食用菌副产物资源化再利用研究进展

陈雪冬 刘雪龙 高冠群 张红彩 徐路顺 高圆梦

摘    要：食用菌味道鲜美，营养丰富，经济价值高，但产生的副产物容易造成资源浪费和环境污染。为了促进食用菌副产物的合理化、资源化利用，在参阅大量文献资料基础上，对近年来食用菌副产物在饲料生产、肥料生产、栽培基质制备、新能源生产、生态环境修复剂开发以及生物活性物质提取等方面的利用现状进行了归纳总结，分析了食用菌副产物再利用过程中存在的主要问题，如食用菌及菌渣一体化产业链不完善、菌渣再利用机制不明确、菌渣吸附有害物质后仍需二次处理等，并展望了食用菌副产物循环再利用的可观前景。总体而言，食用菌副产物资源丰富，有效再利用的途径很多，应加强与农业、养殖业的有机结合，实现资源利用的最大化。

关键词：食用菌;副产物;资源化利用;研究进展

中图分类号： X712       文献标识码： A       DOI 編码：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.10.010

The Research Progress on Resource Utilization of By-products of Edible Fungi Industry

CHEN Xuedong1， LIU Xuelong1， GAO Guanqun2， ZHANG Hongcai1， XU Lushun1， GAO Yuanmeng1

（1. College of Life Science， Luoyang Normal University， Luoyang， Henan 471934， China; 2. Information Institute， Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300192， China）

Abstract： Edible fungi has delicious taste， rich nutrition and high economic value， but the by-products are easy to cause resource waste and environmental pollution. In order to promote the rationalization and resource utilization of edible fungi by-products， based on a large number of literature， the utilization status of edible fungi by-products on feed production， fertilizer production， cultivation matrix preparation， new energy production， development of ecological environment restoration agents and extraction of bioactive substances in recent years were summarized. The main problems existing in the reuse of edible fungi by-products were analyzed， such as the imperfect integrated industrial chain of edible fungi and mushroom residue， the unclear reuse mechanism of mushroom residue， and the need for secondary treatment after mushroom residue adsorbed harmful substances. The prospect of the recycling of edible fungi by-products was also prospected. In general， the resources of edible fungi by-products are rich， and there are many ways to reuse them effectively. The organic combination with agriculture and aquaculture should be strengthened to maximize the utilization of resources.

Key words：edible fungi; by-product; resource utilization; research progress

食用菌是一种大型真菌，鲜嫩可口，具有很高的营养价值和经济价值，颇受人们青睐[1-2]。我国是食用菌生产大国，近几十年来，食用菌产业迅速发展，年产量呈稳步增长趋势，但随着食用菌生产规模的不断扩大，随之产生的副产物也越来越多，据统计，每生产1 kg食用菌会产生约3.5 kg菌渣[3]，菌渣的主要成分是被食用菌菌丝利用后的植物残体， 极难降解，如果菌渣随意丢弃或直接焚烧，不但会造成资源浪费，而且会严重污染生态环境[4]。习近平总书记在中央深改小组会议审议农业绿色发展的文件时指出，推进农业绿色发展是农业发展观的一场深刻革命。在绿色发展新理念的引导下，如何高效循环利用食用菌副产物已成为人们广泛关注的问题。因此，本文综合了近年来食用菌产业副产物的再利用情况，分别从饲料、肥料、栽培基质、新能源、生态环境修复剂以及生物活性物质等几个方面进行总结，提出了目前仍然存在的一些问题，并展望了食用菌副产物循环再利用的发展前景。

1 食用菌副产物组成成分

食用菌副产物是指食用菌生产后所有有机废物的总称，其组成成分主要来源于食用菌的栽培原料[5]。食用菌栽培原料主要为农作物秸秆、木屑、麦麸、玉米芯、棉籽壳等，并配有调理性物质，如：禽畜粪便、尿素，以及石灰、石膏等pH调节物质[6]。栽培原料中含有大量营养物质以供食用菌生长需求，当食用菌成熟采收后，原料中大量的营养物质并未被完全利用，进而形成剩余的固体废弃物，即菌渣。全世界每年都要生产大量的食用菌菌渣，其中含有丰富的天然聚合物，如壳聚糖、甲壳素、蛋白质、纤维素和半纤维素等[7]，还有大量菌丝体也富含铁、钙、锌等微量元素以及碳水化合物、粗蛋白等，可作为优质的资源化利用原料[8-9]。因此，食用菌副产物具有很高的营养价值和利用潜能。

2 食用菌副产物的利用途径

由于食用菌的高营养价值及其副产物对环境的影响，提高食用菌的利用效率是资源循环利用和产业可持续发展的迫切需要。现阶段，对菌渣循环加工再利用是延伸食用菌产业鏈条，促进生态循环健康发展，实现农民生活富裕的重要途径。菌渣的循环再利用途径主要包括以下几个方面（图1）：

2.1 作饲料或配料

食用菌菌渣含有粗蛋白、粗纤维、糖、维生素和氨基酸等，均可作为饲料中的营养成分，而且菌渣中大量的菌丝蛋白能够给饲料增添特有的风味，并且有利于动物消化吸收，同时又能降低饲养成本。因此食用菌菌渣具有很高的饲养价值和经济价值[10-12]。Foluke等[13]研究证实蘑菇菌渣可以替代肉鸡饲料中的麦麸;刘玉和郑爱华[14]发现在育肥牛精料中添加食用菌菌渣可以减少精料的使用，大大降低饲养成本，明显提高养殖户的经济效益;史颖[15]以食用菌菌糠为原料生产蛋白饲料，在降低原料中木质纤维含量的同时提高了粗蛋白的含量，得到了高营养价值、高消化率和良好适口性的优质蛋白饲料。因此，利用食用菌菌渣生产动物饲料有助于食用菌和畜牧业共同发展。

2.2 作肥料或栽培基质

目前农业生产中普遍存在着无机肥料施用范围广、施用量大而产生的土壤板结、环境污染严重、肥料利用率低、作物品质下降等诸多问题。食用菌菌渣富含多种植物生长所需的有机物和矿质营养元素，是一种有效的土壤肥料和改良剂，具有较高的利用价值。食用菌菌渣能够提高有机质含量、增强微生物活性、提升土壤温度，而且食用菌菌渣是腐殖质形成的来源，可以为植物提供微量营养素，改善土壤通气性和水土保持能力，并有助于维持土壤结构[16-18]。Kadir和Mustaph[19]报道香菇（Lentinula edodes）菌渣混合壤土栽培能够有效增加番茄和菜豆的株高、茎周长、总叶面积和产量;Grimm和W？觟sten[20]也发现每公顷施用100 t菌渣，可使大麦产量增加50%，功效与施用无机肥料相似。除了促进植物生长和增加作物产量以外，食用菌菌渣还田还可有效改良土壤环境，甚至对盐潮化或荒漠化土壤以及连作受损土壤的改良方面也存在显著影响。邓欧平等[21]研究发现，与常规施肥相比，中、高量菌渣还田处理均能有效提高土壤速效养分含量;车建美等[22]研究发现，施用菌渣后的黑麦草根际土壤微生物磷脂脂肪酸（PLFAs）的种类和总量均高于对照组，并且有利于土壤中细菌、真菌和放线菌的生长，对土壤微生物群落结构的改善有很大的作用;刘玉明等[23]以沿海土壤为实验对象，通过田间试验验证了施用食用菌菌渣可以降低土壤容重，改善土壤的理化性状，进而提高土地的适耕性，为盐碱土的改良提供了参考;茹瑞红等[24]在食用菌菌渣缓解地黄连作障碍研究中也显示了食用菌菌渣可以提高地黄根际微生物和酶的种类及数量，进而加速了酶促反应和微生物分解作用，最终加快了酚酸的降解，达到了在一定程度上缓解地黄因酚酸积累而产生连作障碍的效果。食用菌菌渣虽然对作物产量和土壤性质有益，但是施用剂量也要适宜，有研究发现，在园艺黄瓜生产中，菌渣施用量每公顷40 t要比80 t效果更好一些[25]。此外，菌渣中的灰分含量过高也是需要考虑的，植物通常对盐分比较敏感，大量菌渣施用会导致镁缺乏，因为菌渣中钾含量过高，对镁有拮抗作用[26]。

此外，食用菌菌渣还可以用作二次栽培基质，相较一般的栽培基质，食用菌菌渣具有容重小、养分含量高、疏松且通气性好的优点，不仅能够保证水分和空气的供应，还能不断释放养分，促进作物根系生长，且能很好的缓解一般基质中岩棉的污染性和草炭的不可再生性[3]。例如，以秸秆为基质的平菇菌渣，辅以20%普通堆肥或葵花籽壳，可以用来生产姬松茸[27];韩建东等[28]将食用菌菌渣作为榆黄菇的栽培原料，结果发现，在常规配方中加入30%～50%金针菇菌渣，虽对榆黄菇产量影响不大，但可明显降低成本，加入40%真姬菇菌渣替代木屑，可以加速菌丝萌发、吃料和生长，降低污染率，明显提高榆黄菇产品质量，节约成本。

2.3 生产新能源

食用菌菌渣中含有的剩余秸秆、木屑、玉米芯、粪便和酶解产生的纤维素等，均可作为乙醇和沼气的发酵原料，推动了资源的可持续利用，并为人类带来一定的经济效益[29]。Corrêa等[30]发现杏鲍菇（Pleurotus pulmonarius）基质是易水解木质纤维素的重要来源，说明食用菌菌渣为纤维素乙醇的获得提供了经济前景。食用菌菌渣可作为生物乙醇生产的糖的主要来源。例如，双孢蘑菇（Agaricus bisporus）的菌渣包含30%的糖，其中大部分是由纤维素和其他葡聚糖（19%）和木聚糖（8%）组成[31]，经过化学和酶促水解后释放的木糖>40%，葡萄糖接近100%，因此，每克食用菌菌渣可释放约300mg还原糖。此外，平菇（Pleurotus ostreatus）菌渣也是生物乙醇糖的主要来源，包含约40%的纤维素和20%的半纤维素[32]。据报道，1 g糖可以转化为约0.5 g乙醇[33]，因此，以上示例中，1 t食用菌菌渣大约可生产150 kg乙醇。实际上，Ryden等[34]发现以高粱为培养料栽培的平菇菌渣每千克干重可产生187 g乙醇。虞志强等[35]研究了利用可再生纤维素类物质生产乙醇的新型生物技术，明确指出这种技术不仅能解决菌渣的处理问题，还能提高乙醇的经济效益。汪金萍等[36]也对香菇菌渣生产酒精的工艺条件进行了优化，发现当菌渣添加量为23 g，酵母活化液添加量为11 g，pH为7，发酵时间为6 d时香菇菌渣生产酒精的效率最高。

2.4 生态环境修复材料

重金属污染对环境和人体的危害巨大，其来源广泛、不易降解且治理困难。化学吸附降解法不仅成本高且经常会带来二次污染，但以食用菌菌渣为代表的生物降解法不仅成本低廉、降解效果好，还达到了“以废治废”的效果，是不会产生二次污染的环境友好型方法。食用菌菌渣表面积大、微孔结构发达且富含有利于吸附重金属元素的小分子物质，具备广泛利用和推广的潜力[37]。刘健[38]研究了以香菇、金针菇和平菇菌糠作为吸附材料对水土环境中重金属污染物铬、镉和铅的修复，结果显示几种菌糠对Cr3+、Cd2+和Pb2+都具有修复能力，其中金针菇对Cr3+和Cd2+的修复效果最好，分别达到29.79%，81.17%，而平菇对Pb2+的修复效果最好，达到50.69%。Qu等[39]明确了生物吸附剂大表面积和孔隙体积，及其对金属离子吸附的优越性和经济环保的利用价值，进而研究了食用菌废基质（EFSS）、NaOH改性 EFSS、 EFSS生物炭和 EFSS堆肥4种食用菌废基质吸附剂对水中Pb（II）的吸附特性和机理，结果表明四种吸附剂对铅的吸附均符合朗缪尔等温线模型和准二级动力学模型。Frutos等[40]的研究也证实了双孢菇和平菇菌渣对镉、铅、铜等重金属的吸附潜力。

食用菌菌渣还具有吸附有机和无机污染物的能力，传统吸附方法，如化学沉淀、离子交换和渗透作用等成本较高而且会造成二次污染，生物吸附剂的使用经济、安全，是一种较好的吸附方法。食用菌菌渣是天然的真菌蚀刻原料，具有疏松多孔的特性，并且食用菌生产过程中，纤维素、半纤维素和木质素均可转化为有利于金属离子吸附的小分子，因此，菌渣的这种特性可将其作为吸附剂进行再利用，达到“以废治废”的最佳效果[41-43]。Chen等[44]利用鸡腿菇菌渣为原料，获得了以微孔为主（76%）和天然氮掺杂的多级孔道，对二氯甲烷（DCM）和氯苯（CB）的最高吸附量达到716.9 ，641.7 mg·g-1，分别是炭的13，6倍。Cheng等[45]报道了利用食用菌菌渣合成多孔炭并成功应用于废水处理。Li等[46]也证实食用菌菌渣制备的活性炭可高效吸附亚甲基蓝和苯胺。刘连鑫等[47]优化了食用菌渣活性炭制备条件后可有效提高其对亚甲基蓝的去除特性。Wu等[48]首次采用灵芝菌渣作为生物吸附剂，可快速去除废水中的孔雀绿、番红花红和亚甲基蓝三种染料。

此外，食用菌菌渣所拥有的多种微生物还具有对土壤和水中存在的有机异源化合物进行生物分解的能力。因此，食用菌菌渣可以作生物修复剂。Ahlawat等[49]研究发现将蘑菇菌渣混合在含多菌灵、代森锰锌的土壤中，1个月后杀菌剂的含量可降低一半。一些研究报道了可以利用食用菌菌渣产生胞外酶的方法来降解污染物，Chang等[50]通过对9种食用菌菌渣批量试验发现，杏鲍菇菌渣对废水中乙酰氨基酚和磺胺类药物的去除率最高。

2.5 提取生物活性物质

大多数关于食用菌生物活性物质的研究都是通过子实体进行的[51-52]，但因食用菌菌渣中残留大量的食用菌菌丝体，所以菌渣也是价值化合物的有效來源[51，53]。经研究证明，食用菌菌渣中确实含有许多代谢物质，如多糖、植物甾醇、三萜皂苷、肌酸等。这些物质具有多种保健功能，如萜类、甾醇类具有抗病毒、抗肿瘤及调节酶活性等的作用，多糖类可以调节并提高免疫力、记忆力和抑制病菌的能力等[54-57]，对促进人体健康具有重要意义，所以其在食品和医药领域均具备巨大的开发潜力。Wang[58]报道了食用菌副产物中富含的功能性多糖及其应用价值和功能，并提出了利用微波、超声波、脉冲电场等多种新技术可以提高食用菌副产物多糖的提取率，从而提高了食用菌副产物的利用价值。Silva等[59]以平菇、茶树菇、杏鲍菇菌渣为研究对象，通过试验提出了从食用菌菌渣中生产富含麦角甾醇提取物的简单有效方法，为麦角甾醇的大规模生产和可持续发展提供了有力的保障。

此外，食用菌菌渣富含胞外酶，例如木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶，菌渣中的酶经回收提取后，可有效用于多环芳烃、石油烃、杀菌剂和农药等有机污染物的降解。因此，一些研究者已将食用菌菌渣作为木质素分解酶的一种迅速可用且廉价的来源[60-61]。

3 食用菌副产物利用中存在的问题及展望

我国作为食用菌生产大国，每年产生的食用菌菌渣规模非常庞大，虽然目前对食用菌副产物的利用已经开始多元化，但在利用过程中仍然存在一些问题：（1）食用菌及菌渣利用一体化产业链不够完善，致使资源大量浪费，影响持续发展，并造成环境污染;（2）食用菌菌渣作为肥料、饲料和栽培原料再利用的机制尚不明确，有待深入研究，进一步完善;（3）食用菌菌渣的生物修复作用受到广泛关注，应用范围也越来越广泛，但是关于食用菌菌渣吸附后的处理却少有研究，菌渣吸附重金属和染料后仍需要以适当的方式处理，防止其毒性在环境中扩散。因此，对于食用菌副产物的综合利用，还需不断探索，深入研究。食用菌产业的迅速发展、食用菌菌渣丰富的营养成分以及独特的生物学性状，都将会使合理利用食用菌菌渣资源成为未来的研究热点。食用菌菌渣的综合利用，不仅可根据地方特色将农业、食用菌业、养殖业有机地结合起来，使自然资源得以良性循环，确保资源利用的最大化，真正做到因地制宜，同时，也会为食用菌产业开拓新的领域，有利于食用菌产业的健康发展，并有助于推动社会的可持续发展。

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