微生物发酵对双孢菇菌糠品质的影响研究

杨荣玲，王一倩，赵祥杰，贾建波，赵玉萍，毕艳红，孙金凤

(淮阴工学院 生命科学与食品工程学院，江苏 淮安 223003)

微生物发酵对双孢菇菌糠品质的影响研究

杨荣玲，王一倩，赵祥杰，贾建波，赵玉萍，毕艳红，孙金凤

(淮阴工学院 生命科学与食品工程学院，江苏 淮安 223003)

以双孢菇菌糠为基质，探讨了微生物发酵对双孢菇菌糠饲料品质的影响。实验选用L9(34)正交试验，测定混菌发酵双孢菇菌糠的碳源、氮源以及发酵时间三个因素对双孢菇菌糠营养价值的影响。结果表明，双孢菇菌糠进行混菌发酵的最佳工艺条件为：葡萄糖4%、尿素3%、发酵时间3.5 d，对其发酵结果的影响程度依次为：尿素>发酵时间>葡萄糖。研究发现，经过混菌发酵后的双孢菇菌糠的营养成分与发酵前相比有明显提高，粗蛋白含量由原来的12.74%增加到22.05%，粗脂肪含量由原来的8.88%增加到11.14%。因此，通过微生物发酵能够提高双孢菇菌糠的品质，发酵产品烘干后即可用于饲料原料的制备。

发酵; 双孢菇菌糠; 品质; 饲料

0 引言

菌糠(Spend Mushroom Substrate，SMC)又称之为菌渣，是指以木屑、棉籽壳、秸秆等农作物原料种植食用菌的培育基质，是食用菌收获后的主要废弃物，同时它也是经食用菌酶解后生成的复合物[1]，随着菌糠中纤维素等的分解，蛋白质、氨基酸、多糖等营养成分也有所提高。菌糠中食用菌菌丝体含量较高，富含蛋白质及多种营养成分，可作为饲养畜禽的良好饲料[2-3]。双孢菇含有丰富的蛋白质、矿物质，并且脂肪含量少、能量低，是一种理想的健康食品。中国双孢菇年产量达250万吨，占世界双孢菇总产量的70%，每年收获鲜菇后，产生的菌糠产量非常可观[4]。这些菌糠营养物质丰富，易腐败变质，目前食用菌生产行业中对菌糠的利用非常粗放，大量弃置也会造成环境问题和资源浪费，因此对菌糠资源的高值化利用研究具有非常重要的现实意义。

近几年，菌糠的营养价值渐渐被科学家关注，其利用途径也多种多样。因为菌糠经过食用菌的生长和代谢，其粗蛋白含量提高，粗纤维含量下降，除用于食用菌栽培[5-9]、改善土壤基质[10-13]以及用作肥料[14-15]、能源[16]外，因其具有食用菌独特的香味，是家畜尤其是反刍动物很好的粗饲料来源[17-18]。然而因其本身适口性差、粗纤维含量较高，影响动物的消化吸收，通常不直接用来制备畜禽饲料。通过生物转化不仅可以阻止食用菌菌糠腐败变质，延长菌糠的保藏时间，更能将它转化为有用的饲料原材料。酵母菌与乳酸菌作为益生菌可以相互影响并可以将农副资源等转化成菌体蛋白[19]，赋予这些副产物很高的营养价值，改善饲料口味[20-21]；枯草芽孢杆菌具有很高的蛋白酶、淀粉酶的活性，并能明显提高动物生长速度和饲料利用率，其芽孢的营养体细胞易保存，存活率高，因此通常选用多菌种混合发酵提高菌糠的品质[22]。基于此，通过酵母菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌等三种菌种对双孢菇菌糠进行发酵，发酵后菌糠品质的改善，为其饲料化利用提供基础理论依据。

1 实验部分

1.1材料与仪器

双孢菇菌糠由江苏紫山生物股份有限公司赠送；枯草芽孢杆菌、酿酒酵母菌、乳酸杆菌，由广东省农业科学院农业生物技术研究所提供。微生物培养基(麦芽汁培养基、LB培养基和MRS培养基)购自广东环凯微生物科技有限公司。除特别说明外，其它分析检测试剂均为分析纯。

HZL-F160恒温培养摇床，太仓市强乐实验设备有限公司；DNP-9052电热恒温培养箱，上海精宏实验设备有限公司；HH-2数显恒温水浴锅，坛市科杰仪器厂；DGG-9420A电热鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司；UV-5800紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；SX-4-10箱式电阻炉，上海华康实验仪器有限公司；BCM-1000超净工作台，苏州净化设备有限公司。

1.2菌糠常规营养成分的测定

粗灰分的测定采用550℃高温氧化灼烧法，依据GB/ T 6438-2007[23]测定。粗蛋白的测定采用微量凯氏定氮法，依据GB/ T 6432-1994[24]测定。粗脂肪的测定采用索式脂肪抽提法，依据GB/ T 6433-2006[25]测定。水溶性碳水化合物采用蒽酮比色法[26]。

1.3菌糠发酵的单因素试验

采用混菌发酵菌糠原料，其中枯草芽孢杆菌、酿酒酵母菌、乳酸杆菌以3:2:1的接种量比例混合均匀，将其接入装有30 g双孢菇菌糠的三角瓶中(其中双孢菇菌糠：双孢菇菇脚=19:1)，以无菌水调整最终物料的含水率在50%左右，搅拌均匀后置于35℃恒温培养箱中进行固态发酵48 h。以粗蛋白含量为指标，确定最优的各项单因素值。

碳源优化时，在培养基中加入4%的碳源(葡萄糖、蔗糖、乳糖、淀粉、玉米粉)，发酵结束优选最佳碳源后，再分别添加2%、3%、4%、5%、6%的碳源，通过发酵确定最佳碳源添加量。

氮源优化设计同碳源优化实验，分别加入4%的氮源(尿素、蛋白胨、氯化铵、硫酸铵、豆粉)，发酵结束优选最佳氮源后，再分别添加2%、3%、4%、5%、6%的氮源，通过发酵确定最佳氮源添加量。

分别将发酵时间设置为2 d、2.5 d、3 d、3.5 d、4 d，通过发酵效果评价确定出最佳发酵时间。

1.4菌糠发酵的正交优化实验设计

在以上单因素试验的基础上，选出葡萄糖含量(A)、尿素含量(B)、发酵时间(C)三个因素，每个因素考察三个水平列出因素水平表，见表1。

表1 菌糠发酵优化的因素水平表

通过以上单因素实验确定的因素水平表，进行三因素三水平的正交优化设计，对正交实验结果进行综合比较及分析，从而确定所得的最佳工艺条件。

1.5数据处理

单因素实验和正交试验均采用DPS数据处理软件进行分析。

2 结果与讨论

2.1碳源类型及含量对双孢菇菌糠发酵的影响

碳源是微生物生长重要的基础物质，为微生物的生长繁殖提供能量来源。为考察不同碳源对多种微生物混合培养的影响，实验中选取了不同的单糖、双糖和多糖为碳源进行研究。由图1可知，当以粗蛋白含量为最终评价指标时，不同的碳源对双孢菇菌糠的发酵效果各异，其中碳源为葡萄糖时，发酵菌糠的粗蛋白含量最高，而碳源为蔗糖时，发酵菌糠的粗蛋白则最低。碳源为乳糖、淀粉和玉米粉时，其发酵效果介于葡萄糖和蔗糖之间。因此说明在菌糠发酵中额外添加葡萄糖为碳源时，发酵效果最佳，故选择葡萄糖为最佳碳源。

图1碳源类型对双孢菇菌糠发酵的影响

由图2可知，最佳碳源的不同含量对双孢菇菌糠的固态发酵有一定的影响。随着葡萄糖含量的不断增加，发酵后菌糠粗蛋白含量先增加后逐步降低，其中葡萄糖含量为4%时，发酵菌糠的粗蛋白含量最高，可达17.1%。因此发酵时添加4%的葡萄糖可达到较好效果。

图2葡萄糖含量对双孢菇菌糠发酵的影响

2.2氮源类型及含量对双孢菇菌糠发酵的影响

氮源同样也是微生物生长重要的基础物质，既能促进微生物的正常生长繁殖，又能改善环境的pH值，抑制有害微生物的生长。为考察不同氮源对多种微生物混合培养的影响，实验中选取了无机氮和有机氮作为优化氮源进行研究。由图3可知，当以粗蛋白含量为最终评价指标时，不同的氮源对双孢菇菌糠发酵的效果各不相同。当添加氮源为尿素时，发酵菌糠的粗蛋白含量最高，而添加氮源为豆粉时，发酵菌糠的粗蛋白含量最低。由此可见菌糠发酵时无机氮源的效果均优于有机氮源，综合实验结果选择尿素为最佳氮源。

图3氮源类型对双孢菇菌糠发酵的影响

由图4可知，最佳氮源的不同含量对双孢菇菌糠的发酵会产生一定的影响，随着尿素添加量的不断增大，发酵菌糠的蛋白含量先大幅增加，在尿素含量为3%时，发酵菌糠的粗蛋白含量达到最高，然后随着尿素含量的继续增大，发酵菌糠的粗蛋白含量逐渐下降，其中当添加尿素含量为2%时，发酵菌糠的粗蛋白含量达到最低。因此本实验中选择3%为尿素最佳添加量。

图4尿素含量对双孢菇菌糠发酵的影响

2.3发酵时间对双孢菇菌糠发酵的影响

由图5可知，不同发酵时间对双孢菇菌糠发酵有一定的影响，随着发酵时间的增长，发酵菌糠的蛋白含量不断增加，当发酵时间达到3.0 d时，发酵菌糠的粗蛋白含量最高，但继续增大发酵时间时，菌糠粗蛋白含量缓慢下降，3.5～4.0 d时发酵较为平缓，粗蛋白含量趋于平稳。综上分析，选择3.0 d为最佳发酵时间。

图5发酵时间对双孢菇菌糠发酵的影响

2.4双孢菇菌糠发酵的正交试验优化

根据优选的三因素三水平取值，选取L9(34)正交设计表，将葡萄糖、尿素、发酵时间分别安排在第2、3、4列，第1列为空列，共安排9个试验点。正交表安排及实验结果见表2。

实验数据经过极差分析与数据处理可知，三因素对双孢菇菌糠发酵影响的重要程度依次为：尿素>发酵时间>葡萄糖，相对于其它两个因素，对氮源含量的调整对发酵菌糠的品质影响最大。根据正交设计的结果可以确定双孢菇菌糠混菌发酵的最佳工艺条件为A2、B2、C3，即葡萄糖4%、尿素3%、发酵时间3.5 d，但又因其不属于9个试验点中的任意一个，故需再进行验证试验，在A2、B2、C3条件下，测得菌糠的粗蛋白(CP)含量为22.05%，因此可以得出双孢菇菌糠进行混菌发酵的最佳工艺条件为：葡萄糖4%、尿素3%、发酵时间3.5d。

2.5双孢菇菌糠发酵前后常规营养成分的变化

从表3可以看出，发酵前双孢菇菌糠中的营养成分，除粗脂肪含量较高外，其余成分与金针菇、平菇、杏鲍菇、草菇、香菇等菌糠成分并无显著差异[2]。但由于菌糠含有较高的粗蛋白和脂肪含量，使其成为动物饲料的来源之一。经过混菌发酵后的双孢菇菌糠营养成分与发酵前相比有明显提高，粗灰分含量由原来的38.65%增加到39.72%。而粗蛋白含量增加明显，比发酵前提高了73%以上，说明经过多菌种混合发酵后，一部分蛋白从菌糠结构中降解下来，增大了粗蛋白的含量；以酵母为主的菌体蛋白的大量增加也是粗蛋白含量提高的重要原因。此外，粗脂肪含量和水溶性碳水化合物的含量也有一定程度的增加，分别比发酵前提高25.5%和11.9%。

因此经混菌发酵后的双孢菇菌糠的发酵性能及其营养价值能够得到明显改善。菌糠中含有大量的粗蛋白和丰富的氨基酸及其他活性营养物质，具有作为饲料资源的潜质，故可利用双孢菇菌糠制备发酵饲用产品。

表2 正交试验结果

表3 菌糠发酵前后营养成分的变化

3 结论

本文探讨了微生物发酵对双孢菇菌糠品质的影响，首先通过单因素实验，确定了影响双孢菇菌糠固态发酵的碳源及添加量、氮源及添加量和发酵时间。再利用正交试验设计进行三因素三水平的发酵工艺优化研究，得出最佳工艺条件。结果表明，双孢菇菌糠进行混菌发酵的最佳工艺条件为：葡萄糖4%、尿素3%、发酵时间3.5 d。研究发现，经过混菌发酵后的双孢菇菌糠的营养成分与发酵前相比有明显提高，其中粗蛋白含量得到显著提高，比发酵前提高了73%，大大提升了其饲用性能。因此，混菌固态发酵双孢菇菌糠可以改善其品质，发酵产物可以用于饲料产品开发。

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InfluenceofMicroorganismFermentationonQualityofSpentMushroomCompostofAgaricusBisporus

YANG Rong-ling, WANG Yi-qian, ZHAO Xiang-Jie, JIA Jian-bo,ZHAO Yu-ping, BI Yan-hong, SUN Jin-feng

(Faculty of Life Science and Food Engineering, Huaiyin Institute of Technology, Huai'an, Jiangsu 223003, China)

In this experiment, L9(34) orthogonal test was used to determine the effects of three factors of the carbon source, nitrogen source and fermentation time on the fermentation quality and nutritional value of SMC of Agaricus bisporus, and the optimum fermentation conditions were obtained, and the routine nutrient contents of SMC of Agaricus bisporus before and after fermentation were measured and compared. The results showed that the optimum fermentation conditions for SMC of Agaricus bisporus were: glucose 4%, urea 3% and fermentation time 3.5 days. The influence of the fermentation conditions was as follows: urea>fermentation time>glucose. It showed that the nutrient contents of SMC of Agaricus bisporus was improved after fermentation, the content of crude protein increased from 12.74% to 22.05% and the content of ether extract increased from 8.88% to 11.14%. Therefore, it can be seen from this study, the quality of SMC of Agaricus bisporus has been improved through microbial fermentation, so the fermented products can be used for feeding ingredients.

fermentation, SMC of Agaricus bisporus, quality, feed

S816.6

A

1009-7961(2017)05-0041-05

2017-05-15

淮安市重点研发项目(HAN2015020、HAS201603)

杨荣玲(1982-)，女，山东泰安人，讲师，博士，主要从事生物转化研究。

(责任编辑:郑 菲)