi)和對(duì)土壤、水體、大氣的污染，因此，解決食用菌廢菌棒的回收利用問(wèn)題迫在眉睫。而廢菌棒處理的初環(huán)節(jié)是脫袋與粉碎，這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要，直接影響到后續(xù)利用的效率和質(zhì)量。本文通過(guò)閱讀文獻(xiàn)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，從脫袋和粉碎2個(gè)方面分析菌棒回收利用初環(huán)節(jié)的技術(shù)現(xiàn)狀。

1 廢菌棒脫袋技術(shù)現(xiàn)狀

脫袋技術(shù)最初采用機(jī)械劃破、人工輔助脫袋的分段式作業(yè)工序，為了提高脫袋效率，科研人員根據(jù)機(jī)械撕搓式和氣力吸取式原理設(shè)計(jì)了一系列脫袋裝備并通過(guò)研究廢菌棒力學(xué)性能，開(kāi)發(fā)了一款撕搓原理的脫袋和粉碎機(jī)。但整體上，我國(guó)廢菌棒脫袋技術(shù)和裝備科研成果有限，主要以技術(shù)專利為主，大部分處于理論與試驗(yàn)階段，真正推廣使用的機(jī)型極少，脫袋仍然以人工為主；現(xiàn)有裝備存在噪音大、分離軸纏袋、粉碎效果差、功率消耗大、功能不完善等問(wèn)題。

馬長(zhǎng)江[16]在2007年研發(fā)出了一款廢棄菌糠脫袋機(jī)，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。工作時(shí)，裝袋的廢菌棒從上方入料，由割袋刀將包裝袋割開(kāi)，廢菌棒和割開(kāi)的包裝袋進(jìn)入圓柱形腔體，包裝袋被上絞龍右側(cè)拋料板拋出，菌棒被粉碎并從下方出料口拋出。該機(jī)械具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。

圖1 廢棄菌糠脫袋機(jī)Fig.1 Waste fungus bran bag removing machine

余和意[17]隨后研發(fā)出了雙滾筒式脫袋機(jī)械，在滾筒上安置割袋刀，通過(guò)其旋轉(zhuǎn)割袋，篩網(wǎng)分離菌袋，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。該機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省時(shí)省力，脫袋效果較差，應(yīng)用尚不廣泛。

圖2 廢棄菌糠脫袋機(jī)Fig.2 Waste fungus bran bag removing machine

林時(shí)明[18]發(fā)明了一種廢棄木耳菌袋脫袋裝置，創(chuàng)新性地采用了自動(dòng)上料裝置，該裝置可靠性好、耗能低、效率高，便于操作，但由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，未能大面積推廣。周萬(wàn)瑩[19]創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了初分離機(jī)構(gòu)和再分離機(jī)構(gòu)，極大地提高了脫凈率，減少了環(huán)境污染，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尚處在理論試驗(yàn)階段，未能廣泛推廣。楊銘彬[20]等人提出了利用脫袋環(huán)和脫袋刀片來(lái)割袋，實(shí)現(xiàn)了多角度割袋，結(jié)構(gòu)新穎，脫袋效果和脫袋效率尚有待提升，未得到廣泛推廣，脫袋環(huán)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。崔雪艷[21]等人設(shè)計(jì)了一種凸輪式自動(dòng)脫袋機(jī)，省時(shí)省力，脫袋效果好，具有實(shí)用性，但制造、安裝過(guò)于復(fù)雜，尚未廣泛推廣。

圖3 脫袋環(huán)Fig.3 Bagging off ring

2 廢菌棒粉碎技術(shù)現(xiàn)狀

由于廢菌渣顆粒粘聚力小，在二次利用中粉碎技術(shù)難度不大，目前普遍采用撕搓和擠壓的原理來(lái)對(duì)廢菌棒進(jìn)行粉碎，大多采用旋轉(zhuǎn)的粉碎輥、絞龍或者滾壓機(jī)構(gòu)，可根據(jù)不同方式，選擇不同類型粉碎機(jī)。

為避免粉碎料塊一次掉落過(guò)多，卡死粉碎機(jī)構(gòu)，江龍林[22]等人設(shè)計(jì)了預(yù)粉碎機(jī)構(gòu)和精粉碎機(jī)構(gòu)，提升了粉碎效果，由于其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造成本較高，尚未廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。黃文越[23]設(shè)計(jì)了升降機(jī)構(gòu)，能夠自動(dòng)入料，采用滾壓機(jī)構(gòu)粉碎，減少了投料工作量，提高了破碎效率。其破碎效率更高，但由于自動(dòng)入料對(duì)精度要求較高，同時(shí)加工成本也較高，未能廣泛應(yīng)用。劉偉[24]等人在入料過(guò)程中設(shè)置了多擠壓齒，進(jìn)行初步粉碎，再通過(guò)偏心粉碎輥進(jìn)行粉碎，提高了粉碎合格率。這種機(jī)構(gòu)安裝難度較高，尚處在試驗(yàn)研究階段，未能廣泛推廣，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。陳琳[25]等選用雙滾動(dòng)軸，利用上下布置的雙滾動(dòng)軸對(duì)廢菌棒進(jìn)行粉碎，提高了廢菌棒粉碎裝置的粉碎效率。由于雙軸式對(duì)制造難度較高，未能廣泛應(yīng)用。

圖4 二次粉碎裝置Fig.4 Secondary crusher

圖5 偏心式粉碎裝置Fig.5 Eccentric crushing device

3 展望

第一，目前我國(guó)食用菌廢菌棒的再利用方式還是以制作飼料、肥料和栽培基質(zhì)為主，利用方式多樣，但相關(guān)研究主要集中在廢菌渣的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面，對(duì)利用技術(shù)相關(guān)研究較少，為相關(guān)裝備研發(fā)與技術(shù)集成提供依據(jù)。

第二，從脫袋和粉碎技術(shù)來(lái)看，目前廣泛應(yīng)用的仍然是成熟的老式機(jī)器，完全可以在它的基礎(chǔ)上，從自動(dòng)化和智能化方向進(jìn)行突破，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料，實(shí)現(xiàn)可調(diào)角度割袋以適應(yīng)不同種類的菌棒，同時(shí)盡可能地精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)，以便于制造推廣。同時(shí)將脫袋和粉碎設(shè)備進(jìn)行整合，研發(fā)一體化的脫袋粉碎設(shè)備，有利于降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高粉碎效率和效果，節(jié)約制造成本。

第三，目前，廢菌棒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生物學(xué)特性相關(guān)研究報(bào)道極少，應(yīng)積極采取政產(chǎn)學(xué)研推一體化，加大廢菌棒力學(xué)特性、菌袋氣吸特性等基礎(chǔ)究理論，以建立一套完善、系統(tǒng)的理論體系，使得理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，為今后的菌棒脫袋裝備研發(fā)工作提供理論指導(dǎo)。

第四，廢菌棒生物資源綜合利用是一項(xiàng)涉及面廣泛、影響巨大、生態(tài)效益高的系統(tǒng)性工程，加大綜合利用技術(shù)研究與相關(guān)裝備研發(fā)，加大對(duì)各項(xiàng)技術(shù)的推廣支持力度，為食用菌種植戶提供多元化發(fā)展模式，保障農(nóng)戶種植積極性和經(jīng)濟(jì)效益。