菌渣綜合利用研究進展

摘 要 菌渣中含有大量的有機質和礦物鹽，直接廢棄會導致嚴重的環境污染，因此，近年來菌渣的回收利用受到廣泛關注。通過歸納分析我國在菌渣能源化、基料化、飼料化、肥料化利用及生物活性物質提取等方面的研究進展，指出未來的技術研發應向菌渣制備活性碳、重金屬吸附劑、染料脫色材料等領域拓展深入，進一步提高菌渣利用的附加值。

關鍵詞 菌渣；能源化利用；基料化利用；高值化利用；飼料化利用

中圖分類號：S646 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.17.031

菌渣是指食用菌或其他菌類收獲后的培養基廢棄物，是由結構改變的蛋白、多糖和其他營養成分組成的固體復合物。大部分菌渣的粗蛋白含量為5.8%～15.44%，粗纖維含量為2.00%～37.11%，粗脂肪含量為0.12%～4.53%，總氮、鉀、磷等總養分含量為2.72%～5.39%，鈣含量為0.21%～4.53%，pH值約為6.0～8.0，氮碳比一般在1∶30，含水量為30%～55%，其中有機質含量大于45%。中國是全球最大食用菌及其他菌類生產國，目前年栽培量約為7 000萬t，超過世界總產量的80% [1]。菌渣中含有大量的有機質和礦物鹽，如果得不到有效地處理利用，不但會造成極大的資源浪費，而且會導致嚴重的環境污染。因此，菌渣的合理開發利用不僅可以“變廢為寶”， 還可以緩解直接廢棄或焚燒等處理方法造成的土壤和水體污染。為此，通過歸納分析目前菌渣綜合利用的研究進展，以期為未來規模化食用菌企業的廢棄物處理指明方向。

1" 菌渣能源化利用

1.1" 菌渣沼氣發酵

菌類生長后將菌糠、纖維素等難溶性物質部分降解，因此，菌渣具有較低的木質素含量和較高的生物降解性，可用于沼氣發酵。李佳育等在研究銀耳和雙孢蘑菇菌渣的營養物質成分的基礎上將其作為沼氣發酵原料，證明了雙孢蘑菇菌渣沼氣發酵的產氣潛能大于銀耳菌渣[2]。魏丹丹等通過研究證實平菇菌渣也是一種優良的沼氣發酵原料[3]。單一菌渣的沼氣發酵產氣效率較低，與其他原料混合發酵可進一步提高產氣效率。高士友等通過研究發現，將黑木耳、雞腿菇、草菇等多種菌渣混合用于沼氣發酵，產氣時間可大幅度提前且產氣率有所提高[4]。秦文弟等證明沼渣與食用菌菌渣混合物是優質的沼氣發酵原料，從而有助于沼渣的循環利用[5]。姚利等研究了以酒糟、菌渣、牛糞為原料，雞糞沼液為接種物的優化厭氧發酵參數，將菌渣作為原料進行厭氧發酵生產沼氣，可形成由農作物到菌渣再到沼氣、沼渣和沼液的處理流程，沼渣可用于制備有機肥或飼料，最后用于農作物生長，實現循環利用的高效生態農業模式[6]。

1.2" 菌渣制備顆粒燃料

菌渣直接燃燒利用效率較低。饒署研究發現，菌渣的各項成型指標高于木屑，提出可利用菌渣作為原料制備成型燃料[7]。但由于菌渣本身熱值低、水分高，達到較高燃燒熱效率需要和其他輔料配合使用。樂奎等發明了一種由香菇菌渣和其他輔料制成的生物質顆粒燃料，可替代煤碳作為食用菌企業鍋爐滅菌燃料，在避免香菇廢基料污染環境的同時，提高了廢料附加值[8]。馬艷敏發明了一種利用菌渣厭氧發酵后的沼渣制備高燃燒值生物顆粒燃料的方法，制得的顆粒燃料燃燒值高且燃燒效果顯著，極大地提高了沼渣資源化利用率[9]。王明友等依據生物質碾切擠壓成型原理，研究設計了菌渣顆粒燃料固化成型機，提升了菌渣制備顆粒燃料的生產效率[10]。

1.3" 菌渣轉化液體燃料

菌渣中還含有大量未被利用的纖維素，可以通過化學或生物方法制備液體燃料。曾其良等研究發現，可將菌渣氣化后再液化生成液體燃料，也可直接將菌渣進行水解發酵制備乙醇燃料[11]。樊逸等利用赤霉素菌渣水解后的水解液作為培養基制備燃料乙醇，證明了利用赤霉素菌渣水解液取代氮源制備生物乙醇是可行的[12]。鄭子軒等探究了利用抗生素菌渣水熱液化轉換成生物油燃料的工藝，得出抗生素菌渣在260 ℃、保留時間135 min的條件下獲得最大生物油產率為28.01%；添加10%的Na2CO3或NaOH作為催化劑時，產生的生物油熱值分別高達33.322 MJ·kg-1和34.732 MJ·kg-1[13]。

2" 菌渣基料化利用

2.1" 菌渣制備吸附材料

菌渣可作為原料制備活性炭，用于處理水中的有機污染物。菌渣經過簡單的炭化和活化工藝，可得到比表面積為3 878.3 m3·g-1的多孔活性炭材料。陶維等通過實驗研究表明，利用食用菌菌渣為原料制成的多孔活性炭對四環素具有高效的吸附能力[14]。成建將菌渣制備的多孔碳材料用于吸附雙酚A、2，4-二氯苯酚和亞甲基藍，最大吸附量分別可達1 249、1 155和869 mg·g-1，作用效果優于現有報道的其他吸附劑[15] 。此多孔材料還可用于制備鈉離子電池，起到碳骨架的支撐功能，如在菌渣生物碳中裝載紅磷納米顆粒制成紅磷多孔碳復合材料，其多孔碳骨架不僅可以提高材料的導電性，還能有效緩解充放電過程出現的體積效應。

非生長的生物比活體生物聚積重金屬的能力更強，所以將菌渣簡單處理后，可作為重金屬廢水處理的新材料[16]。易志龍等通過蔬菜栽培試驗研究了菌渣、爐渣、土壤、珍珠巖和沙5種生長基質對重金屬（汞、鋅、銅、鉛）的吸附能力，試驗表明：菌渣對緩解蔬菜吸收重金屬的效果最為明顯[17]。鮮楊研究表明，菌渣生物碳對鎘的吸附能力主要表現為單分子層吸附和化學吸附，在土壤中加入香菇和平菇菌渣生物碳能有效減少小白菜的鎘含量[18]。何梓林等的研究也總結到類似結論：施用平菇和香菇菌渣制備的生物碳，可顯著增加土壤有機質含量及提高pH值，減少土壤中可交換態鎘含量，殘渣態鎘含量提升，從而使小白菜的鎘含量降低[19]。

2.2" 菌渣制備農藥阻抗

菌渣中含有大量的酶類和微生物，能夠降解土壤中的農藥，防止土壤的再次污染。同時菌渣可使農藥在土壤水相和固相中的占比發生變化，通過減少土壤水相中的農藥濃度，以降低植物通過根系吸收的農藥濃度。通常在種植西瓜的土壤中施用噻唑膦來減少根結線蟲對西瓜的侵害，但噻唑膦對幼苗根系具有不利影響，而施用適量的菌渣，可降低噻唑膦在西瓜幼苗中的峰值濃度，在一定程度上緩和噻唑膦對西瓜幼苗根系的毒害。另外，使用部分菌渣代替化肥種植香芹，香芹中的多菌靈含量相比施用化肥種植可降低79.2%，這主要是因為土壤殺菌劑多菌靈在向香芹流動的過程中，受到了菌渣的阻抗，從而有效保障了蔬菜的安全性[20]。

2.3" 菌渣制備土壤改良劑

將菌渣制成土壤改良劑施加到土壤中，可以有效改善土壤結構、提高土壤保持水肥的能力及增加土壤的透氣性，從而促進植物生長并提高養分的有效性[21]。王瑩等研究表明，發酵后的菌渣能夠改善土壤的團粒結構和容質量，提高其有機質、堿解氮和速效鉀的含量[22]。徐爽也得到同樣的研究結果，土壤經過香菇菌渣的培育能夠有效改善其團聚體狀況，質地較細土壤的效果更為明顯[23]。但由于食用菌生長環境、菌種和培養機制等不同，產生菌渣的含量及組成差異有明顯區別，在使用菌渣作為土壤改良劑必須根據不同的條件制定相應的施用策略。

2.4" 菌渣用于染料脫色

杏鮑菇新鮮菌渣含有較高的漆酶，研究表明，杏鮑菇菌渣具有顯著的染料脫色作用。劉子璐等通過研究證實，杏鮑菇菌渣具有較高的漆酶活性，對染料廢水有脫色、脫毒作用[24]。張永等對比研究了杏鮑菇菌渣發酵粗酶液的脫色作用，發現添加介體時，活性艷藍K3R、酸性藍209和活性艷藍KNR的脫色率均在80%以上[25]。

2.5" 菌渣制備發酵床墊料

相比傳統的養殖技術，發酵床養殖是一種新型綠色養殖技術。菌渣包含許多有益微生物，在養豬發酵床中可把菌渣作為墊料，能夠在一定程度上提高豬的免疫功能和抗病能力，還可去除異味、治理養殖污染。盛清凱等研究發現，金針菇菌渣替代50%鋸木屑配制的“菌渣+稻殼+鋸木屑”配方的發酵床，溫度高于“稻殼+鋸木屑”配方發酵床，且成本顯著降低，生豬料肉比優勢明顯[26]。劉小莉等從發酵時間、發酵床表面及不同深度的溫度、豬上床飼養的健康情況及生長狀況等方面對比研究了添加鋸末或稻殼和添加菌渣的發酵床，結果顯示，兩種發酵床效果大致相同，且都能形成穩定的循環，保證豬的正常生長[27]。

3" 菌渣提取生物活性物質

蛹蟲草菌糠的成分主要為菌絲體、培養基基質及發酵代謝物。何先喆等利用NKA-II大孔吸附樹脂從蛹蟲草菌糠提取液中獲得蟲草素，通過實驗得出，蛹蟲草糠對大腸桿菌的抑制率高達94.01%[28]。馬懷良等以水浸提法提取滑子蘑菌渣，通過控制溫度、液料比和浸提時間等參數，菌渣中粗纖維素酶FPA可轉換300 μmol·g-1·h-1 [29]。

食用菌在生長發育中會產生高分子多糖、多酚和有機酸等，其中多酚對細菌、真菌等微生物毒性具有抑制作用，因此，食用菌菌渣提取物具備殺滅病蟲害功能。Kang等研究表明，香菇菌渣水提物中的草酸能夠增強辣椒葉的病變抗性，從而降低辣椒疫霉病發生率[30]。此外，香菇菌渣水提物中的酚酸還能夠抑制稻瘟病。黃民鳳等用金針菇菌渣通過粉碎離心等技術制備得到多糖，通過實驗證實其對作物病毒性病害具有抑制殺除效果[31]。

4" 菌渣肥料化利用

菌渣中富含大量有機質，可作為有機肥料生產原料。吳珍等將菌渣和豬糞作為調理劑處理污泥作為堆肥，可使污泥短時間內達到較好的堆肥效果[32]。胡清秀等將雙孢蘑菇菌渣用于堆肥發酵生產有機肥，與普通施肥相比，雙孢蘑菇菌渣有機肥可使水稻增產20.55%[33]。文勇等用食用菌菌渣來培育草莓，與普通肥料相比，草莓單果質量、寬度、糖分含量、糖酸比例、花青素百分比含量均有增加，而堅硬度、有機酸含量有所降低[34]。朱留剛等用茶菌渣來代替肥料培育茶葉，茶葉中兒茶素、兒茶素苦澀味指數、酯型兒茶素的質量百分數隨茶菌渣替代率增加而增加[35]。魏云輝等將茶樹菇菌渣和豬糞進行混合堆肥，菌渣有機肥成品的有機質含量百分比為46%[36]，對臍橙施加菌渣有機肥，臍橙平均產量相對于純施復合肥增加了19.6 kg·株-1，還能增加優質果率、單果質量、總糖、還原糖、可溶性固形物和維生素C含量，降低總酸含量。大量的實驗研究表明，將菌渣堆肥產生的有機肥施入農田后，可提高土壤中堿解氮、速效鉀、速效磷等營養物質的含量，有利于改善土壤質量，提高農作物的產量。

5" 菌渣飼料化利用

菌渣中具備一般飼料缺少的必需氨基酸，且粗蛋白、微量元素含量與米糠、玉米相似[37]。據測算，棉籽殼平菇菌渣、金針菇菌渣、花生秧杏鮑菇菌渣、猴頭菌渣、玉米芯平菇菌渣的粗蛋白含量分別高達13.20%、11.34%、9.97%、7.25%、6.87%[38]。將菌渣經過粉碎、烘干、與添加劑混合等處理后，可作為飼料或飼料添加劑飼喂草食動物。研究表明，利用被真菌處理過的農作物副產品喂養牲畜，不僅不會影響其免疫細胞和血液生理指標，還能在一定程度上提高其免疫功能，促進動物的發育。據國外資料報道，某些來源于菌渣的生物活性物質可以作為天然的抗炎藥物或抗氧化劑，將其添加到動物飼料中可預防部分因食物鏈傳播引起的疾病。王賀麗用食用菌渣來喂養豬、家禽和反芻動物，發現菌渣飼料可以提高牲畜和家禽的生物抗氧化能力、免疫功能和生產能力，進而提升牲畜和家禽產品的品質，增加養殖的經濟收益[39]。吳和龍通過研究菌草靈芝菌糠多糖對瘤胃微生物發酵和菌群的影響發現，使用含有質量分數為20%的菌草靈芝菌渣替代粗飼料喂養山羊，可以提高瘤胃微生物發酵水平及纖維素的降解效率，進而提高飼料利用率[40]。

6" 總結

綜上所述，目前我國的食用菌菌渣利用技術多樣化，主要包括能源化、基料化、肥料化、飼料化利用及提取活性物質等方面。但是實際推廣應用仍然停留在沼氣發酵、顆粒燃燒、土壤改良、養殖墊料、飼料化利用等方面，未來的技術研發應向菌渣制備活性碳、重金屬吸附劑、染料脫色材料等領域拓展深入，以提高菌渣的利用附加值。

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（責任編輯：易" 婧）

基金項目：四川省科技計劃項目（2019YFH0036）；“西華杯”大學生創新創業項目（xhb2023045）。

作者簡介：張小虎（2003—），在讀本科生。E-mail：671191269@ qq.com。

*為通信作者， E-mail：tangxiaoyu@mail.xhu.edu.cn。