国内袋栽食用菌生产装备研究现状和展望

廖 剑 王 锐 卢泽民 高星星 庞雄斌 罗 欣 罗友谊

(武汉市农业科学院，武汉 430345)

0 引言

食用菌在我国农业经济中的比重仅次于粮、菜、果、油，居第5位，已成为农村经济发展的支柱产业[1-3]。随着食用菌行业的技术升级和产业发展，中国食用菌产量从1978年占全球总产量的5.7%发展到2018年的70%以上，从5.8万t激增至3842t。特别是2000年以后食用菌行业迎来黄金发展期，其中2006-2013年期间年均增长率达到10%以上，成为世界食用菌生产、消费和出口大国。

中国食用菌生产经历了房前屋后的庭院生产、特种蔬菜生产、集约化生产、工厂化生产4大阶段[4]。目前，中国食用菌工厂化生产中，金针菇、双胞蘑菇等适合瓶、床栽模式的品种随着国外技术和装备的引进已初步实现工厂化、机械化生产，但这些生产装备投资成本高，且适用品种、生产模式较为单一，不能完全满足国内食用菌多品种模式的生产需要。且我国食用菌主要栽培方式仍然是传统的袋栽方式，袋栽产量占国内食用菌总产量的70%以上[5]，袋栽食用菌生产装备面临的机械装备配套不全、手工操作占有比例高、劳动强度大等问题已经成为制约食用菌产业的发展的主要因素。10多年来，各科研院校、农机企业、技术推广部门和种植企业、合作社在袋栽食用菌生产装备的研制和开发方面共同努力，取得了较好的成绩，在提升生产效率、降低劳动强度、资源节约等方面发挥了重要作用。

1 袋栽食用菌生产装备研究现状

1.1 培养料粉碎机械

针对食用菌栽培基质对粒度的大小和柔软程度等的要求，粉碎机需首先满足对硬质秸秆的粉碎揉搓，在保证一定粒度的基础上，尽可能实现软化基质，以减少破袋率或空隙率。根据粉碎方式和粉碎手段的不同可将粉碎技术分为铡切式、锤片式、揉切式和组合式4种[6]，铡切式的主要原理是切断，铡切式粉碎机可作为食用菌基质粉碎粗加工，其结构简单，价格较低，使用方便，但存在人工劳动强度大、切割质量和效率较低等问题。锤片式粉碎机是我国食用菌栽培基质粉碎的主要机型[7]。我国第一台锤片式粉碎机于1955年引自前苏联[8]，锤片式粉碎机的结构是由几组锤片安装在主轴上，锤片可以随着主轴的转动而转动，而且锤片可以相对主轴转动。其原理是高速旋转的锤片和喂入粉碎室的秸秆之间产生偏心撞击，秸秆被撞击后环绕着粉碎室进行旋转，在锤片和粉碎室齿板的碰撞和搓擦下得到粉碎，直至物料颗粒度达到要求后从筛孔中排出。锤片式粉碎机可满足食用菌栽培软质秸秆原料的要求，对硬质和高纤维秸秆原料仍不能完全适应。揉切式粉碎机同时具有铡切和揉搓功能，其原理是用高速旋转的动刀把喂入进料口的秸秆抓取至粉碎室；在动刀、定刀、粉碎室罩壳以及由动刀轴旋转形成的环流层的共同作用下，在圆周方向运动过程中受到打击、剪切及搓擦作用而被粉碎成断口形状不规则的细条状短片，达到要求的物料在动刀高速旋转形成的气流中从筛网排出，未达到要求的物料进一步粉碎从排料口排出。揉切式粉碎机粉碎效果好，性能稳定，但刀具结构复杂，磨损快且加工难度大。组合式粉碎机是集铡切、粉碎、揉搓等功能于一体的粉碎设备，既有锤片的打击作用，又有动刀的剪切作用，同时齿板和定刀也会产生揉搓和切割作用，提高了粉碎效率和质量。农业农村部南京农业机械化研究所宋卫东、王明友等人设计的带风引出料装置的双喂料口粉碎机，第一进料口处设置圆盘切刀，用于硬质和高纤维物料的先切后粉作业；第二进料口则直接与粉碎室相连，软质物料不经切断直接进入粉碎室进行锤片粉碎，降低能耗的同时提高了切刀的使用寿命[9]。

1.2 装袋设备

目前食用菌培养料装袋机主要分为卧式装袋机和立式冲压装袋机2种：立式冲压装袋机与搅拌机、输送带、储备机等配套，可实现食用菌培养料装袋的自动化生产，适合生产规模较大的工厂使用，而生产规模较小的通常选择卧式装袋机[10]。

1982年，为了解决人工搅拌装袋劳动强度大，生产效率低，搅拌效果差、不均匀、装袋大小不一、袋内物料紧实度差等问题，福建农机所开始着手研制和试验用木屑栽培一菇三耳的成套机械。福建省古田县教学器材厂生产了GE培养基装袋机，其原理是从喂料斗将培养基送入，经搅拌轴压入搅龙，再由螺旋搅拌轴送入筒口进行装袋，结构简单，操作方便，生产效率较高[11]；福建省农机所设计了ZDP3型木屑培养基装袋装瓶两用机，可用于白木耳、香菇、黑木耳等食用菌培养基的装袋和装瓶；配有适应口袋宽12cm和17cm的装袋部件，其工作原理为把袋口套在搅龙上，物料由料斗进入，经搅拌器搅拌后送入搅龙，挤压入袋并压实，装满后自动退出，装袋效率为250～300袋/h，耗电量0.2kWh/百袋，操作简便，价格低廉[12]；福建农学院研制了6ZP-500A型培养基装瓶装袋两用机，该机采用旋转料斗加卧式挤压搅龙的结构形式，有效利用物料粘附性强的特性，解决了物料在料斗内容易架空的问题，性能稳定可靠，针对1kg/袋的规格，装袋效率可达379袋/h[13]。

1999年，安徽省五河县科委食用菌研究所研制出多功能装袋机，该设备设置了机械离合装置，装料量一致性好，配合快速套袋，效率较高，还可配合拖拉机机械动力，适用性强[14]；2004年，黑龙江柴河林业局刘照友等研制了XS-1型装袋机，可实现装袋、平口、打孔3道工序1次完成[15]；2005年，河北科技师范学院刘长荣等设计了一种多功能自动装袋机，用电磁离合器替代了机械离合装置，结构简单，装袋工作只需1人即可完成，效率达到333袋/h[16]；2010年，浙江理工大学李国一等设计了一种自动定量装袋机，能自动控制装料松紧度和装袋长度，提高了装袋效率，实现了自动定量的功能；漳州益利食用菌科技有限公司涂选来等发明了一种全自动螺旋式装袋机，可控制料袋松紧度和装料高度[17]；2011年，徐寿海等发明了一种食用菌全自动装袋机，实现了取袋、装袋、套袋、推袋作业自动化[18]；2013年，张小奇发明了一种食用菌培养料装袋机，可实现较细培养料分布在培养料最外层，避免粒度较粗的培养料刺破塑料袋，降低了装袋过程中的废袋率[19]；漳州金黑宝食用菌有限公司卢国良发明了一种自动香菇培养料装袋机，可有效控制菌袋的松紧度、长短度，实现了自动机械化装袋，装袋质量和生产效率较高[20]；2014年，罗连富发明了一种食用菌气动电磁离合智能装袋机，可实现食用菌塑料袋自动装袋、打孔和传送，可按生产标准进行编程，提高装袋效率和质量[21]；2015年，攀枝花学院杨艳等设计了一种基于PLC的食用菌速装袋机控制系统，可控制食用菌袋长短、压实度变化并自动计数，可任意采用1～3人的操作模式，自动化程度较高[22]；2016年，浙江庆元县春晓自动化科技有限公司吴小春设计了一种自动套袋装袋一体机，减少了菌棒与人工、外界空气的接触，可有效降低杂菌感染[23]；山东福国菌业有限公司王克振等发明了一种食用菌装袋机，每次出料可以同时填装2个菌袋，还可以根据自身情况调节装袋机的工作速度，使得食用菌培养料装袋机更加便于使用[24]；朱松鹤发明了一种全自动食用菌装袋机，能自动实现撑开袋口、套袋、装袋、窝口和插棍等功能[25]；史彦昌等发明了一种食用菌培育装袋机，能适应不同直径的菌袋装料，适应性较强[26]；随州市双翼隆基机械科技有限公司李逵发明了一种食用菌培养料装袋机，装袋效率高，装袋质量好，可以减少工人的劳动量[27]。2018年，金华市农业机械研究所陈长卿等发明了一种食用菌原料基质自动装袋机，可完成送袋、撑袋、进料、压料等工作，并设有菌袋检测装置，自动化程度较高[28]；2020年，南京农机所王明友等设计一种双工位同步作业的自动膜式装袋机，整机采用套袋与装料双转盘结构型式，可实现套袋和装料同时作业，生产效率可达1720袋/h，装料质量差异性小，性能稳定[29]。漳州兴宝食用菌机械有限公司、龙泉市菇源自动化设备有限公司、随州市三龙食用菌机械有限公司、浙江庆元菇星节能机械有限公司等企业也开发了一系列装袋机，市场应用较广。

1.3 灭菌设备

2014年，中国农业大学汪政富等发明了一种高温高压免锅炉卧式食用菌灭菌设备，采用多层料架菌种车，可充分利用釜体空间，杀菌均匀[30]；姚小金等发明了食用菌智能灭菌设备，使用废菌棒作为燃料，经过对其双面和多级燃烧，实现蒸汽灭菌[31]；2018年，黑龙江省乐丰科技有限公司姜永成等发明了一种连续式食用菌菌料全自动灭菌机，包括进料单元、灭菌仓和蒸汽灭菌单元，进料单元用于将菌料传送至灭菌仓中，蒸汽灭菌单元用于对灭菌仓中的菌料进行灭菌[32]；连云港国鑫食用菌成套设备有限公司研发的GXMQ系列灭菌器，具有灭菌周期短、无死角、充分保护培养基有效成分等特点[33]。诸城市良工机械有限公司研发的新型燃油、燃气式节能环保免锅炉杀菌锅，燃烧室多种燃料一体化设计，与传统杀菌锅相比节能50%，菌包专用型容量1000～20000袋，生产成本低，操作方便[34]；山东诸城还有众多厂家也对食用菌灭菌设备进行了研发和生产。

1.4 接种设备

2009年，江苏大学张西良等发明了一种袋栽食用菌液体菌种接种机，可以自动完成接种工作环境净化、栽培袋传输、自动定量接种和封口作业，自动化程度较高，不容易产生污染[35]；2010年，陈俏彪发明了一种食用菌菌棒打孔接种机，打孔位置均匀、深度一致性好，操作简单[36]；2013年，连云港国鑫食用菌成套设备有限公司研制了袋栽食用菌菌包全自动液体接种机和固体接种机，接种量可以自动控制，菌包感染率低，生产效率较高；朴行万发明了一种全自动袋栽香菇固体菌种接种机，接种的全部过程都能自动完成，可适应多种菌种培养基(如细木屑、木片或成型菌种)，自动化程度高，节省劳动力，操作简单，能保证香菇菌棒制作的效率和质量要求，每小时接种量达1500～2000袋，成品率可达98%以上[37-38]。2015年，连云港国鑫食用菌成套设备有限公司发明了一种适用于菌棒的自动接种机，可以同时适用于液体菌种、固体菌种的接种，特别适用于香菇和其它食用菌菌棒的接种[39]；2016年，应国华等发明了一种食用菌菌棒式全自动接种机，接种环境可控、菌种损伤小，菌种分配均匀，接种成品率和效率高，适合于香菇、黑木耳等食用菌的菌棒式打孔接种，该装置可以满足在大棚、普通室内、洁净室等多种环境条件下使用[40]；内黄县日星食用菌自动化设备厂刘军飞等发明了一种香菇全自动接种机，能够实现菌棒的有效定位和输送，并且能够配合打孔组件和接种组件实现定位打孔和接种，整个过程单次能够实现4个菌棒的同步打孔[41]；内黄县昌兴生物机械设备有限公司张钰尧等发明了一种多工位全自动接种机，同一工序上设置有多个工位，可一次对多个菌袋完成消毒、打孔、压种、压平及推袋，设备生产能力较高[42]；2017年，山东省科创食用菌产业技术研究院发明了一种液体菌种自动接种机，可以同时自动完成多个菌袋的固定菌袋、夹菌袋盖、移动菌袋盖、向敞开口的菌袋中注射菌种、扣好菌袋盖等菌种接种工作，自动化程度较高[43]；随州市三龙食用菌机械有限公司李逵发明了一种食用菌接种机，接种效率高，菌种颗粒大小均匀，接种质量好，感染杂菌率低，食用菌生长速度均匀，利于管理[44]；2018年，连云港国鑫食用菌成套设备有限公司发明了一种食用菌培养基的灭菌冷却接种一体化装备，可一次完成对食用菌培养基的灭菌、冷却、接种操作，生产利用效率高[45]；安徽省佳康食用菌科技开发有限责任公司发明了一种智能全自动多功能食用菌液体种接种机，能够实现同时对菌种袋进行消毒、接种和封口作业，解决了食用菌液体菌接种机自动化低，接种效果差的问题[46]；2019年，漳州市兴宝机械有限公司卢国宝等发明了一种香菇双面固体接种机，能够进行双面接种[47]；2020年，中国农业机械化科学研究院景全荣等发明了一种适用于袋栽食用菌的接种机，可完成菌棒连续输送状态下的多孔穴贴膜覆盖，不规则菌棒自动识别排队输送、周向定位打孔、多点位定量均匀接种、仿形贴膜等全自动流程的一体化作业，实现了袋栽食用菌液体菌种快速精确、均匀接种，提高了接种效率和精准度[48]。

1.5 种植设备

目前袋栽种植设备多采用简易焊接层架式和标准货架式，存在菌棒上下架、日常巡检、采菇劳动强度大，食用菌出菇一致性差等问题，武汉市农业科学院依托湖北省重点研发计划项目研制了一种循环式立体栽培床，采用W型链轮链条驱动系统，实现多层栽培架的循环往复移动，保证温湿度、光照、空气接触均匀性和食用菌生长一致性，且能够在固定工位上完成上架、微喷灌溉、施肥、现场巡检、日常管理、采收、下架等作业，空间利用率为单层的3～8倍，菌棒容量150～200棒/m2，人工成本降低60%以上，设备运行能耗低，可进行自动控制和远程监控，食用菌生长一致性好，智能化程度高，并已在十堰香蕈科技有限公司投入使用，生产效果较好。

1.6 采收设备

2017年，开县群辉食用菌种植场许超群发明了一种食用菌便携式采装装置，通过布带将整个装置穿戴在采摘人员的腰部，更加便于采摘人员进行采摘，且对采摘人员的腰部皮肤的损害性较低，能够增加采摘人员的使用舒适性[49]；福州市凯达生态农业有限公司曹光标发明了一种食用菌采摘用移动式升降装置，采用移动式升降装置，进行菌菇采摘的过程中可以将堆积满了的采摘框放置在放置板上方进行堆积，进而方便进行连续的采摘工作，提高了采摘效率[50]；中国农业科学院农业信息研究所柴秀娟等发明了一种自动采摘机器人，可完成食用菌采摘作业，但效率和精度均不高[51]；袋栽食用菌出菇环节自动化设备一直研究较少，大多处于专利层面，尚未有成熟设备在市场应用，属于全程机械化空白环节。

2 国内食用菌生产装备存在的主要问题

国内食用菌生产装备起步较晚，起点较低，随着中国食用菌产业的不断发展，生产装备水平也有了大幅提升，但与国外先进技术仍有较大差距，国内食用菌生产技术装备主要存在以下问题：

(1)龙头企业带动作用不强。目前全国形成一定规模的食用菌生产装备企业有100多家，但真正拥有核心技术、产品市场占有率高的企业不多，无法发挥行业引领作用，大多数企业仍然属于“小作坊”，产品多以仿制为主，创新和自主研发少，市场竞争力和抗风险能力较弱。

(2)自动化、智能化程度不高。设备以引进及部分仿制为主，配套不全，装备不成体系，各生产环节处于半自动化阶段，人工劳作与机械作业等多种手段并存，出菇管理和采收等环节还未实现自动化，菇房环境控制智能化程度较低。

(3)行业标准缺失。食用菌生产装备在设计、生产及使用过程中缺少国家标准或行业标准，生产企业均是根据自身情况自行设计生产，设备零部件通用性差，使用和维修成本高，且不利于成套化流水线的集成，制约了食用菌生产装备快速发展的进程。

3 结论和展望

随着中国食用菌产业的快速发展，围绕食用菌产业发展技术装备需求，解决食用菌生产技术装备瓶颈问题，切实提高食用菌生产装备水平，对推动食用菌产业升级和健康快速发展具有重要意义。

当前我国食用菌生产装备的研究趋势主要在于：

(1)自动化、智能化。食用菌生产装备将实现袋栽食用菌培养料制备、装袋、灭菌、接种、培养、出菇管理、采收等环节的自动化作业，菇房环境精细化、智能化控制。同时配套各环节之间输送系统，真正实现食用菌生产的全程自动化、智能化。

(2)成套化。目前，大多数企业产品以单机设备为主，各环节之间的衔接转运还需人工完成，各环节之间的连接输送系统成为了食用菌生产全程自动化的“最后一公里”，对于集成优秀单机产品，形成成套化生产线尤为重要。

(3)标准化。充分发挥龙头企业带动作用，建立统一的产业技术支撑平台，制定食用菌生产装备的国家标准和行业标准，打通设备互换性壁垒，实现食用菌生产装备的标准化生产，降低企业生产成本和食用菌生产企业使用成本。

(4)国情化。针对国外食用菌生产装备投资成本高，且适用品种、生产模式较为单一，不能完全满足国内食用菌多品种模式的生产需要的现状，开展适应国内食用菌栽培工艺和模式的生产装备研究势在必行。