CN113597974B - 一种食用菌可再生栽培基质、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种食用菌可再生栽培基质、制备方法及应用，涉及食用菌栽培技术领域。其包括：质量比依次为5.2‑8.2:4.3‑6.8:2.4‑3.9:1‑1.8的棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭。本发明提供的食用菌可再生栽培基质不仅能够使得废菌包通过制备生物炭的形式得到再生，还能使得可再生栽培基质具有比常规栽培基质更好的食用菌菌丝定植微观结构。这有助于提高食用菌的产量，缩短栽培周期，为食用菌生产者提供更高的利润率。

Description

一种食用菌可再生栽培基质、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及食用菌栽培技术领域，具体而言，涉及一种食用菌可再生栽培基质、制备方法及应用。

背景技术

由于食用菌的生长周期较短，其基质更新与废弃频率高，我国每年产出约1500万吨废食用菌基质。现有的食用菌栽培基质综合利用率不超过40％，主流的食用菌栽培基质大部分为一次性的，即种过一次菇之后就会废弃。这不仅会造成资源的极大浪费还会带来环境问题。

目前，用于回收食用菌基质废弃物的方法很多，包括生产有机肥、燃料、沼气池发酵材料和动物饲料等。其中将食用菌基质废弃物制成有机肥是应用最广泛的回收方法，具有操作简单、处理量大等优点。但其应用受限于要求周期长、面积大、技术不成熟等问题，难以实现食用菌基质废弃物的大规模快速处置。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种食用菌可再生栽培基质、制备方法及应用以解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供了一种食用菌可再生栽培基质，其包括：质量比依次为5.2-8.2:4.3-6.8:2.4-3.9:1-1.8的棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭。

本发明提供了一种食用菌可再生栽培基质，该栽培基质不仅能够使得废弃的食用菌基质(即废菌包)通过制备生物炭得到再生，还能使得可再生栽培基质具有比常规的栽培基质更好的食用菌菌丝定植的微观结构。具体地，发明人发现，本发明提供的食用菌可再生栽培基质具有较高的表面积、具有较高的微孔体积和较大的BJH孔体积，还具有较小的平均孔径。该基质结构使得栽培基质具有更好的保水和通风能力。此外，该物理结构上的优势可以改善基质中菌丝的生长，提高蘑菇的产量，并加速子实体的形成。经发明人实践得知：使得食用菌可再生栽培基质具有更高的产量(20-25％)和更快的收获时间(4-6天)，这将为食用菌生产者提供更高的利润率。因此，在提高食用菌的产量和质量的基础上，有助于实现农业废弃物资源的循环利用。

在一种可选的实施方式中，上述生物炭占食用菌可再生栽培基质原料的质量百分比为5-13％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％或13％。食用菌可再生栽培基质包括质量比依次为5.2-8.2:4.3-6.8:2.4-3.9:1-1.8的棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭。

经检测，与常规的栽培基质相比，本发明提供的食用菌可再生栽培基质中含有的挥发物质减少，固定碳含量增加，氧含量大幅度降低，化学稳定度提高，能够满足食用菌可再生栽培基质回收利用的要求。

此外，使用本发明提供的食用菌可再生栽培基质种植的食用菌产品不存在安全问题。与常规的栽培基质种植的食用菌相比，生物成分相同，食品中污染物含量满足GB 2762-2017食品安全国家标准。

需要说明的是，上述质量比条件下，可以促进栽培的食用菌的产量大幅提升，且加速子实体的形成，缩短收获时间。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述生物炭由食用菌的基质废弃物热解形成、或由来源于食用菌可再生基质再次热解后形成的生物炭。

食用菌包括不限于：香菇、草菇、平菇、猴头菇、银耳、秀珍菇、姬松茸、牛肝菌、灵芝、木耳、金针菇、杏鲍菇、鸡腿菇、红菇、白灵菇、松露或松口菇。

在其他实施方式中，上述生物炭也可以来源于农林废弃物，包括农业废弃物和林业废弃物，农业废弃物选自玉米秸秆、芦苇秸秆、稻草和茄秆中的至少一种，林业废弃物选自果林树枝和园林树枝中的至少一种。

在其他实施方式中，上述农林废弃物也可选自棉杆、竹柳、刺槐枝等。需要说明的是，在其他实施方式中，农林废弃物并不限于上述列举的农林废弃物的类型，只要能满足制生物炭均可行。

发明人发现，由来源于食用菌可再生基质再次热解后形成的生物炭可以重复使用，且并不会因为循环使用次数的增加而导致产量、质量、安全性或收获时间上的技术优势消失。

与食用菌的基质废弃物热解形成的生物炭相比，由来源于食用菌可再生基质(或废菌包)再次热解后形成的生物炭，并由此制备的食用菌可再生基质在微孔结构、环境稳定性或对食用菌栽培的影响方面没有显着差异。这意味着本发明提供的食用菌可再生基质可以在食用菌生产中反复稳定使用，实现字面意义上的“循环利用”。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述食用菌可再生栽培基质的含水量为55％-60％。需要说明的是，在实际使用过程中，可以根据拟栽培的食用菌对食用菌可再生栽培基质的含水量进行自适应调整。例如可以是55％、56％或58％。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述食用菌可再生栽培基质的pH为6.5-7。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述食用菌可再生栽培基质还包括pH调节剂，优选地，pH调节剂为石膏和过磷酸钙。

例如添加1％的石膏和1％的过磷酸钙进行pH调节。

本发明还提供了一种食用菌可再生栽培基质的制备方法，其包括：按质量比将棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭混合。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述制备方法包括采用pH调节剂调节可再生栽培基质的pH至6.5-7。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述制备方法还包括生物炭的制备；生物炭的制备包括：

将食用菌的基质废弃物进行无氧热解或部分限氧热解。

上述热解是在500-600℃下连续热解2-3h；

将热解后的生物炭进行研磨形成平均粒径为2-3mm的生物炭。

在本发明应用较佳的实施方式中，上述制备方法还包括将棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭混合后的混合料进行灭菌。

本发明还提供了一种食用菌可再生栽培基质在食用菌栽培中的应用。优选地，在平菇、猴头菇等食用菌栽培中的应用。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的食用菌可再生栽培基质不仅能够使得废弃的食用菌基质通过制备生物炭得到再生，还能使得可再生栽培基质具有比常规的栽培基质更好的食用菌菌丝定植的微观结构。

微观结构表现在：本发明提供的食用菌可再生栽培基质具有较高的表面积、具有较高的微孔体积和较大的BJH孔体积，还具有较小的平均孔径。这种特殊的基质结构不仅有助于栽培基质具有更好的保水和通风能力。而且有利于改善基质中菌丝的生长，提高蘑菇的产量，并加速子实体的形成。进而提高食用菌的产量，缩短食用菌的收获时间，这将为食用菌生产者提供更高的利润率。因此，在提高食用菌的产量和质量的基础上，有助于实现农业废弃物资源的循环利用。

经检测，与常规的栽培基质相比，本发明提供的食用菌可再生栽培基质中含有的挥发物质减少，固定碳含量增加，氧含量大幅度降低，化学稳定度提高，能够满足食用菌可再生栽培基质回收利用的要求。

此外，使用本发明提供的食用菌可再生栽培基质种植的食用菌产品不存在安全问题，具有良好的食用菌栽培应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为不同生物炭添加量(5％、10％和15％)对食用菌栽培基质BET表面积的影响；

图2为菌丝体和子实体生长过程中食用菌栽培基质pH(折线)和水分(柱)的动态变化图；

图3为菌丝在不同食用菌基质中的生长(菌丝占基质总表面积的百分比)；

图4为菌丝生长阶段的老化现象图；

图5为在食用菌可再生基质和常规基质上培养的平菇的核磁共振分析结果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种食用菌可再生栽培基质及其制备方法。本实施例中，食用菌可再生栽培基质包括质量比为8.2:6.8:3.9:1的棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭。生物炭占原料总质量的5％。

制备方法如下：

将食用菌的基质废弃物(本实施例中选自平菇的基质废弃物)放入85℃的烘箱中6小时后，然后将烘干后的样品通过1毫米筛进行研磨。然后将研磨后的样品装入包括石英坩埚的石英管式炉中。管式炉与氮气供应装置相连，以在整个热解过程中创造无氧条件。管式炉启动后，以25℃min^-1的升温速度升温至500℃，继续热解3小时。形成的生物炭样品冷却至室温后取出。将生物炭研磨成2毫米至3毫米的大小。

然后将质量比为8.2:6.8:3.9:1的棉籽壳、锯末、麦麸、生物炭混合制得栽培基质。此外，加入1％石膏和1％过磷酸钙将该基质的pH值调节到6.5。将棉籽壳、麦麸等主要成分与生物炭充分混合，含水量调至60％，基质用18×45cm聚乙烯塑料袋包装，即为食用菌可再生栽培基质。将该基质高压灭菌并冷却至室温后，即可用于食用菌接种栽培。

实施例2

与实施例1相比，区别仅在于，本实施例中食用菌可再生栽培基质包括质量比为5.8:4.8:2.7:1.5的棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭。生物炭占原料总质量的10％。其他的制备步骤相同，材料来源相同。

实施例3

与实施例1相比，区别仅在于，本实施例中食用菌可再生栽培基质包括质量比为5.4:4.5:2.5:2.2的棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭。生物炭占原料总质量的15％。其他的制备步骤相同，材料来源相同。

实验例1

为了考察该可再生基质与传统基质之间的差异，在配备了智能监控系统的出菇房中进行了平菇(Pleurotus ostreatus)的栽培试验。

试验设计如下：

该试验共7个处理，分别为：1.常规基质(CK)，配方为棉籽壳、锯末、麦麸，质量比为8.4:7:4；2.含质量百分比为5％生物炭的可再生基质(T1，由实施例1中的平菇可再生栽培基质的制备方法制得)；3.含质量百分比为10％生物炭的可再生基质(T2，由实施例2中的平可再生栽培基质的制备方法制得)；4.含质量百分比为15％生物炭的可再生基质(T3，由实施例3中的平可再生栽培基质的制备方法制得)；5.含质量百分比为5％生物炭(该生物炭由使用过的实施例1食用菌栽培的可再生基质的废菌包制成)的可再生基质(RT1)；6.含质量百分比为10％生物炭(该生物炭由使用过的实施例2食用菌栽培的废菌包制成)的可再生基质(RT2)；7.含质量百分比为15％生物炭(该生物炭由使用过的实施例3食用菌栽培的废菌包制成)的可再生基质(RT3)。每个菌包装满约1.3kg基质并在105℃下灭菌10小时，该基质高压灭菌并冷却至室温后将平菇菌种(双抗黑平)接种到菌包中，每个处理30个菌包。

T1-T3的生物炭来源相同，RT1-RT3的生物炭来源相同，区别仅在于生物炭的量不同。

本实验例分析了栽培基质材料的理化特性。

使用梅特勒-托利多TGA2热重分析仪测定可再生栽培基质(RMS)和传统基质(CMS)的近似组成。通过使用元素分析测量蘑菇基质的C、H和N含量。样品的比表面积由TristarII 3020自动氮比表面积分析仪测定。样品的比表面积通过BET方程计算。

可再生食用菌基质与常规基质的性能结果参照表1所示，由表1可知：

由于添加了不同量的生物炭，RMS特性与CMS的特性有很大不同。基质成分分析结果显示，与CMS相比，RMS中挥发物质减少，固定碳含量增加，氧含量大幅度降低，化学稳定度提高，能够满足食用菌可再生栽培基质回收利用的要求。

表1食用菌可再生基质与常规基质的性能比较

*按样品失重计算(100wt％-挥发分-灰-水)

**按样品失重计算(100wt％-碳-氮-氢-硫)

可再生食用菌基质的微观结构分析结果参照图1和表2所示。

从图1可以看出，RMS处理的表面积显着高于CMS，而且随着生物炭添加量的增加，各处理的表面积呈指数增长，T3和RT3的表面积分别比CK高2631.07％和2511.06％。

对各处理的孔结构分析表明，RMS处理组的微孔体积、介孔体积和BJH孔体积均显著高于CMS，而平均孔径显著低于CMS(表2)。这都表明RMS比CMS具有更好的食用菌菌丝定植的微观结构。

表2不同基质的孔结构参数

同列不同字母表示差异显著(P<0.05).

实验例2

参照实验例1的七个处理，本实验例继续测定食用菌生长过程中基质材料的水分和pH，用于评价可再生食用菌基质的环境稳定性。

在实验例1中各处理组的菌包接种后每4天测定一次基质的pH值和湿度，直到平菇的原基出现。在第二次收获前再次记录数据。pH值的测定使用pH计，湿度用土壤湿度传感器记录。

适合平菇生长的基质条件是60-65％的水分和6.5-7的pH值。超过这个范围会抑制菌丝体的生长，甚至不能形成子实体。

从图2实验结果可以看出，在整个生育期内，每个RMS处理的pH值稳定在6.5-7之间。然而，CK的pH值逐渐降低到5以下，这已经低于平菇生长的最佳pH值范围，也即CK组的平菇生长受到一定的抑制。而RMS处理的水分始终保持在60-65％之间。然而，CK处理在第一次收获前增加到72.4％，在第二次收获前迅速下降到51.7％。这意味着RMS的基质特有的结构比CMS具有更好的保水和通风能力。

*指示接种20天后，部分处理食用菌出现原基，需水刺激正常出菇。剩下的处理则要等待。因此，20天后各处理的水刺激时间并不统一，不需要收集相应的pH和水分数据。所有数据都是在水刺激之前获得的。

**指示因为各处理的第一次采收时间不一致，第二次采收时间也不同。因此，最后的pH值和水分测量值由每次处理的实际收获时间决定。

实验例3

参照实验例1的七个处理，本实验例测定菌丝生长和食用菌产量。

蘑菇菌丝的生长根据基质的菌丝定植面积进行测量。接种后每4天测量一次数据，直到28天。同时，本实验例采用延时摄影直观地记录平菇从接种到收获的整个生长过程。使用延时相机每半小时拍摄一次食用菌基质的照片，持续28天。原基形成后，取下菌包的盖子，让食用菌子实体发育。总共记录了两个收获周期的食用菌产量。

实验结果表明，T1、T2、RT1和RT2的菌丝体可以在20天内完全定植整个菌包。虽然一开始菌丝体生长速度较快，但CK仍然需要额外的4天(图3)。第一次收获时间也印证了这一点；也就是说，使用RMS培养食用菌可以让食用菌比CMS提前4-6天收获(表3)。

表3不同基质栽培平菇的产量和收获时间

为了更直观地描述RMS或CMS是否对食用菌栽培更有利，采用延时摄影来观察平菇从接种到收获的整个过程。视频直观地展示了RMS在蘑菇栽培中的优势。无论是菌丝定植速度还是子实体形成性能，RMS中的平菇都具有明显的优势。与此同时，延时摄影揭示了一个有趣的现象。CK处理在接种后13天菌丝老化非常明显，而RMS处理则没有出现这种现象(图4)。

在平菇生长试验中，大约5％的蘑菇袋子出现了这种现象。菌丝老化是指菌丝长到蘑菇袋中部或底部时，从基质表面逐渐减弱甚至消失。如表3所示，RMS增加了平菇的总产量并提前了收获时间。除T3和RT3处理外，其他RMS处理的总产量比CK高20-25％，并且首次收获时间提前4-6天。这些结果表明RMS可以改善基质中菌丝的生长，提高蘑菇的产量，并加速子实体的形成，从而增加蘑菇生产者的收入。

T3和RT3处理产量下降的原因在于生物炭施用量过多导致基质碳氮比过高，抑制了食用菌生长。

实验例4

参照实验例1的七个处理，本实验例进行代谢和污染物分析。

收获实验例3生长在不同基质上的食用菌子实体并在液氮中冷冻，然后冷冻干燥过夜。研磨冻干样品。样品用5mL 50％甲醇和5mL氯仿的混合物萃取。将混合液离心，收集下层有机氯仿至玻璃瓶中，高速真空吸干，-80℃保存。在通过Bruker DRX-400 Advance(400MHz)光谱仪进行核磁共振。分析之前，将提取的代谢物溶解在600ml 99.8％的氯仿-d中并转移到6mm NMR管中用于有机代谢物检测。使用原子吸收分光光度计按照制造商的程序测定食用菌中污染物的浓度。

除了产量，产品安全是另一个需要关注的重要问题。如图5所示，每个RMS处理氢谱吸收峰与CK组相似，这意味着所有蘑菇样品的代谢组之间没有变化。表4中的数据还表明，各处理的污染物含量均在国家标准范围内。研究结果表明，RMS生产的食用菌与CMS生产的食用菌具有相同的生物成分，并且没有可能因使用生物炭而产生的有毒有害成分的积累，从而确保了RMS的安全性。

值得注意的是，RT处理和T处理之间在产量、质量、安全性或收获时间方面没有显着差异，表明RMS作为食用菌栽培基质可以以生物炭的形式重复使用，且并不会因为循环使用次数的增加而导致产量、质量、安全性或收获时间上的技术优势消失。

表4 RMS和CMS栽培的平菇中污染物含量分析表。

所有数据均来自新鲜样品.

*指示该限量依据来源于中华人民共和国国家卫生健康委员会公布的《GB 2762-2017食品安全国家标准食品中污染物限量》。

需要说明的是，上述实验例中的表和图中的数据表示为所有重复的平均值±标准差。使用统计软件(SAS 9.2版)通过方差分析对数据进行统计分析。使用最小显着差异(LSD)测试(P<0.05)评估统计显着性。所有图形均使用Origin2019 Pro绘制。

本发明实现了食用菌废弃基质的回收利用，对于整个食用菌产业和环境安全都具有积极的意义。由于食用菌可再生栽培基质的物理结构的优势，可以改善基质中菌丝的生长，提高蘑菇的产量，并加速子实体的形成。使得由食用菌废弃基质生物炭形成的RMS比CMS具有更高的产量(20-25％)和更快的收获时间(4-6天)，这将为食用菌生产者提供更高的利润率。同时，使用RMS种植的食用菌产品也不存在安全问题。更重要的是，回收的RMS与原始RMS在微孔结构、环境稳定性或对食用菌栽培的影响方面没有显着差异。这意味着RMS可以在食用菌生产中反复稳定使用，实现字面意义上的“循环利用”。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种食用菌可再生栽培基质，其特征在于，其包括：质量比依次为5.2-8.2:4.3-6.8:2.4-3.9:1-1.8的棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭；所述生物炭由食用菌的基质废弃物热解形成、或由来源于食用菌可再生基质再次热解后形成的生物炭。

2.根据权利要求1所述的食用菌可再生栽培基质，其特征在于，所述食用菌可再生栽培基质的含水量为55%-60%。

3.根据权利要求1所述的食用菌可再生栽培基质，其特征在于，所述食用菌可再生栽培基质的pH为6.5-7。

4.根据权利要求3所述的食用菌可再生栽培基质，其特征在于，所述食用菌可再生栽培基质还包括pH调节剂。

5.根据权利要求4所述的食用菌可再生栽培基质，其特征在于，所述pH调节剂为石膏和过磷酸钙。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的食用菌可再生栽培基质的制备方法，其特征在于，其包括：按质量比将棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭混合。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括采用pH调节剂调节所述可再生栽培基质的pH至6.5-7。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括生物炭的制备；所述生物炭的制备包括：

将食用菌的基质废弃物进行无氧热解或部分限氧热解。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述热解是在500-600℃下连续热解2-3h。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，将所述热解后的生物炭进行研磨形成平均粒径为2-3mm的生物炭。

11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将棉籽壳、锯末、麦麸和生物炭的混合料进行灭菌。

12.一种如权利要求1-5任一项所述的食用菌可再生栽培基质在食用菌栽培中的应用。

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