25期

Size: px

Start display at page:

Download "25期"

盐钦蔡
7 years ago
Views:

1 中国农学通报 2014,30(25): Chinese Agricultural Science Bulletin 双孢蘑菇培养料发酵微生物变化对其理化性质的影响研究侯晓伟 1 1,2, 王晓巍, 陈年来 1, 任爱民 2 2, 刘明军 ( 1 甘肃农业大学资源与环境学院, 兰州 ; 2 甘肃省农业科学院蔬菜所, 兰州 ) 摘要 : 为研究双孢蘑菇培养料一次发酵过程中的微生物变化对其理化性质的影响, 以西北冷凉区大麦秸秆为主要原料, 在双孢菇培养料发酵过程中, 研究微生物数量纯蛋白氮总糖木质素纤维素半纤维素微量元素温度 ph 等指标的变化研究发现随着培养料发酵的进行, 细菌放线菌和真菌 3 类微生物的数量均表现为先上升后下降的趋势 ; 纯蛋白氮木质素呈上升趋势 ; 总糖纤维素半纤维素表现为逐渐下降的趋势 ; 发酵期间培养料中的温度 ph 呈周期性变化, 分别随翻堆递增递减 ; 微量元素锌铜锰铁的含量随着培养料的发酵而上升本研究探明了双孢蘑菇培养料一次发酵过程中微生物和部分理化指标的变化规律, 为双孢蘑菇培养料优化发酵提供理论依据关键词 : 双孢蘑菇 ; 培养料 ; 发酵 ; 微生物 ; 理化性质中图分类号 :S-3 文献标志码 :A 论文编号 : Study of the Influence of Microorganisms in the Process of Agaricus bisporus Compost Fermentation on Its Physical and Chemical Properties Hou Xiaowei 1, Wang Xiaowei 1,2, Chen Nianlai 1, Ren Aimin 2, Liu Mingjun 2 ( 1 College of Resources and Environmental Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou ; 2 Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou ) Abstract: The study aims at the influence of microorganisms in the process of Agaricus bisporus compost primary fermentation on its physical and chemical properties. Research was carried out on the variation of microbial population, pure protein, total sugar, lignin, cellulose, hemicellulose, microelement, temperature and ph indicators in the process of Agaricus bisporus compose fermentation. With the fermentation conducted, the amount of three categories of microorganisms, including bacteria, actinomycete and fungus, all showed that an increasing trend at first increased and then a downward trend. Pure protein was on the raise; total sugar, cellulose and hemicellulose were on downward trend, the temperature and ph of compost showed cyclical variations during the fermentation period, increased and decreased with turning heaps. The variation of zinc content of microelement did not increase significantly, iron, copper and manganese content rose as fermentation of compost. The variation characteristics of the microorganisms and partials physicochemical indices in the Agaricus bisporus compost were obtained, which provided theoretical basis for studying the highefficient fermentation of Agaricus bisporus compost. Key words: Agaricus bisporus; compost; fermentation; microorganism; physical and chemical properties 基金项目 : 农业部公益性行业专项西北非耕地园艺作物生态高效生产技术研究与示范 ( ) 第一作者简介 : 侯晓伟, 男,1988 年出生, 在读硕士, 研究方向 : 生态学通信地址 : 甘肃省兰州市营门村 1 号甘肃农业大学, hou @qq.com 通讯作者 : 王晓巍, 男,1968 年出生, 研究员, 研究方向 : 生态农业设施作物栽培通信地址 : 甘肃省农业科学院, wangxw1968@sina. com 收稿日期 : , 修回日期 :

木质素纤维素半纤维素微量元素温度 ph 等指标的变化研究发现随着培养料发酵的进行, 细菌放线菌和真菌 3 类微生物的数量均表现为先上升后下降的趋势 ; 纯蛋白氮木质素呈上升趋势 ; 总糖纤维素半纤维素表现为逐渐下降的趋势

2 112 中国农学通报 0 引言双孢蘑菇 (Agaricus bisporus) 是一种栽培规模巨大的全球性食用菌 [1], 其培养料发酵质量的好坏是影响双孢蘑菇产量高低的主要因素 [2] 而培养料的发酵是在微生物的作用下将培养原料中各种化学物质分解转化的过程 [3-4], 因此对发酵过程中微生物及其理化性质 [5] 变化研究对提高发酵效率和蘑菇产量尤为重要目前, 国内对于培养料的研究大多侧重于发酵技术 [6] 配 [7] 方设计等方面, 而对其发酵过程中的微生物及其对 [8] 各种物质的转化规律研究很少, 培养料质量也是主要通过物理感官 ( 气味颜色等 ) 经验确定 [9], 发酵效率较低笔者以西北冷凉区的主要作物大麦的秸秆为原料, 以培养料发酵过程中的微生物数量为试验因素, 研究其对培养料理化性质的影响, 期望解决传统发酵以感官经验判断料堆质量好坏的问题, 为大麦秸秆的循环利用和了解发酵过程中微生物对培养料中物质转化的作用提供理论参考 1 材料与方法 1.1 试验地概况研究在甘肃省永昌县甘肃省农科院蔬菜所试验站开展试验永昌试验站地处河西走廊东部, 位于东经北纬 , 海拔 1978 m, 年日照 h, 年平均气温 4.8, 年降水量 mm, 属中温带大陆性干旱气候 1.2 双孢菇培养料配方按表 1 的配方将大麦秸秆 - 牛粪 - 其他原料层层叠加的方法堆制为长 10 m 宽 1.4 m 高 1.2 m 的料堆, 其技术流程 : 草料预湿建堆 ( 加入配料 ) 一次翻堆二次翻堆最后翻堆上料铺床, 共要翻 6 次堆 ; 发酵程式 ( 天数 ) 分别是天, 总计 28 天培养料配方为每 100 m 2 培养料中大麦秸秆 1500 kg, 牛粪 1500 kg, 过磷酸钙 60 kg, 石膏粉 60 kg, 石灰 40 kg, 样品编号 A0 A7 表 1 样品编号及相关情况取样时期培养料干样培养料浴湿第 1 次翻堆第 2 次翻堆第 3 次翻堆第 4 次翻堆第 5 次翻堆培养料进棚注 : 料温为三剖面温度平均值料堆温度 / 环境温度 / 尿素 20 kg, 油渣 120 kg 1.3 培养基牛肉膏蛋白胨培养基用于细菌的培养 ; 马丁培养基用于霉菌的培养 ; 高氏一号培养基用于放线菌的培养 1.4 样品的采集于培养料干样培养料预湿后第 1 次翻堆第 5 次翻堆和进棚前取样, 将料堆四等分, 分别从 3 个剖面中间顶端至底部均匀取样, 混匀后, 用于理化指标分析的样品, 需鲜样测定的如 ph 等在现场测定, 用于微生物区系分析的鲜样放置于密封袋中低温运回实验室, 其余取样后进行样品风干处理保存, 并标号待测样品编号取样时期料堆温度和环境温度见表 1( 取样测温都在早上 8:30 进行 ) 1.5 试验方法细菌真菌和放线菌总数的测定参照 GB/T 饲料中细菌 / 霉菌的检验方法进行测定 [10] 培养料物理感官评定每次取样时, 记录培养料的气味和颜色其中, 气味为氨味酸味霉味和发酵香味 4 种, 强度分为强中弱微弱 ; 颜色有棕黄黑色棕褐和白色 4 种化学指标的测定含水量的测定参照 GB/T 饲料中水分和其他挥发性物质含量的测 [11] [12] 定进行测定 ph 的测定参照王旭明等的方法测定, 准确称取样品 g, 加入 100 ml 重蒸水中, 充分混匀后静置 15 min, 过滤后测滤液的 ph 纯蛋白氮含量的测定参照 NY , 采用凯式法进行测定木质素含量的测定采用计算法进行测定 [13] 可溶性总糖含量的测定参照农畜水产品质化学分析, 采用蒽酮比色法进行测定锌锰铜铁的测定参照 GB/T , 采用原子吸收光谱法进行测定 1.6 数据分析每组测定做 3 个平行, 结果以平均值 ± 标准差表示采用 SPSS 统计软件 (SPSS 13.0) 对测定数据进行方差分析 (ANOVA) 与多重比较分析, 组间比较采用 t 检验, 并用 Excel 软件对数据进行制图 2 结果与分析 2.1 培养料发酵过程中可培养微生物数量的变化结果如图 1 所示在双孢蘑菇培养料发酵过程中, 细菌的数量最多, 达到 10 8 以上 ; 其次是放线菌, 达到 10 4 ~10 6 以上 ; 真菌数量最少, 处于 10 5 以下原始料 (A0) 经预湿混匀后 (), 微生物的数量迅速增多, 细菌总数为 cfu/g, 放线菌总数为 cfu/g, 真

程 [3-4], 因此对发酵过程中微生物及其理化性质 [5] 变化研究对提高发酵效率和蘑菇产量尤为重要目前, 国内对于培养料的研究大多侧重于发酵技术 [6] 配 [7] 方设计等方面, 而对其发酵过程中的微生物及其对 [8] 各种物质的转

3 侯晓伟等 : 双孢蘑菇培养料发酵微生物变化对其理化性质的影响研究 113 菌落总数细菌真菌放线菌图 1 发酵期间培养基中微生物数量变化菌总数为 cfu/g 发酵开始后, 随培养料温度上升, 微生物数量开始下降, 其中细菌数量下降的幅度最小, 在第 4 次翻堆 () 时为 cfu/g; 放线菌总数在第 3 次翻堆 () 时下降最多, 为 cfu/g, 随后在第 4 次翻堆 () 时上升到 cfu/g; 真菌总数持续下降, 在进棚 (A7) 时下降到 10 cfu/g 2.2 培养料的物理感官变化如表 2 所示, 双孢蘑菇的培养料在发酵期间随培养料温度升高, 氨味先增强后减弱, 培养基物质本身在高温下的化学反应导致酸味的变化也呈现先强后弱的趋势, 当第 5 次翻堆 () 时, 氨味和酸味很微弱并产生了发酵香味, 同时放线菌的生长使得培养料的土腥味增加, 料堆进棚时 (A7) 培养基中基本无酸味和氨味表 2 发酵期间培养基的物理感官特征变化样品 A7 气味微弱酸味酸氨味强酸氨味强酸味中氨味强酸味弱氨味中土腥味中无酸味氨味弱霉味弱发酵香味中土腥味强无酸微氨霉味弱发酵香味强土腥味强颜色大部分棕黄色, 少数棕黑色大部分棕黄色, 少数棕黑色夹白色, 极少黑色大部分棕黄色, 少数棕黑色夹白色, 极少黑色大部分棕黑色夹杂部分白色, 少部分黑色和黄色大部分棕黑色夹杂部分白色, 少部分黑色和黄色大部分为棕黑和白色, 少数为黑色大部分棕黑色和白色培养基的颜色由棕黄逐渐地变为棕黑色, 并且随着放线菌的生长使得培养料中白色的面积增加, 发酵结束时培养基中白色占总面积的 50% 2.3 培养料的化学成分变化培养料发酵过程中的温度和 ph 变化由图 2 可见, 发酵开始后由于微生物发酵产热, 温度上升, 到每次翻堆时温度达到最高的 70 左右, 翻堆后温度骤降, 于下次翻堆时再次到达 70 ; 酸度的变化与之相反, 发酵开始后经微生物发酵产酸逐渐下降, 每次翻堆后由于添加石灰粉等碱性物质而上升培养料发酵过程中的纤维素半纤维素和木质素变化如图 3 所示, 培养料一次发酵过程中纤维素的含量在第 2 次翻堆 () 前下降速度缓慢, 达到 21.3 g/kg, 第 2 次翻堆 () 到第 4 次翻堆 () 迅速下降, 达到温度温度酸度含量纤维素半纤维素木质素时间图 2 发酵期间培养基温度和 ph 变化图 3 发酵期间培养料纤维素半纤维素木质素含量变化

84 10 3 cfu/g, 随后在第 4 次翻堆 () 时上升到 5.23 10 7 cfu/g; 真菌总数持续下降, 在进棚 (A7) 时下降到 10 cfu/g 2.

4 114 中国农学通报 g/kg, 第 4 次翻堆 () 后下降速度变缓, 到第 5 次翻堆后达到 12.8 g/kg, 纤维素的降解率为 44% 半纤维素的含量从发酵开始持续下降, 在第 2 次翻堆 () 前下降幅度较缓, 达到 12.7 g/kg, 从第 2 次翻堆 () 后下降速度变快, 到第 5 次翻堆 () 时, 达到 4.8 g/kg, 半纤维素的降解率为 62.2% 木质素的含量总体呈上升趋势, 在第 3 次翻堆 () 前持续上升达到 g/kg, 在第 4 次翻堆 () 时略有下降, 但于第 5 次翻堆 () 时上升至 g/kg 培养料发酵过程中的总糖和纯蛋白氮变化如图 4 所示, 双孢蘑菇培养料一次发酵过程中总糖含量总体呈下降趋势, 在第 1 次翻堆 () 前达到 8.56 g/kg, 随后在第 2 次翻堆时增加达到 g/kg, 之后持续下降, 在第 5 次翻堆 () 时为 6.69 g/kg 发酵过程中培养基纯蛋白氮的含量在第 3 次翻堆 () 时上升较快, 达到 15.3 g/kg, 其后有所下降, 在第 4 次翻堆 () 时下降为 g/kg, 在第 5 次翻堆 () 前纯蛋白氮的含量增加达到 g/kg 培养料发酵过程中的微量元素变化培养料发酵过程中微量元素锌的含量在第 4 次翻堆 () 时上升较高, 达到 mg/kg, 其后略有下降, 但于进棚 (A7) 前达到 mg/kg, 比原始料堆中锌含量提高了含量总糖纯蛋白氮图 4 发酵期间培养料可溶性总糖纯蛋白氮含量变化 9.11% 锰的含量在发酵开始到第 3 次翻堆 () 上升但不显著, 达到 mg/kg, 其后开始显著上升, 在进棚 (A7) 时达到 mg/kg, 比原始料堆上升了 18.4% 铜的含量随着发酵进行一直呈上升趋势, 在进棚 (A7) 时达到 mg/kg, 比原始料堆中铜的含量提高了 19.2% 铁的含量在发酵开始到第 3 次翻堆 () 上升但不显著, 达到 7.65 mg/kg, 其后开始显著上升, 在进棚 (A7) 时达到 8.27 mg/kg, 比原始料堆上升了 25.88% 表 3 发酵期间培养料中微量元素变化 mg/kg 项目锌 73.59±1.82c 65.38±1.52d 71.30±1.51b 75.75±1.59bc 74.31±2.89b 80.30±2.03a 锰 ±2.02c 241.7±3.94d 242.4±2.13c ±1.39a ±9.70b ±2.9a 铜 34.93±1.41b 35.69±0.31b 38.26±2.06a 40.40±1.23a 41.11±0.73a 41.64±2.01a 铁 6.57±0.75bc 6.79±0.99c 7.65±0.94bc 8.15±0.32a 7.77±0.78ab 8.27±0.53a 3 结论与讨论 3.1 双孢蘑菇培养料中的微生物对其物理性质的影响双孢蘑菇培养料一次发酵技术, 是根据 Sinden- [1] [13] Hauser 短期堆置原理发展而成, 通过采用物理调控, 为自然存在的有益微生物创造一个良好的生态环境, 满足其生长繁殖 [14], 经过生化作用积蓄了蘑菇生产所需的营养物质笔者测定发现, 发酵开始阶段中温性的微生物较多, 利用原料中较为简单的有机质, 数量上升, 同时产生热量, 料温迅速上升, 使得细菌放线菌和霉菌的数量都有所降低, 而产生的有机酸使得培养料的 ph 随之下降并且有酸味, 微生物的分解作用将氮元素以氨的形式释放, 使培养料产生刺鼻的氨味发酵进行到第 4 次翻堆 () 后, 培养料温度持续在 70 左右, 使大量中温性微生物死亡, 嗜热微生物大量繁殖, 氮以硝态氮的形式转化利用, 培养料氨味减少, 而持续的高温也使料堆的酸味减弱, 培养料中的碳水化合物在高温下发生焦糖化反应使得培养基的颜色由黄色变为棕黑色, 随着嗜热放线菌大量繁殖, 产生的土腥味素使料堆的土腥味变强, 并使培养基中呈白色的面积增加 3.2 双孢蘑菇培养料中的微生物对其化学性质的影响笔者使用的原料是西北冷凉区的特色作物大麦的秸秆, 随着培养料发酵过程的进行, 对纤维素和半纤维素都有明显的降解作用, 降解率分别为 44% 和 62.2% 纤维素和半纤维素降解的最快时期是第 2 次翻堆开始后, 这是因为该时期高温菌迅速增殖, 与李晓 [15] 博等的研究相符培养料中的木质素以木质素 - 腐 [16] 殖质复体的形式存在, 这种复合物在一般情况下不

63 g/kg, 在第 4 次翻堆 () 时略有下降, 但于第 5 次翻堆 () 时上升至 14.73 g/kg 2.3.3 培养料发酵过程中的总糖和纯蛋白氮变化如图 4 所示, 双孢蘑菇培养料一次发酵过程中总糖含量总体呈下降趋势, 在第 1 次翻堆 () 前达到 8.

5 侯晓伟等 : 双孢蘑菇培养料发酵微生物变化对其理化性质的影响研究 115 易被大多数微生物利用, 但蘑菇菌丝释放的孢外木质素酶却能将其降解为分类化合物被菌丝吸收, 而单位面积内培养料其他成分的降低使木质素的含量呈上升趋势纤维素半纤维素和木质素含量变化说明其与微生物的活动有密切的关系本研究显示, 培养料总糖随发酵进行呈先慢后快的下降趋势, 这是因为发酵初期, 培养料中易被降解的碳水化合物如寡糖果胶等的存在使一些竞争性杂菌如细菌和霉菌滋生, 微生物数量升高, 随着发酵的进行, 嗜热微生物的大量繁殖进一步消耗了这些易于降解的碳源, 杂菌大量死亡, 稳定了双孢蘑菇菌丝吸收碳源的优势地位所以培养料总糖含量在第 2 次翻堆 () 后随着嗜热微生物的增殖快速下降, 而纯蛋白氮则随发酵持续上升, 这是由于发酵开始时培养料中的氮源大部分已氨化物的形式存在, 其中一部分以氨气 [17] 的形式逸出损失, 而大部分的氨化合物被嗜热放线菌固定, 转化为蛋白氮 [18], 最终以木质素 - 腐殖质复体的形式存在, 故而蛋白氮含量随发酵持续升高对双孢蘑菇培养料中稀有元素的含量一直很少有人研究, 笔者测定发现料堆经过发酵成熟, 其稀有元素锌锰铜铁的含量较原始料分别提升了 9.11% 18.4% 19.2% 25.88%, 说明微生物的活动对培养料中稀有元素有较大影响, 其对双孢蘑菇产量的影响有待进一步观察参考文献 [1] 杨新美. 中国食用菌栽培学 [M]. 北京 : 农业出版社,1988:247. [2] 赵竹青, 贺长映, 都秀俐. 不同碳氮比对白玉菇生长影响试验 [J]. 中国果菜,2013(9):7-9. [3] Ross R C, Harris P J. An investigation into the selectivenature of mushroom compost[j]. Scientia Horticulturae,1983,17:223. [4] 何丽鸿. 双孢蘑菇培养料二次发酵过程中的细菌群落结构研究 [D]. 南京 : 南京农业大学,2005. [5] 王鸿磊, 王红艳, 宋俊芬, 等. 双孢菇培养料工厂化发酵过程中微生物及物质变化研究 [J]. 安徽农业科学,2011,39(1): [6] 华尔山. 双孢菇培养料二次发酵新技术 [J]. 中国食用菌,2005,24(1): [7] 任鹏飞, 刘岩, 任海霞, 等. 秸秆栽培食用菌基质研究进展 [J]. 中国食用菌,2010,29(6): [8] Strom P F. Effect of temperature on bacterial species diversity inthermophilic solid-waste composting[j]. Appl Environ Microbiol, 1985,50(4): [9] 刘灿, 生吉萍, 邹积华, 等. 双孢菇培养基堆制产热过程中微生物变化对其理化性质的影响 [J]. 食品科学,2010,31(13). [10] 李丽蓓, 饶正华, 杨曙明, 等.GB/T 饲料中霉菌总数的测定 [S]. 北京 : 中国际准出版社,2006. [11] 农业部饲料质量监督检验测试中心.GB/T 饲料中水分相其他挥发性物质含量的测定 [S]. 北京 : 中国标准出坂社,2006. [12] 王旭明, 倪永珍, 李维炯, 等. 有效微生物群 (EM) 对饲料 ph 值及营养价值的影响 [J]. 浙江大学学报 : 农业与生命科学版,2002,28(4): [13] 李德堂, 杨舒惠. 玉米秸秆一次性发酵培养料栽培双孢蘑菇技术 [J]. 云南科技管理,2013,26(5). [14] 曹海. 双孢菇高产优质高效栽培技术 [J]. 现代农业科技,2013(17): [15] 李晓博, 李晓, 李玉, 等. 双孢蘑菇生产中木质素纤维素和半纤维素的降解及利用研究 [J]. 食用菌,2009,31(2):6-8,10. [16] Chang S T, Quimio T H. Tropical mushrooms: biological natureand cultivation methods[m]. Hongkong: The Chinese University of Hongkong Press,1982:5-8. [17] 方华舟, 安冬梅, 王培清, 等. 牛粪自然好氧发酵微生物变化规律 [J]. 环境工程学报,2013,7(1): [18] 邓辉, 王成, 吕豪豪, 等. 堆肥过程放线菌演替及其木质纤维素降解研究进展 [J]. 应用与环境生物学报,2013,19(4):

细菌和霉菌滋生, 微生物数量升高, 随着发酵的进行, 嗜热微生物的大量繁殖进一步消耗了这些易于降解的碳源, 杂菌大量死亡, 稳定了双孢蘑菇菌丝吸收碳源的优势地位所以培养料总糖含量在第 2 次翻堆 () 后随着嗜热微生物的增殖

说明为了反映教运行的基本状态, 为校和院制定相关政策和进行教建设与改革提供据依据, 校从程资源 ( 开类别开量规模 ) 教师结构程考核等维度, 对 2015 年春季期教运行基

说明为了反映教运行的基本状态, 为校和院制定相关政策和进行教建设与改革提供据依据, 校从程资源 ( 开类别开量规模 ) 教师结构程考核等维度, 对 2015 年春季期教运行基内部资料东北师范大教运行基本状态据报告 2015 年春季期教务处 2015 年 10 月 27 日说明为了反映教运行的基本状态, 为校和院制定相关政策和进行教建设与改革提供据依据, 校从程资源 ( 开类别开量规模 ) 教师结构程考核等维度,