竹屑替代木屑栽培毛木耳的可行性及其品质综合评价

叶 雷,张 波,杨学圳,李小林,张小平,谭 伟,*

(1.四川省食用菌研究所,四川 成都 610066; 2.四川农业大学 资源学院,四川 成都 611130)

毛木耳(Auriculariacornea)在我国已种植40余年。据统计,2020年,我国有17个省(区、市)有毛木耳产量分布(海南、青海、宁夏、香港、澳门、台湾数据暂缺,不列入统计范围),总产量为189.19万t,在各类食用菌产量排行榜上居第7位。我国是目前全世界毛木耳生产量和出口量最大的国家[1]。

毛木耳等食用菌生产具有经济效益高的优点,已经成为产区农民增收致富的主要途径之一,在乡村振兴工作中发挥出了重要作用。在我国,毛木耳生产是以棉籽壳、杂木屑和玉米芯等农林副产物作为主料进行栽培的。随着毛木耳等食用菌栽培规模的不断扩大,生产上所需要的栽培原料也不断增多,一些栽培主料价格大幅上涨,直接导致原料成本增加,降低了栽培利润,制约着毛木耳生产效益的提高。毛木耳属于腐生菌。研究表明,使用低价位的桑树枝[2]、葡萄枝[3]等农林副产物替代或部分替代高价位的棉籽壳或杂木屑原料来栽培毛木耳是切实可行的。

我国竹资源丰富,现至少有竹类资源534种(含153种可食用竹笋),其中56种可适应农业种植,可用作木材的有139种[4]。目前,竹材主要有两方面的用途：一是用于生产传统的竹制家具、生活用品(如凳子、椅子、凉席、筷子、牙签、棉签、杯子、碗、盆等)和竹制农具(如竹扁担)等;二是用于生产竹编和竹材胶合板等。有报道称,竹屑可部分替代杂木屑和棉籽壳用于栽培香菇[5]和灵芝[6]等,但在本研究检索范围内尚未见利用竹屑栽培毛木耳,并对其子实体的营养价值进行评价的报道。为此,特开展以不同比例竹屑替代基质配方中杂木屑栽培毛木耳的试验研究,并对栽培的产量,以及子实体的农艺性状、营养成分、氨基酸组成等进行综合评价,以明确竹屑替代杂木屑在毛木耳栽培中的可行性。

1 材料与方法

1.1 菌种与基质材料

供试菌种为四川省毛木耳主栽菌株上海1号,由四川省食用菌研究所提供。

供试菌种的基质配方(以质量分数计,下同)如下：棉籽壳50%,米糠20%,玉米芯11%,木屑11%,石灰3%,石膏1%,玉米粉3%,白糖1%。

菌种容器为750 mL玻璃瓶。栽培料袋为新型黑色聚乙烯袋,规格(折径×长度)为19.5 cm×48 cm,袋口出耳圈内径为4 cm。

供试竹材种类为硬头黄竹(BambusarigidaKeng et Keng f.),来源于四川省泸州市叙永县江门镇,竹屑(竹竿和枝丫)被粉碎成颗粒状,其中,粉碎机的筛孔直径为10.0 mm。供试竹屑的基本成分如下：总碳298.35 g·kg-1,总氮1.32 g·kg-1,纤维素603 g·kg-1,木质素227 g·kg-1,氨基酸55 g·kg-1,灰分26 g·kg-1,粗蛋白32 g·kg-1。

1.2 试验方法

以毛木耳生产基质配方(棉籽壳10%,玉米芯30%,杂木屑32%,米糠20%,玉米粉4%,石膏1%,石灰3%)为对照(CK,碳氮比为64.08),用不同比例(8%、16%、24%、32%)的竹屑替代CK中的杂木屑组分,设计4个处理(相应标记为ZX8、ZX16、ZX24、ZX32,碳氮比分别为64.02、63.95、63.89、63.83)。每个处理设置3次重复,每个重复50袋。采用“塑料袋栽荫棚出耳”栽培模式,进行拌料、装袋、灭菌、接种、发菌管理和出耳管理[7]。供试的基质拌料和加水均匀一致,装袋前闷堆12 h,每袋装料量(以风干料计)1 kg,每瓶接种量8袋。

1.3 观测指标与方法

1.3.1 菌丝生长和产量

参照叶雷等[7]的方法测定菌丝生长速度(MGR)、菌丝长势、菌棒污染率(CR)、第一茬耳的表面积(SA,以簇计)、前二茬干耳单产(TDY,以袋计)、干耳片厚度(TE,以片计)。

1.3.2 营养成分

参照GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》检测氨基酸含量,参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》检测水分,参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》检测灰分,参照GB/T 5009.10—2003《植物类食品中粗纤维的测定》检测粗纤维含量,参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》检测蛋白质含量,参照NY/T 1676—2008《食用菌中粗多糖含量的测定》检测粗多糖含量,参照GB 5009.12—2017《食品安全国家标准 食品中铅的测定》检测铅(Pb)含量,参照GB 5009.15—2014《食品安全国家标准 食品中镉的测定》检测镉(Cd)含量。

1.3.3 子实体氨基酸的营养价值

按照联合国粮食及农业组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)提出的方法进行氨基酸评分(AAS)[8],并计算各处理子实体的必需氨基酸比值(RAA)、必需氨基酸比值系数(RC)和必需氨基酸比值系数分(SRC),用以评判不同处理栽培子实体的营养价值[9]。若RC>1,表示该氨基酸相对过剩;若RC=1,表示与模式谱一致;若RC<1,表示该氨基酸相对不足,且RC值最小的氨基酸是第一限制氨基酸。SRC值越接近100,表明其营养价值越高。

1.4 数据分析

采用IBM SPSS Statistics 22软件进行方差分析,显著性水平选定为α=0.05。用Origin 2021软件开展主成分分析(PCA),制作聚类热图。

2 结果与分析

2.1 对菌丝生长和产量的影响

各处理的毛木耳菌丝生长速度为0.42～0.52 cm·d-1(表1),极差0.10 cm·d-1,其中,CK的菌丝生长速度最快,但仅显著高于ZX24处理,与其他处理差异均不显著。随竹屑替换比例的增加,毛木耳菌丝的长势逐渐减弱。各处理的菌棒污染率在2.38%～9.22%,其中,ZX8和ZX16的菌棒污染率最低,显著低于其他处理。各处理的干耳片厚度在0.52～0.68 mm,以CK的干耳片最厚,显著大于除ZX8外的其他处理。各处理下第一茬鲜耳的表面积在2 459.45～3 496.80 cm2,同样以CK最大,且显著大于除ZX8外的其他处理。各配方处理的前二茬干耳单产在101.63～114.87 g,以CK最高,显著高于ZX24和ZX32处理,但与ZX8和ZX16处理差异不显著。综上,用竹屑替代8%的木屑组分进行毛木耳代料栽培时,其效果与采用木屑的相当,但当竹屑替代的比例超过8%后,会出现不同程度的抑制菌丝生长、菌棒污染率增加、耳片变薄、出耳单产和表面积下降的情况(图1)。

图1 不同处理的毛木耳子实体照片Fig.1 Photos of fruiting bodies of A. cornea under different treatments

表1 不同处理对毛木耳菌丝生长和产量的影响

2.2 对营养成分组成的影响

各处理毛木耳干品中的灰分含量为17.15～19.45 g·kg-1(表2),以CK处理最低,显著低于其他处理,ZX32的灰分含量最高,显著高于其他处理,较CK提高13.41%。各处理的粗纤维含量在353.35～421.05 g·kg-1,其中,ZX32处理的含量最低,CK处理的含量最高,且二者均显著异于其他处理,ZX32处理较CK降低约16.08%。各处理的蛋白质含量在75.19～87.13 g·kg-1,其中,ZX24处理的含量最高,CK处理的含量最低,且二者均显著异于其他处理,ZX24处理较CK提高15.88%。各处理的粗多糖含量为22.63～26.98 g·kg-1,其中,ZX8和ZX16处理的含量最高,显著高于其他处理,分别较CK增加5.68%和5.01%。总的来看,用竹屑部分替代木屑栽培的毛木耳子实体的灰分和蛋白质含量较CK显著提高,但粗纤维含量较CK显著降低。

表2 不同处理的毛木耳子实体营养成分

2.3 对氨基酸组成及其评价的影响

采用聚类热图(图2)来展示各处理间子实体氨基酸组成的差异。CK独成一支,ZX8和ZX16成一亚分支,ZX24和ZX32成另一亚分支。这说明,用竹屑部分替代基质中的木屑,对毛木耳子实体的氨基酸组成有明显影响。具体到各类氨基酸上,与CK相比,竹屑替代的各处理对苏氨酸(Thr)、异亮氨酸(Ile)、赖氨酸(Lys)、组氨酸(His)、半胱氨酸(Cys)和蛋氨酸(Met)等的积累无明显影响,但能提高子实体中天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、亮氨酸(Leu)、丙氨酸(Ala)、丝氨酸(Ser)、甘氨酸(Gly)、酪氨酸(Tyr)等的积累,特别是Asp和Glu,而这两种氨基酸是主要的鲜味氨基酸。由此推测,用竹屑部分替代木屑栽培的毛木耳味道更加鲜美,同时其子实体中的多种氨基酸含量得到提高,子实体营养更加丰富、均衡。另外要指出的是,各处理中含量最低的氨基酸均是Met和苯丙氨酸(Phe)。

Thr,苏氨酸;Val,缬氨酸;Leu,亮氨酸;Ala,丙氨酸;Ile,异亮氨酸;Lys,赖氨酸;His,组氨酸;Ser,丝氨酸;Gly,甘氨酸;Pro,脯氨酸;Tyr,酪氨酸;Arg,精氨酸;Cys,半胱氨酸;Met,蛋氨酸;Phe,苯丙氨酸;Asp,天冬氨酸;Glu,谷氨酸。下同。区域颜色越偏向红色,代表样品中对应氨基酸的含量越高,反之越低。Thr, Threonine; Val, Valine; Leu, Leucine; Ala, Alanine; Ile, Isoleucine; Lys, Lysine; His, Histidine; Ser, Serine; Gly, Glycine; Pro, Proline; Tyr, Tyrosine; Arg, Arginine; Cys, Cysteine; Met, Methionine; Phe, Phenylalanine; Asp, Asparticacid; Glu, Glutamicacid. The same as below. The darker red indicate higher amino acid content in the relevant samples, and vice versa.图2 氨基酸组成与样本关系的聚类热图Fig.2 Clustering heat map of amino acids composition and samples

供试各处理毛木耳子实体干品的总氨基酸含量为60.12～73.41 g·kg-1(表3),以ZX32处理的最高,且显著高于其他处理,较CK增加22.11%。这说明,用竹屑部分替代木屑能够提高毛木耳子实体的氨基酸含量。与CK相比,其他处理的毛木耳子实体中必需氨基酸(EAA)和非必需氨基酸(NEAA)的含量均显著增高,且随竹屑替代比例的增加,EAA、NEAA含量呈上升趋势。CK处理的药用氨基酸(MAA)、鲜味氨基酸(UAA)、甜味氨基酸(SAA)、苦味氨基酸(BAA)和呈味氨基酸(DAA)含量均在各处理中最低,且显著低于其他处理,总的来看,随竹屑替代比例的增加,MAA、UAA、SAA、BAA、DAA含量呈上升趋势,表明用竹屑部分替代木屑能增加子实体的风味。各处理下毛木耳子实体(UAA+SAA)/BAA的值均大于1,表明各处理下毛木耳子实体均以鲜味氨基酸为主。

表3 不同处理的毛木耳子实体氨基酸组成

将各处理下毛木耳子实体中的EAA与FAO/WHO模式谱和全鸡蛋模式谱进行对比(表4),结果显示,各处理下毛木耳子实体中EAA与TAA的百分比之和在43.22%～44.22%,高于FAO/WHO模式谱,但略低于全鸡蛋模式谱。从具体成分分析：各处理下Thr、Val、Met+Cys、Leu、Phe+Tyr与全鸡蛋模式谱更接近;Ile与FAO/WHO模式谱更接近。各处理间相比：竹屑部分替代木屑各处理的Ile、Phe+Tyr优于CK,ZX32处理的Thr、Val和Leu均优于其他处理,CK处理仅Met+Cys优于其他处理。

表4 不同处理下毛木耳子实体必需氨基酸与模式谱的对比

各处理下均以Lys的RC值最小(表5),且小于1,说明其在各处理下均是第一限制性氨基酸,其次为Ile和Leu,均相对不足。各处理下,Thr、Met+Cys和Phe+Tyr的RC值均大于1,说明这几种氨基酸在毛木耳的子实体中营养相对过剩。此外,ZX32处理下Val的RC值亦大于1,表明该处理下毛木耳子实体中Val营养相对过剩。进一步测算各处理的SRC值,CK、ZX8、ZX16、ZX24、ZX32分别为74.14、74.90、74.89、75.18、74.23,以CK最小,ZX24最高,说明ZX24的子实体营养价值相对较高。

表5 不同处理下毛木耳子实体必需氨基酸的必需氨基酸比值(RAA)和比值系数(RC)

Table 5 Ratio of essential amino acid (RAA) and ratio coefficient (RC) in fruiting bodies ofA.corneaunder different treatments

氨基酸Amino acidsCKZX8ZX16ZX24ZX32RAARCRAARCRAARCRAARCRAARC苏氨酸Thr1.641.291.641.301.641.281.641.281.651.28缬氨酸Val1.240.981.240.981.240.971.260.981.401.09异亮氨酸Ile0.990.781.000.791.010.791.020.801.020.79蛋氨酸+半胱氨酸Met+Cys1.701.341.661.311.661.301.681.311.631.26亮氨酸Leu1.160.911.140.901.150.901.170.911.170.91苯丙氨酸+酪氨 Phe+Tyr1.371.071.371.081.451.131.421.101.431.10赖氨酸Lys0.790.630.810.640.810.630.810.630.740.57

2.4 对Pb、Cd含量的影响

测定各处理下毛木耳子实体的Pb、Cd含量,结果显示：Pb含量在0.110～0.945 mg·kg-1,Cd含量在0.009 2～0.026 3 mg·kg-1,均以ZX24处理的最高。对照GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》对食用菌干品的要求,Pb含量不得超过1.0 mg·kg-1,Cd限量不得超过0.5 mg·kg-1,可知本研究中各处理下干木耳子实体的Pb、Cd含量均符合相应要求。

2.5 主成分分析结果

为比较不同处理对毛木耳栽培及其子实体氨基酸组成的影响,基于各观测指标数据开展PCA。结果(图3)显示,第1主成分(PC1)和第2主成分(PC2)合计解释了83.49%的变异信息,且各处理间样本距离较分散,组内距离较近,表明测试样本具有代表性,用竹屑部分替代基质中的木屑对毛木耳栽培及其子实体的氨基酸组成产生了明显的影响。前3个主成分的特征值分别是21.59、2.62和1.91(表6),均大于1,累计方差贡献率90.08%,能很好地反映各处理的主要影响。具体地：PC1主要受各种氨基酸的正作用,主要反映氨基酸的变异信息,占比最大(74.46%),表明对氨基酸组成做深入分析很有必要;PC2主要反映粗多糖、Pb、蛋白质、Met、灰分、SA和TDY的正作用,解释了9.03%的变异信息,受粗多糖影响最大;PC3主要反映MGR、Pb、CR、Val、Ash、Cd和TDY的正作用,解释了6.59%的变异信息,受MGR影响最大。

图3 不同处理的主成分分析(PCA)结果Fig.3 Principal component analysis (PCA) result of different treatments

表6 主成分分析(PCA)的特征值、累积方差贡献率和主成分载荷矩阵

3 讨论

用不同比例的竹屑替代木屑,对毛木耳栽培菌棒发菌、出耳单产、耳片大小、耳片厚度、子实体营养成分和氨基酸组成的影响较大。用竹屑替代8%的木屑时,其栽培效果与CK相当,但受益于竹屑的高性价比(竹屑150元·t-1,木屑800元·t-1),其栽培成本显著降低,经济效益明显。

关于用竹屑栽培食用菌,早在1994年,Fujita等[10]就探究了利用毛竹(Phyllostachysedulis)屑栽培香菇的可行性。1999年,Ohga[11]用经过陈化和未经过陈化处理的竹屑栽培糙皮侧耳,发现用50%未经陈化处理的竹屑替代硬木进行栽培的子实体产量高,证明未经陈化处理的竹屑可替代木屑用于栽培平菇。Li等[12]用竹笋壳栽培草菇,并取得成功。王朦等[13]研究表明,用竹屑栽培香菇对菌丝生长有显著影响：当竹屑和木屑按1∶1配比时,菌丝长速快,产量高;当竹屑和木屑按2∶3配比时,效果不理想。吕明亮等[5]利用0.5～1.5 cm粒径的竹屑栽培香菇L808和L212时,发现菌丝生长速度下降,用20%～60%的竹屑替代木屑时,对香菇单产有促进作用,用100%的木屑栽培香菇不可行。张泽平等[14]用30%～70%的竹屑栽培香菇武香1号,发现制棒污染率较对照(60%木屑+30%麸皮)高,但用45%以下的竹屑进行替代栽培时,出菇产量与传统菌棒无差异,且子实体的蛋白质、粗脂肪和粗纤维含量均高于对照。刘叶高[15]用41%的毛竹屑替代杂木屑栽培杏鲍菇,与杂木屑栽培相比,生物学效率低了5%～10%,但栽培的杏鲍菇的灰分、粗纤维和蛋白质含量更高,且重金属含量符合国家要求,与本研究结果相似。本研究发现,用竹屑替代木屑,能显著降低子实体的粗纤维含量。这与袁卫东等[16]用桑枝屑、梨木屑、杂木屑栽培黑木耳的结果不同。钟方翼等[17]采用毛竹屑栽培大球盖菇,发现用50%的毛竹屑和50%的木屑秸秆料栽培时,较用100%木屑秸秆混合料的产量高,且产出子实体的粗脂肪含量是对照组的2倍。可见,采用竹屑栽培不同种类的食用菌时,其最适用量并不相同。本研究首次明确以8%竹屑替代木屑栽培毛木耳的可行性,此时栽培基质的C/N约为64,与叶雷等[7]证实毛木耳栽培基质碳氮比宜为60∶1的结果吻合。对毛木耳子实体的营养成分进行分析,结果发现,用竹屑部分替代木屑能显著提高干耳的灰分和蛋白质含量,降低干耳的粗纤维含量,以8%～16%的竹屑替代木屑时,还能显著提高干耳的粗多糖含量。然而,当栽培基质中的竹屑达到一定比例时,菌丝生长速度变慢。这可能与竹纤维的结构相关[18],或是因为竹类的次生代谢产物(主要为酚类化合物,其次为香豆素类和生物碱类)[19]对菌丝生长产生了抑制作用[20]。但总的来看,本研究明确了竹屑用于毛木耳栽培的可行性,并获得了最优栽培配方,研究结果可为竹区的资源利用提供新方案。

本研究发现,用竹屑替代木屑对毛木耳子实体氨基酸组成的综合影响最大,从子实体中检测出17种氨基酸,包括人体必需的7种氨基酸,且总氨基酸、鲜味氨基酸、甜味氨基酸、苦味氨基酸和呈味氨基酸在一定范围内均随基质中竹屑比例的增加呈上升趋势,且各处理的毛木耳子实体均以鲜味氨基酸为主。这与用梨、苹果、桃和核桃木屑栽培糙皮侧耳[21],用天麻茎秆栽培平菇[22]等的结果相似。本试验中,用竹屑部分替代木屑栽培的毛木耳子实体中,必需氨基酸占总氨基酸的比例之和高于FAO/WHO模式谱,略低于全鸡蛋模式谱,表明其具有较高的营养开发价值,属高蛋白食品。各处理下,第一限制性氨基酸均为Lys,其次为Ile,这与羊肚菌[23]、猴头菇[24]等菌类相似,说明其需要与其他食物搭配才能实现更好的营养价值。从SRC值判断,ZX24处理的子实体中蛋白营养价值最高。鸡蛋蛋白[25]、大豆蛋白[25]、牛乳初乳[26]、羊乳初乳[26]、杏鲍菇蛋白(代料)[27]、黑木耳(代料)[28]、金耳[29]、香菇[29]、茶树菇[29]的SRC值分别为84.09、61.22、76.30、75.67、75.02、72.10、74.13、69.51、60.53,本试验中各处理的SRC值在74.14～75.18,与杏鲍菇(代料)、金耳相当,高于黑木耳(代料)、大豆蛋白、香菇和茶树菇,低于鸡蛋蛋白、羊乳蛋白。本研究测定了各处理子实体的Pb、Cd含量,均符合GB 2762—2017的限量要求。研究显示,利用竹屑栽培香菇[5]、大球盖菇[17]、平菇,亦均符合相应的食品安全标准。由此可见,用竹屑作为基质栽培食用菌具有广适性和安全性,同时还能提高子实体的蛋白营养。

综上,以棉籽壳10%、玉米芯30%、木屑24%、竹屑8%、米糠20%、玉米粉4%、石膏1%、石灰3%为基质配方栽培毛木耳是可行的,而且能促进子实体灰分、蛋白质、粗多糖、总氨基酸、药用氨基酸、鲜味氨基酸、甜味氨基酸、苦味氨基酸和呈味氨基酸的含量提升,降低粗纤维含量,提升子实体营养价值。本研究可为竹屑的高效利用,以及毛木耳子实体的营养科学配餐和蛋白开发利用等提供理论依据。