試論蕈菌多元化應用前景

劉 遐

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試論蕈菌多元化應用前景

劉 遐

（上海 200434）

論述發揮蕈菌產業現有的資源技術優勢，努力拓展新的應用領域，有望在發展生物質綠色能源、新型生物基材料、生物治理污染，以及其他經濟用途等方面取得諸多突破，形成新的產業經濟增長點。

應用創新；真菌柴油；菌絲復合材料；真菌修復技術；大型真菌色素

我國的食用菌工廠化生產歷經十幾年的高速發展，取得了世人矚目的成就，也產生了許多新的矛盾。面對一些主產品種供大于求，產能過剩的嚴峻問題，如何擺脫同質化競爭困局，找到可以施展拳腳、閃轉騰挪的新天地。如何利用現有資源發揮自身所長，打造產業經濟新的增長點？眼界決定境界，思路引導出路，只要轉換視角，破除原有的思想藩籬和路徑依賴，就能在紛繁復雜的變化中找到機會，實現突破。

科技創新作為企業發展的動力源，它是一對雙發引擎：一個是技術進步。即沿著既有技術產品的改進軌跡向前推進，實施包括產品升級、工藝革新、材料替代、設備改造等各種技術的創新突破。另一個是應用創新。即以現有產品技術為基礎，在挖掘潛在需求、開發新的用途、創立新型消費等方面做文章，實施跨學科、跨產業、跨領域的轉移應用。歷史證明，許多新的產業突破往往是從不同領域的結合部、各種學科的交叉處形成的，而這些結合部和交叉處常常就是科技成果的收獲地，新生產力的成長點。改革開放以來，我國信息產業的高速發展，從根本上來講就是得益于信息技術的應用創新?！盎ヂ摼W＋”為無數傳統產業的轉型升級開啟了重生之門。因此，充分發揮并掌握技術進步與應用創新的“雙驅動”作用力，就能使企業快車在高速競爭的賽道上奔馳。

或許是受傳統行業分工的影響，以往業內人士似乎更注重現有范圍的技術進步，而忽視了搭建面向用戶的應用創新平臺。其實，隨著社會發展和科技進步，蕈菌行業作為大生物產業經濟鏈的一個重要組成部分，也在發生前所未有的變化：蕈菌資源利用除了傳統食藥用領域外，還有更多的經濟用途亟待開發；蕈菌產業技術除了栽培出菇外，還能在生物能源、生物材料、生物制造、生物環保等新興領域大顯身手。

1 在發展綠色能源方面的應用

新能源開發是當今世界經濟發展最熱門的課題之一。其中，生物燃料以其資源的可持續性、環境友好以及類似于石化柴油的動力和燃燒特性備受大眾熱捧。目前國際上的第一代生物燃料，主要是以玉米、大豆、菜籽、油棕等糧油作物為原料，采用物理或熱化學方法制成生物柴油和乙醇。但存在工藝復雜，生產成本高，原料獲取需要占用大量的土地面積和水肥資源等問題。因此人們開始把注意力轉向更加經濟環保的“第二代生物燃料”的開發，即以秸稈等農林廢棄物為原料，轉化制取可供現代生活使用的綠色能源。而在各種制取方案的比較中，取用方便、成本低廉、反應平和的生物轉化技術特別是真菌分解處理技術最受人們期許。

1.1 用于生物乙醇制取

現有利用木質纖維素制取燃料乙醇的工藝難點是原材料的預處理。可以利用蟲擬蠟菌、糙皮側耳、雜色云芝、乳白耙菌等一些選擇性好、降解能力強的白腐菌對秸稈類原料進行發酵處理，脫除原料組織中的木質素包裹，膨化纖維素成分，配合后期工藝提升酶解糖化反應效率，以增加生物乙醇的收得率[1]。日本科學家通過實驗發現，擔子菌中的金針菇既能降解木質纖維素，又能高效率地把葡萄糖、蔗糖、麥芽糖及多種纖維糖轉化為乙醇。理論收得率可以達到88%。從而為今后采用直接轉化法生產燃料乙醇的聯合生物加工方式提供了依據[2]。

1.2 用于生物柴油制取

國內外已篩選出多種產油性狀很好的真菌品種（多數為微真菌），并且陸續發現了能通過直接轉化制成生物燃料的高效菌株。例如美國科學家在南美雨林找到一種粉紅粘帚菌，它會釋放濃度很高的碳氫化合物揮發性氣體，成分和汽車柴油非常近似。用這種真菌處理森林廢棄料所獲得的氣化燃料，動力效果要遠勝現有植物燃料工廠生產的生物乙醇。西班牙研究人員利用卷枝毛霉菌直接轉化發酵底物生產出的生物柴油產品，技術指標已達到美國和歐盟的標準。目前這些科技成果都在積極地實施轉化應用。

1.3 利用菌渣氣化發電

利用食用菌工廠每天排放的大量菌渣廢料進行氣化發電是一個極好的項目。只要將菌渣送入循環流化床，分解轉換成可燃性氣體，再經除塵除焦凈化后送至低熱值燃氣內燃機進行發電，從而將低品位能源轉換成清潔、方便使用的高品位能源。據估算，一個日產30噸菇的食用菌工廠每年排放的菌渣量，可發綠電800萬度，能滿足該菇廠自身三分之二的用電需求，且成本低廉、節能減排的效果非常好。

2 在開發新型材料方面的應用

利用豐富的農林生物質資源，開發環境友好和可循環利用的生物基材，最大限度地替代塑料、鋼材、水泥等材料，是當前國際新材料產業發展的重要方向。

2.1 菌絲復合材料

美國Ecovative公司應用生物成型技術，以稻殼、秸稈等農業廢棄物作為基材，將活體生長的蘑菇菌絲充當天然粘合劑，在預制模具中發菌成型，經高溫固化脫模成為產品。這種菌絲復合材料的特點是輕質、柔軟、堅韌、彈性好而強度高，方便采用各式模具生產不同形狀的產品；更為重要的是，它們比現有的生物基木塑復合材料更加綠色環保，完全不含醛類等化學添加物，使用過后只要將其破碎置于戶外荒地，便會在水分和土壤微生物的作用下完全降解，成為有益的土壤肥料。這一成果不僅得到美國政府和有關方面的高度關注和大力支持，而且很快進入了實際應用階段。著名的戴爾公司、3M公司以及斯蒂爾凱斯辦公家具公司先后選中其作為自己產品的包裝材料，以替代原有的聚苯乙烯塑料。此后Ecovative公司通過調整基材配方改變其質地和功能特性，使菌絲材料拓展了更廣闊的應用領域。他們先后試驗開發出婚紗面料、健身器具、家具板材、內飾墻磚、人造骨骼、汽車構件等一系列產品[3]。2014年美國國家航空航天局（NASA）試飛的首架生物無人機，其機身制作也采用了菌絲復合材料。不僅具有很好的隱身性能，而且一旦發生意外墜毀，還會按預設信號自動降解，使旁人無法窺探其機密。在建筑領域，用普通玉米秸稈和蘑菇菌絲體組合而成的生物磚也有極好的應用價值。2005年，“卡特里娜”颶風襲擊美國東海岸，路易斯安那州新奧爾良的標志性建筑“超級穹頂”體育館和紀念醫療中心都受損嚴重，而這種用生物磚搭建的臨時救災用房，卻經受住了嚴峻考驗。建筑界的設計人員還結合計算機創意，開發出了采用外框模具一體化發菌成型的自長式“蘑菇”小屋，具備隔音、隔熱、防火、防震、防紫外線，以及抵御白蟻危害等功能，完全顛覆了傳統的建筑理念。

2.2 殼聚糖纖維原料

各種生物基纖維及原料是國內外重點投入發展的產品。其中一種高性能殼聚糖纖維，可加工成紗線、面料或無紡織品，在航天、軍事、醫衛、環保、日化、服裝等領域有著廣泛用途。而蕈菌細胞壁的主要成分為幾丁質（甲殼素），正是提取殼聚糖的基礎原料；與現有利用蝦蟹殼等海洋生物原料制取殼聚糖的方法相比，采用菌體發酵提取技術更是具有原料來源穩定、分離工藝簡便、產品性能優良、綜合利用率高等優點，產業化前景十分光明[4]。

3 在開展環保治污方面的應用

一段時期以來，人們不斷研究利用蕈菌解決重大環境污染問題的方法，發揮菌菇在完成生境修復和生態復育方面的重要作用。蕈菌技術在參與許多重大環保工程項目中大放異彩，從而為我們開辟了新的產業之路。

3.1 充當生物指示劑

環境監測是環保工程的重要基礎性工作。在現今使用的諸多監測手段中，生物檢測有著經濟、簡便、真實、靈敏等其他手段不可比擬的優勢。例如許多地衣類真菌對環境大氣中的污染有著非常特殊的敏感性，人們將它們加工成生物指示劑，監測大氣中硫、氟、氯等有害成分及重金屬離子濃度，其精準度可以媲美多種貴重儀器，且所花費用極低?？茖W人員還將一些會發光的菌類如密環菌、橘色小菇等接種在平皿上，作為生物傳感器，用于重金屬和二氯苯酚、五氯苯酚等毒性物質的檢測，根據菌絲的發光明暗，判明環境的污染程度。

3.2 治理石油污染

一些蕈菌的消化酶能高效拆解碳氫化合物大分子，可以利用其清除環境中的石油污染，促進自然生態系統恢復。美國科學家曾在一個土壤碳氫化合物濃度高達20 000 mg/L的石油污染場地進行平菇栽培實驗。4周以后無數菇蕾破土而出，茂盛生長的菇菌招來了覓食的昆蟲、鳥類；9周后，實驗地塊已被蓬勃生長的綠色植物所覆蓋，土壤中的碳氫化合物濃度下降至不到200 mg/L，凈化率竟然達到了98%以上?？茖W家們還開發出一種可以漂浮在海面上的水體凈化袋，上面搭載了長滿平菇菌絲的麻布，用來解決水體中石油泄漏問題[5]。真菌除油技術已經發展到了產業化應用階段，2007年香港大型集裝箱船“中遠釜山”號在美國舊金山灣發生碰撞事故，導致19萬升油料泄漏，污染了80多公里長的海岸線。當地的環保組織和商業公司聯手采用包括真菌除油技術在內的多種方法，成功地清除了大部分溢油。

3.3 移除土壤毒物

土壤中的重化污染，是環境整治中的一大難點。在目前所采用的各種物理、化學、生物治理方法中，真菌修復技術可以說是最為經濟、簡便而又效果明顯的一種方法。利用大型真菌能富集吸附土壤中的重金屬和化學污染物的特點，可以在土壤污染區安排栽培一些富集力強的品種，將污染物從基質中移除并加以有效回收。與綠色植物的富集作用相比較，蕈菌子實體不僅吸附能力強，而且栽培簡單，生長期短、可以連茬收獲取得較高的年生物量。獲取的貯毒子實體，方便集中處理和有效回收。試驗證明，從大型真菌子實體中提煉重金屬要比從其他生物回收更容易，處理成本低70%～80%[5]。這種方法既能治理污染區域，修復環境生態，又能夠回收資源，實現循環利用，可謂一舉數得。蕈菌處理技術還能消減放射性污染，日本福島核泄漏事件發生后，科學家們就提出了一個應用蕈菌治理環境核污染的計劃建議。

3.4 凈化污染水體

對于各種污染水體，可以用長滿菌絲的基質材料制成各種過濾器進行攔截處理；或者利用發酵技術培養大量菌體或代謝物，投入水體對污染物進行富集吸附和絮凝固定。菌絲過濾回收資源的方法更為簡便，芬蘭VTT技術研究中心的研究人員將廢棄手機磨成粉末，加入溶液通過菌絲進行過濾，能夠回收80%的黃金。相比以往用王水和濃硫酸等有毒化學品來提取，此方法顯得既安全又經濟。

4 在其他方面的應用

4.1 發展產膠資源

橡膠是四大工業原料之一，是國家重要的戰略物資。但是天然橡膠林產區狹窄，產量有限，尋求新的產膠資源成為人們關注解決的一個現實問題。而乳菇屬菌類的許多品種都含有煉制橡膠的聚異戊二烯成分，有的含量比例甚至超過橡膠樹。因此，利用乳菇屬真菌開辟新的橡膠資源有著非常好的發展前景。但乳菇屬大多是菌根菌，野生子實體數量有限，人工栽培尚有困難。專家們認為，如果能夠發揮我們現有的產業技術優勢，組織力量另辟蹊徑，很有可能找到破解之法：例如可以擴大搜尋范圍，選育高效產膠菌株；利用液體深層培養的工業發酵方法來獲得大量菌絲體，進行提取制膠；也可以采用基因重組技術，將乳菇中的產膠基因移植到其他擴增速度快、生產效率高的菌類體內，使利用真菌生產橡膠物質的科技成果從可能變為現實[6]。

4.2 提取真菌色素

大型真菌色素的開發利用也是國際新熱點。隨著社會發展，目前一些合成色素已相繼被許多國家從許可使用范圍內撤除，亟需發展更多的天然色素來滿足需求。天然色素除了可以從動植物中提取外，大型真菌類也是其寶貴的獲取來源。大型真菌色素安全可靠，色澤自然，經過一定的技術修飾和穩定處理后，完全可用作與人體健康直接相關的食品、藥品、化妝品的著色添加物。而今許多國家已批準將其列入食、藥業的許可使用范圍。更為可貴的是，許多大型真菌色素具有強烈的生理活性，開發前景很好。1977年德國科學家從一種嗜球果傘菌的發酵液中提取到兩種色素化合物——嗜球果傘素A和B，并發現這類物質具有很強的廣譜殺菌能力。這一成果立即引起了國際化學藥業巨頭的高度關注，英國捷利康公司和德國巴斯夫公司利用仿生合成技術，在很短時間內分別開發出了新一代農用殺菌劑產品：嘧菌酯和醚菌酯。這兩種產品問世后，以其高效、廣譜、能安全降解、無交互抗性、作用機制獨特等優點受到廣泛熱捧。捷利康的嘧菌酯產品推出僅3年，年銷售額就達到5億美元[7]。以后幾乎所有國際上的農藥大公司都加入了這類化合物的研發行列，迄今申請的專利有600余個，合成類似物超過3萬個。一項看似普通的科學發現竟然推動了一個產業的發展變革。近年來，中國科學院昆明植物研究所的科研人員也在這方面取得了一系列重要成果，他們分別從炭球菌、牛肝菌、干巴菌等高等真菌中提取出了多種色素活性物質，可以在對抗艾滋病等重要疾病中發揮重要作用。如果這些科技成果能夠成功實現產業化，或許會在生物醫藥領域產生重大影響[8]。

此外，白腐菌在造紙行業的原料處理、生物制漿、漂白脫色等工藝改進方面有著很好的應用前景；使用菌根菌劑對于綠化植樹特別是逆境造林做出了重要貢獻；蟲生真菌在農業生物防治等方面也顯示出巨大潛力。限于篇幅，此間不再一一詳述。

生物技術向各個領域滲透是現今發展的大趨勢，未來的蕈菌產業邊界將大大地拓寬，人類對蕈菌的利用有望擴展到許多全新的領域，蘑菇不僅只是大眾餐桌上的食用美味，而且會與人們的衣、住、行等日常生活發生各種交集，并且可以在工業生產、社會服務，以及解決資源枯竭、能源危機、環境污染等一系列重大問題方面發揮巨大作用。科技之鑰已經為我們打開了圍城之困，一個巨大的商業藍海正在迎接開拓者的到來。我國有著豐富的物種資源，又有著很好的產業基礎：如果能有政策引導，促進有專業優勢的科研院校和有轉化實力的公司企業合作聯手，完全可以在蕈菌資源和蕈菌技術的應用創新方面取得更多的突破性成果，在更高層面和更廣范圍內推動產業的新發展。

參考文獻：

[1] 宋麗麗. 白腐菌高效改性木質素促進秸稈酶解反應機制研究[D]. 武漢: 華中科技大學. 2013.

[2] Ryoji Mizuno, Hitomi Ichinose,et al. Properties of Ethanol Fermentation by Flammulina velutipes [J]. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 73 (10), 2240–2245, 2009.

[3] We Grow Materials [OL]. http://www.ecovativedesign.com/.

[4] 彭益強, 徐錦海, 高超, 等. 從幾種真菌中提取幾丁質和殼聚糖的研究[J]. 福建化工, 2000(4).

[5] Paul Stamets. Mycelium Running: How Mushrooms Can Help Save the World [M]. (2005, ISBN 1-58008-579-21.

[6] 安鑫龍, 周啟星. 大型真菌對重金屬的生物富集作用及生態修復[J]. 應用生態學報, 2007, 18.

[7] 柯麗霞. 紅汁乳菇和多汁乳菇的化學成分及其開發利用前景[J]. 安徽師范大學學報(自然科學版), 2000, 23(4).

[8] 昝立峰, 圖力古爾. 大型真菌色素的研究現狀和應用前景[J]. 菌物研究, 2005, 3(4).

[9] 張雯雯. 昆明植物所高等真菌色素研究取得系列成果[N]. 科學時報2010-9-7.

劉遐，高級經濟師，國家一級職業經理人，從事多年食用菌工廠化生產實踐研究，E-mail：liuxia726@163.com

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