中國食用菌工廠化栽培待克服的技術難點*

木村榮一

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中國食用菌工廠化栽培待克服的技術難點*

木村榮一

（日本Kinokkusu株式會社）

以日本專家的視角看中國食用菌工廠化栽培中普遍存在的待克服的幾個技術難點，包括培養基發酵、滅菌不均勻、倒吸污染等。對其造成的原因、涉及的原理和相應的對策作出詳細的分析說明，并介紹從雜菌感染位置判斷感染路徑的方法，分析出菇不良的原因及避免出菇期病害侵入的管理方法。

中國；食用菌；工廠化栽培；技術難點；發酵；滅菌；倒吸污染

與工業系統的工廠不同，并非建了工廠就能出菇，食用菌工廠化栽培利用設施空調系統，保持高產量且出菇同步，生產穩定是工廠持續經營的基礎，而健全的菌床則是出菇穩定的基礎。培養健全菌床須做到培養基均一，滅菌徹底，菌種性能穩定和健全培養。

一般農作物的工廠化栽培中，相同農作物在同一環境下反復栽培，就會產生連作障礙，從而導致必須使用農藥；而食用菌栽培，由于造成連作障礙的有害菌與食用菌同屬菌類，因此可通過控制栽培環境予以解決，不需要使用農藥。

中國食用菌工廠化栽培存在的問題有：（1）培養基發酵。隨著栽培規模的大型化，出現前一天剩余培養基第二天再次使用和大工廠每日滅菌2鍋的情況，造成裝瓶（袋）后、滅菌前培養基發酵問題。即使高溫滅菌將有害菌殺死，但其代謝產物仍會殘留。（2）滅菌不均勻。中國主要采用抽真空高壓方式滅菌。這種方式對于縮短滅菌時間非常有效，但操作不當，會因鍋內局部殘留氣體，而造成滅菌不均勻。（3）倒吸冷氣造成污染。隨著栽培規模的大型化，需要進行較大面積放冷，放冷工序中的滅菌后培養基感染雜菌情況日漸嚴重。個人認為在中國冷氣倒吸是培養基感染雜菌的最大問題。栽培設施的累積污染與無菌化設備的管理不徹底直接相關。

中國食用菌行業面臨的課題：菌種性能。食用菌菌種與植物的種子等不同，基因特性不穩定。目前以組織分離獲得的菌種使用較多，這類菌種基因特性尤其不穩定。而中國在工廠化栽培上對菌種的重要性認識不夠充分。菌種特性不穩，在大規模生產時，風險極大。

1 培養基發酵

培養基發酵指培養基內部細菌繁殖。營養和水分充足、攪拌時溫度高和攪拌時間長會促進培養基細菌繁殖。很多人以為雖然細菌有增殖，但經后期滅菌后都會被殺死，對食用菌生長影響有限。而實際上，即使有害菌死亡，但其代謝產物會殘留于培養基中，這是阻礙菌絲生長的重要因素。

細菌以二分裂方式（指數型）增殖，以代時15～20分鐘的大腸桿菌為例，一個個體1小時繁殖為8個，4小時繁殖為4 096個，8小時后繁殖為16 777 216個，增殖非常快。而木屑和輔料的管理對抑制細菌的增殖非常重要。闊葉樹木屑必須在有房頂的室內或棚內保管，如條件不足，不得不露天堆積，則須在發酵停止后再使用。輔料保管時，如果為混合型輔料，應特別注意不能讓其發酵。夏天在備料作業的前一天，不可提前向攪拌機內投放。

調制好的培養基在不同溫度下保管至次日滅菌與當日滅菌的顏色和發菌對比試驗結果表明（圖1），15～25 ℃下保管至次日滅菌的培養基，滅菌后顏色明顯變深；5～10 ℃、30～35 ℃下保管至次日滅菌的培養基顏色則無明顯變化。接入菌種培養至第11天時，15～35 ℃下保管至次日滅菌的培養基，雖然顏色變化不一，但菌絲生長均受到嚴重影響，發菌緩慢甚至不發菌。另一個發酵培養基的栽培對比試驗表明，調制好當即滅菌和調制好后28 ℃保管12小時、24小時后滅菌的3種培養基，隨保管時間延長滑子菇的頭潮菇產量明顯降低，且出菇時間明顯延長。

圖1 發酵培養基的顏色及發菌情況的比較

裝料填充結束后的第2鍋培養基放置在滅菌鍋的近處時，由于室溫會上升到近30 ℃，培養基的發酵就會急劇加快。這是非常不可取的。培養基發酵影響后期菇類菌絲生長，其原因在于：（1）培養基內菌數增加會導致滅菌不良，在同樣滅菌條件下，存活菌數會增多；（2）培養基發酵導致培養基pH值過低，造成菌絲萌發不良；（3）有害菌即使死亡，其代謝物仍殘留在培養基內，引起菌絲生長不良；（4）培養基養分被分解致使產量降低。

圖2 蒸汽攪拌機

對策：（1）縮短原材料攪拌時間，尤其是應盡可能縮短加水后攪拌的時間；（2）嚴格執行當日滅菌；（3）生產規模大型化導致的剩余培養基的再使用，必須予以禁止；（4）每日操作完成后，攪拌機等要清洗干凈；（5）當日第二鍋滅菌的培養基裝瓶完成后要低溫保管；（6）使用蒸汽攪拌機（圖2，日本有售），其在攪拌機的軸部通入蒸汽，邊均勻攪拌邊對培養基進行滅菌，防止培養基發酵。

2 滅菌不均勻

滅菌的目的主要是去除培養基內的有害菌和有害物質，軟化培養基和固化培養基的形狀。滅菌過程應在培養基內檢測滅菌的溫度變化，并確保有效的滅菌時間。我們會采用紐扣形的超小型溫度數據記錄儀，將其放置于耐壓防水密封容器內，置于培養基內一起滅菌，滅菌后取出通過PC專用線接入電腦，查看滅菌溫度的變化情況。

2.1 有效滅菌時間

微生物耐熱性測試結果顯示，部分微生物耐熱性很強，如芽孢桿菌屬（）孢子100 ℃以上可耐受2～1 200分鐘不等，其中嗜熱脂肪芽孢桿菌（）孢子121 ℃可耐受9.6分鐘。這是在導熱性能好的瓊脂培養基上所得的數據，而使用木屑培養基其結果則不同：嗜熱脂肪芽孢桿菌常壓滅菌100 ℃（培養基溫度）保持3小時、高壓滅菌120 ℃保持30分鐘仍有殘留。因此，有效滅菌時間（培養基溫度）常壓滅菌為98 ℃以上4小時，高壓滅菌為120 ℃以上1小時，須嚴格遵守。

2.2 滅菌對培養基營養成分的影響

有人認為滅菌時間過長，營養會被分解，而滅菌前后培養基內的營養成分測試結果顯示，高壓滅菌培養基內淀粉和蛋白質的含量略有降低，常壓滅菌則基本沒有變化。對熱敏感的是維生素，但食用菌基本可以自己合成所需的維生素，只有維生素B1（硫胺素）例外，且其是菇類必須的維生素。維生素B1在麩皮、米糠中含量高，經120 ℃高溫滅菌60分鐘后，約50%會分解，但由于菇類對其的需求量為微量，850毫升瓶每瓶僅需0.01毫克，因此滅菌后培養料內剩余的維生素B1可滿足需求。

2.3 蒸汽質量

采用濕熱蒸汽是滅菌的重點。濕熱蒸汽重在“濕”。滅菌蒸汽分兩種，一種為干蒸汽，一種為濕蒸汽，濕蒸汽滅菌效果優于干蒸汽。干熱蒸汽主要為直接加熱空氣，其導熱性較差，人們在“蒸桑拿”時使用的便是干蒸汽，90 ℃干蒸汽接觸30分鐘也不會燙傷；濕熱蒸汽主要為加熱熱水產生，導熱性好，人們接觸100 ℃水產生的蒸汽很容易燙傷。兩者熱效率不同，在殺菌效果上160 ℃干熱滅菌30分鐘等同于100 ℃濕熱滅菌30分鐘。

須注意的是，高壓蒸汽鍋提供的0.6～0.8兆帕的高壓蒸汽，其干燥化成為問題，接近于干熱蒸汽。因此使用時，應盡可能地將壓力降低至0.2～0.4兆帕。

2.4 對策

①滅菌時間要以培養基內達到目標溫度為準。②要嚴格保證滅菌時間，高壓滅菌為120 ℃1小時，常壓滅菌為98 ℃以上4小時。③高壓滅菌要注意鍋內排氣不良。后期從培養基內流出的氣體，會致使鍋內局部殘留空氣，而殘留空氣具有隔熱性，是滅菌不均勻、不徹底的重要原因，因此采用抽真空滅菌須特別注意調整抽真空的次數與時間。④常壓滅菌易殘留耐熱雜菌。⑤滅菌時注意蒸汽質量。

3 倒吸污染

放冷須注意防止培養基倒吸室內含雜菌的冷空氣而導致吸入污染，這是工廠化栽培食用菌中極易出現的問題，重要性僅次于滅菌工序。

3.1 放冷吸入的空氣量

根據日本飯山市農協菌種中心測試實驗，對經填充培養基的850毫升廣口瓶進行蒸汽加熱處理，培養基內溫度達到98 ℃后，停止加熱，進行放冷處理。按照溫度下降的變化，分別測定培養基從98 ℃冷卻至20 ℃過程中培養基內的空氣吸入量。結果顯示，90 ℃降至20 ℃吸入瓶內的空氣總量為410毫升，約占培養基容積的50%，溫度越高吸入的空氣量越大，90 ℃降至70 ℃吸入的空氣量約占整個吸入量的60%。

3.2 倒吸污染原理

出鍋后冷卻室的室溫短時間可上升到60 ℃以上，室內空氣膨脹，體積增加，是空氣向室外的流失過程。而培養基溫度冷卻到20 ℃以下，室溫冷卻，則是外氣逆流入的過程，污染空氣吸入導致滅菌后的培養基再次污染。

圖3 倒吸空氣污染樣例

3.3 倒吸污染有害菌

倒吸空氣污染的樣例見圖3，引起倒吸冷氣污染的主要有害菌為霉菌。培養基溫度高于80 ℃，霉菌菌絲一般難以存活，而80 ℃以下時吸入有害菌則會導致受害。因此在放冷程序，80 ℃以下的培養基必須在無塵環境下冷卻。

此外，常壓滅菌時易殘留耐熱細菌，耐熱細菌以孢子形式存活為主。30 ℃以下時孢子不萌發，對菇類培養不構成影響，30～40 ℃會萌發，滅菌后培養基在緩慢放冷的情況下，這些耐熱細菌會以指數型數量迅速增殖，影響出菇。因此，放冷時應迅速通過30～40 ℃溫度帶，從而抑制耐熱細菌發芽，降低其影響為害。

3.4 倒吸污染的防治對策

①滅菌鍋在80 ℃以上進行出鍋。②滅菌采用一進一出兩個門，出鍋路徑避開備料室；如是單門式滅菌鍋，搬出路徑須充分消毒。③冷卻室內保持高潔凈度。④常壓滅菌時，須快速冷卻。⑤培養基冷卻至最適宜的接種溫度。

建議冷卻室安裝HEPA除塵過濾器，潔凈度標準為1萬級以內，其可以過濾99.97% 0.3微米以上的顆粒，0.3微米為吸煙產生的煙粒子大小，即比煙粒子大的霉菌菌絲、孢子、細菌都可以被過濾；而小于這一大小的病毒則不能被過濾。放冷室如未安裝過濾器，出鍋前和出鍋1小時后必須對環境徹底消毒。出鍋1小時后是指室內溫度降至60 ℃以下，若高于60 ℃進行消毒，會失去藥效，沒有意義。消毒噴霧時，噴霧量也有要求，天花板高3米的冷卻室，噴霧量必須達到每平方米150毫升，否則無效。此外，進入冷卻室時必須穿無菌衣；使用透氣性好的瓶蓋對菇類培養有利，但易出現吸入污染，須加以防范。

3.5 倒吸污染的檢測

檢測方法很簡單，只需用塑料膠帶將放冷后接種前的培養基瓶口和剛出鍋的培養基（對照）瓶口分別密封，放在培養室內進行培養，1～2周后開封進行觀察對比。如果放冷后封口的培養基出現雜菌感染，則說明產生了吸入污染。用此方法可檢測冷卻室潔凈度等管理是否有待加強。

冷卻室潔凈度的“落下菌”的檢測法是，在離地1米高處放置90毫米平板培養基，打開蓋子放置4小時，觀察培養出的菌落數。若菌落數低于5個，則達到1萬級潔凈度標準；若低于3個，則達到1 000級標準；若低于1個，則達到100級標準。對中國個別蟹味菇工廠和金針菇工廠進行的“落下菌”測定結果顯示，菌落數遠超冷卻室和初期培養室1萬級、接種室1千級的標準，因此出現倒吸污染的危險很大。

4 其他問題

4.1 雜菌感染路徑的判斷

由雜菌感染的不同部位可以判斷其進入途徑（圖4）：①瓶口料面感染雜菌，原因會有很多，可能是倒吸污染、菌種感染雜菌、接種時混入雜菌或（和）初期培養混入雜菌；②瓶肩部感染雜菌，原因只有一個，就是倒吸空氣污染；③培養基孔中間或瓶側面感染雜菌，原因是倒吸空氣污染或（和）菌種感染雜菌；④瓶底感染雜菌，推斷原因是滅菌不良。初期培養混入雜菌的原因是培育初期，即接種后5天內，由于空調等運行產生的風的影響，使得雜菌和螨蟲混入菌種的上部，或是因菌床表面沒有被菌種覆蓋而發生危害。這種情況隨著培養規模的擴大，出問題的幾率增加，使用自行生產的菌種的工廠，這一情況易長期存在。其對策是，初期培養（接種后1周內）時覆蓋薄膜；設置初期培養專用發菌（萌發）室，室內安裝HEPA過濾器；自己繁殖菌種時，為防止二次污染，須設置專用菌種培養室。

圖4 根據雜菌發生位置判斷雜菌進入路徑

4.2 出菇不良的原因

出菇不良主要是菌床沒有達到適宜成熟度所造成的生長發育不良的癥狀。影響菌床成熟度的物理要因：①雜菌感染；②培養基問題，涉及配方或原料；③培養管理問題，存在缺氧、高溫的不良影響。這3方面管理得好就不會出現菌床不成熟現象。

對菇類生長產生影響的雜菌主要分為先行型競爭菌和攻擊型病害菌兩種。競爭性雜菌主要在出菇前即已感染。因此，制作不受雜菌影響的健全菌床是關鍵。制作健全菌床的要點：①制作健全培養基，即制作沒有滅菌不良和倒吸污染的無菌培養基；②使用健全的菌種，不使用性能低下、劣化、感染雜菌的菌種；③認真做到無缺氧、無溫度障礙的健全的菌絲培養管理。培養基內氧氣不足與培養基的透氣性（原料顆粒大小、配比）相關。此外培養發熱期需要大換氣，通氣不良會導致二氧化碳濃度障礙。按以上3點制作出的健全菌床不會出現連作病害。

4.3 避免出菇期病害侵入的管理方法

危害食用菌生長的霉菌分為干性霉菌和濕性霉菌，環境高溫、低濕時出現的多為干性雜菌，高溫、高濕時出現的多為濕性雜菌。食用菌生長對濕度要求不高，60%～100%都可以良好生長。從圖5可以看出，高溫高濕環境特別適宜霉菌的繁殖，食用菌如金針菇等適宜低溫培養，很少出現病害，而生育溫度高于20 ℃的木耳、毛木耳等，則易感染雜菌。所以，食用菌工廠化栽培環境溫度控制在20 ℃以下非常重要。

圖5 菇類生長發育適宜的溫濕度范圍

濕度管理很關鍵。90%以上濕度適宜于食用菌生長發育的同時，也非常適宜霉菌。大規模工廠化栽培，易出現一直處于高濕度，即使低溫，也易感染雜菌，并形成累積污染。適宜的濕度管理是在60%～98%濕度區間盡可能地加大濕度差管理，做到時干時濕，可同時抑制干性和濕性霉菌生長，減輕或消除病害。

S646

A

2095-0934（2018）01-018-05

為日本著名食用菌專家，Kinokkusu株式會社常務取締役（常務董事），日本食用菌學會評議員，曾獲日本農水省·農林水產先端技術協會農林水產大臣獎，日本食用菌學會技術獎。研究內容主要為食用菌的育種和栽培技術的開發，食用菌菌種的性能維持和保存方法，有《杏鮑菇的基礎栽培技術》《食用菌年鑒》《食用菌指南》等多部著作。

*原文PPT由王建兵翻譯。