第五节　双孢菇发酵技术

一、发酵的必要性

双孢菇是草腐菌，分解纤维素、木质素等大分子物质的能力较差，直接利用秸秆有困难，因此培养料必须通过堆制发酵，经过多种有益微生物作用，将大分子物质降解转化成可以直接吸收利用的物质。培养料发酵后，粪臭物质如游离氨、硫化氢等有毒物质被消除，粪草变得柔软疏松，透气性、吸水性等理化性状得到一定改善；同时分解大分子物质的微生物死亡后，留下的代谢物和菌体蛋白，对双孢菇的生长具有活化和促进作用。此外，在堆制发酵过程中，料温可达到70℃以上，可以杀死培养料中一些中低温型的有害病菌及害虫，减轻病虫害对双孢菇生长的危害。由此可见，堆制发酵对双孢菇栽培来说是必需的，是非常重要的技术环节。

二、发酵过程中微生物活动规律和培养料理化性状的变化

1. 发酵过程中微生物活动规律

建堆后，料堆中各类低、中、高温的微生物群体很快建立。初期，由于堆温低、料内微生物以细菌最多，中温微生物次之，高温微生物较少。细菌优先利用料内结构不很复杂的物质加快自身的繁殖，从而促使堆温上升，接着中温（20～38℃）放线菌、中温（40～50℃）纤维分解菌等腐殖霉菌大量繁殖，此时结构复杂的纤维素、半纤维素、果酸、淀粉高分子物质得以分解。随后料温继续上升，一些中低温的微生物相继死亡，高温（50～65℃）放线菌、高温纤维分解菌等腐殖霉菌增多。当堆温升到70℃以上时，料堆中心腐殖霉菌微生物几乎不复存在，出现一些嗜热放线菌和嗜热细菌。当堆温超过80℃时，大部分微生物被杀死，物质的分解和转化无法进行，加上微生物的繁殖活动，料堆内的通气条件、营养成分、含水量的分布都先后出现不平衡状况，进而造成微生物的活动逐渐减弱，堆温开始回落。生产上采用翻堆等措施，就是重新调整和改善料堆内部的通气、水分、营养条件，以促进微生物再度繁殖活动。当培养料经微生物多次分解转化，并达到双孢菇生产所需要的标准时，堆制发酵就此结束。

2. 发酵过程中培养料理化性状的变化

堆制过程中，各种利用粪草的微生物类群通过各自分泌的酶系，分解培养料的成分变为可溶性成分，把蛋白质等有机物转化为各种氨基酸，铵盐把非代谢氮转化为微生物菌体蛋白或木质素蛋白复合物，以便菌丝的吸收和作用。微生物在活动中产生的发酵热，可使培养料的质地由硬变软，拉力减小，色泽由黄变棕，还可以杀死相当部分的有害病虫。微生物制造的各种碳水化合物，如多糖可增加培养料的吸水和保水力。微生物制造的生长激素、维生素（如腐殖酶类合成的B族维生素）和嗜热放线菌产生的生物素、硫胺素、泛酸和烟酸等，可以促进菌丝的生长，培养料中死亡的微生物残体也为双孢菇生长积累各种各样的营养源及水分。由此可见，各种微生物的繁殖活动为双孢菇的生长制造了一种具有选择性的优质培养料。必须指出的是，建堆后料内微生物的活动规律和培养料理化性状的变化是受料堆本身的水、空气、营养、温度等条件制约的。

三、我国发酵技术的发展历史

我国在20世纪80年代前一般对培养料进行一次发酵，即建堆后依靠微生物活动自发增温而达到发酵的目的。由于堆温内外不均，杂菌杀灭不彻底，栽培中杂菌污染率较高，产量偏低。20世纪70年代后期，香港中文大学张树庭教授首次将国外先进的二次发酵技术引进到国内，并逐渐在国内推广，极大地促进了我国双孢菇发展。国外对培养料的发酵多采用隧道式集中发酵，工业化程度较高，国内小部分企业主要采用隧道式集中发酵，大部分企业采用分散式的室内床架式二次发酵。

四、双孢菇二次发酵

（一）二次发酵的历史

在20世纪50年代，美国人兰伯特用蘑菇堆肥中的厌氧发酵区、好氧发酵区、带有放线菌的高温区、干燥冷却区分别栽培蘑菇，发现用好氧发酵区的堆肥栽培效果最好。其他发酵区如在50～55℃温度和适当的通风条件下再进行堆制，堆肥质量可得到改进，因此提出二次发酵工艺。

1. 料堆的层次及发酵特点

料堆中的温度分布不均匀，从外到内一般分为外层冷却区、放线菌活跃区、最佳发酵区、厌氧发酵区，不同区分布见图1-126。

2. 不同区的发酵特点

（1）外层冷却区　是和外界空气直接接触的料堆表层，也是微生物的保护层，厚度7～15cm。由于风吹日晒，水分损失较多，温度一般在35℃左右，透气，干燥。

（2）放线菌活跃区　温度50℃左右，料上产生白色放线菌。

（3）最佳发酵区　温度70～80℃，这层中微生物不能存活，但化学反应却很活跃，该区发酵效果最好。

（4）厌氧发酵区　是料堆中下部温度较低而且呈过湿状态的料层，温度一般20～30℃，常常会因缺氧而进行厌氧发酵，有氨臭味，这层料不适合双孢菇菌丝生长。

（二）二次发酵法的优点和流程

1. 二次发酵法的优点

二次发酵技术是蘑菇标准化规范栽培的重要步骤，是蘑菇高产栽培不可缺少的技术措施，与传统的一次发酵相比具有诸多优点，具体如下。

①节约时间。二次发酵比常规发酵培养料堆制时间缩短了7～10天，降低了堆制的劳动强度。

②减少了杂菌和害虫。后发酵（第二次发酵）阶段通过巴氏消毒杀死了大量有害微生物以及料中的虫卵、幼虫等，同时还对菇房环境进行了1次彻底消毒，有效地控制了栽培过程中的病虫害。

③可提早出菇，增产20%左右。经过后发酵，培养料腐熟均匀，质地松软，消除了料内氨味，通气性好，菌丝定植快，而且在二次发酵过程中，培养料得到进一步分解，可溶性养分和菌体蛋白明显增多，使菌丝生长旺盛，出菇早，产量高，质量好。

④经过二次发酵，栽培用药量明显减少，降低了对栽培环境污染和菇体中农药残留量。

2. 二次发酵法的流程

原料预湿（约70%含水率）→预堆→建堆→前发酵（即第一次发酵，12～14天，翻堆3～4次）→后发酵（即第二次发酵，5～7天）→发酵合格。

（三）前发酵和后发酵结束后培养料的特征比较（表1-5）

（四）隧道式二次发酵

二次式发酵在播种前20天左右进行，分为前发酵和后发酵两个阶段。前发酵需翻3～4次，堆预湿、建堆和翻堆与一次发酵相同。后发酵分三个阶段，第一阶段为升温阶段，将料堆温度上升至58～62℃，并保持12～24h，是巴氏消毒的过程；第二阶段是恒温阶段，将菇房中的料温通过通风降温至50～52℃，保持4～6天；第三阶段是降温阶段，停止加热，使房温和料温逐渐降低，当料温在28℃以下时，后发酵就结束。现在的方式主要有室内床架式二次发酵和工厂化隧道式二次发酵，下面主要介绍隧道式二次发酵。

1. 隧道式二次发酵的历史和优点

意大利人率先发明了隧道式二次发酵，20世纪70年代在法国和荷兰应用成功。它的应用使蘑菇栽培更容易进行机械化传输、装床、接种和出料等工作，节约了大量的人力资源、能源，简化了环境控制操作。隧道式二次发酵与架床式二次发酵相比，优点如下。

①常规床架式二次发酵过程中，菇床的料温和室温差距通常可以达到10～15℃，但在隧道式集中发酵中，二者温差仅为1～2℃，这对正确维持高温有益微生物最适条件（48～52℃）是很有效的。

②不必在栽培室中进行高温高湿条件下的巴氏杀菌，所以对建筑设施、附属机器、电力系统损坏少。

③能有效地利用堆料发酵热，省能源，效率高。

2. 场地要求

工厂化双孢菇生产的培养料发酵在菌料工厂内完成，菌料厂封闭运行，分原料储备区、预湿混料区、前发酵（一次发酵）区和后发酵（二次发酵）区四个部分，对场地的要求是地势高，排水畅通，水源充足，菌料厂的地面除原料储备区外都应采取水泥硬化，并根据生产需求设计合理的给排水系统，菌料工厂的布局见图1-127。

表1-6为隧道式二次发酵时间表。

3. 前发酵

（1）发酵槽的结构　无论国内还是国外，新建的料场几乎普遍采用发酵槽进行前发酵。发酵槽是一种开放式的发酵设施，其供风构造与发酵隧道相似，三面有围墙拢住堆料，一面敞开便于进出堆料，上有防雨棚。地板下设坡度2%、高度0.15m的高压风管，高压风管按一定距离朝地面设置通气喷嘴。发酵槽长25～45m，宽5～8.5m，风压5000～7000Pa，供风量15～20m³/t·h。发酵槽采用间歇式通气方式，间歇时间根据料温上升需要调整。发酵槽受气候影响小，便于监测氧气流量及调控堆料温度（图1-128～图1-131）。　

（2）培养料基本配方　目前国内工厂化双孢菇栽培主要以麦秆和禽畜粪为主要原料，南方水稻产区也有阶段性采用稻草为主原料的。基本配方：干麦秆53%～55%，干鸡粪或牛马粪42%～47%，石膏3%～4%，尿素0.2%，豆粕2%。

以栽培面积480m²的菇房（一间长50m、宽5m、高5m的菇房）为例，需要优质麦秸28t，鸡粪22t，石膏2.2t，尿素90kg，豆粕1.2t。

（3）原料预处理

①麦草和鸡粪的收集。由于麦秆和稻草原料是季节性的培养料来源，因此收购麦秆和稻草必须在一季收够储存1年的用量。禽畜粪也必须有固定来源，并保持有20～30天的储备量。双孢菇工厂麦草的储备用方块草捆形式码垛，一般每个产季都会收储1年所用的麦草用量，以后按生产计划分批投料。投料时，要将麦草解捆，抖松，因麦秸在压捆过程中草茎被压扁，重新抖松后吸水较容易。鸡粪要选尽量干燥的，如有结块需要粉碎，鸡粪在使用前须用4～5天时间进行调质，使鸡粪含水适宜，结构松散，以利混合。如果没有干鸡粪，将采取湿鸡粪浸料工艺。

②培养料预湿、混料。详见表1-7。

a.麦秸的预湿。

（a）露天料场预湿：可以在露天料场上起大堆，将麦秸铺60～80cm厚，用水喷淋，让麦秸充分吸收水分。麦秸的预湿时间为4～6天，每天都要保证麦秸是湿透的。在此期间用铲车翻料2～3次，使麦秸混匀并提供微生物增殖必需的氧气。

（b）在浸料池内预湿：麦草打捆绳要捡干净，以免缠堵设备。将松散的麦草用铲车推进浸料池反复混合和浸水，一般一批料投25t左右麦草，在浸料池中形成的体积为200～210m³，浸料预湿时间48h，在此期间用铲车翻料3～4次，一般48h后捞料并在料场建堆。冬天时要避免冰块混入料堆，同时泡料和捞料后池内漂一层干草以防结冰（图1-132～图1-134）。

b.捞料：捞料时在池内把料举高再抛下1次，捞到场地举高把料抖下。目的就是让料均匀。天气暖时料堆要矮，易于保存草内的水分。冬天时要堆成大圆堆，同时遮盖风口保温（图1-135、图1-136）。

c.鸡粪预湿：把鸡粪加入搅拌机内进行破碎，同时加入适量的水进行稀释，以鸡粪能顺利抽出即可。搅拌完毕后打开出粪口，鸡粪经筛网过滤后流入储粪池内就可使用了。

d.闷堆：就是把麦秸处理成中间凹、四周凸、深80cm的方坑，然后将拌匀的液态鸡粪通过管道导入麦草中，让麦草充分吸收鸡粪。闷堆的时间通常在12h左右。

e.混料：在混料生产线上首先将尿素、石膏和豆粕搅拌均匀，然后用铲车把它们均匀地撒在麦秸和鸡粪上，接着用铲车把原料加入大型搅拌混料机内。这些原料在混料机内搅拌均匀后，经过传送带传出，水分含量灵活调节，以达到70%为宜（图1-137、图1-138）。

③料仓一次发酵。目前现代化的工厂一次发酵在料仓内完成，料仓分上下两层，上层装料，下层送风，送风方式可以是层板式的，也可以是管路式的，料仓的强制送风系统必须有穿透料层的能力。培养料经过混料调质后，立即用入料机装入料仓，进行一次发酵。采用发酵槽进行一次发酵一般为9天（可根据所用原材料的不同，适当调整发酵天数），期间倒仓2次。料温达到80℃维持1天倒仓；料温再达到80℃维持3天倒仓；料温最后达到80℃维持1天转入发酵隧道。在转仓过程中，重新启动发酵后，料温会再度上升到70～80℃，当料温小于68℃或大于82℃时，需进行调整，以防止烧料或低温发酵（图1-139、图1-140）。

4. 隧道式二次发酵的技术要点

（1）进二次隧道前的准备工作

第一，检查风嘴是否通畅及有无破损，风管是否有积水，风道是否有泄压，抛料机是否运转正常。

第二，检查料的水分是否适合，从而做相应调整，料的高度以1.9～2.0m为准，前后均匀一致。

第三，抛料机压过草料堵死的封嘴一定要清理掉，新风口滤网每月定期清洗1次。

（2）隧道装填堆料　经过良好料仓发酵的培养料需要运进二次发酵隧道进行巴氏灭菌，时间7～9天。在隧道系统中，装料是非常关键的，在装隧道时要用摆头抛料机（小型隧道20m×4m）或顶置式落料系统（大型隧道40m×6m）将前发酵的培养料松散一致地抛堆成宽4m、厚1.8～2.1m的料堆，堆料密度每平方米1t。如果堆料密度不匀，堆料密度高的部分（堆得紧的地方）循环风受阻，此处堆料就会变成缺氧状态。在装填堆料时应注意：草料不要紧贴门口，留20cm的距离；没有特殊情况入料要一次完成，避免产生断层；入料后插好温度探头，关闭大门，漏气的位置用发泡胶密封，清理场地卫生。进料1～2h后开风机，开风机前，打开水封井内的三通阀，排掉可能的存水（图1-141～图1-144）。

（3）隧道密闭发酵　堆料在隧道中发酵时，由高压风机产生强气流，经料堆底部风道吹过料层，循环利用或排出。堆料中插有温度探头，与控制仪及通风系统联动，通过调整新风与循环风的比例，即可保障堆料发酵所需要的氧气和温度。隧道下部的通风地面对着空气入口呈2%的坡度，目的是维持前后空间的压力均衡和有利于排除积水。采用密闭式隧道发酵时，由于隧道内既可蒸汽加温，又可加湿和加压通气，可不必翻堆，直至发酵料达到标准；对于发酵不均匀的隧道，需要进行1～2次机械翻堆或边转场边翻堆继续堆制，直至发酵料达到标准（图1-145）。

发酵过程中的温度、湿度、pH值等指标都是通过温度控制系统、调气控制系统、高压控制系统来实现的。发酵时，通过自动调控装置对发酵料进行监督，发酵温度控制在78～82℃，氧气含量在15%以上。发酵过程中当发酵仓内温度、通气发生异常时，自动调控装置会自动启动控制系统，使培养料自动发酵（图1-146）。

（4）严格的隧道式二次发酵分6个阶段　分别是均温阶段、升温阶段、巴氏灭菌阶段、冷却阶段、选择培养阶段、降温播种阶段。

①均温阶段。隧道填料后，用3～6h进行均温，使料层不同位置料温趋于一致，每吨培养料每小时给150～200m³的循环风，间隙给5%～10%的新风（图1-147）。

②升温阶段。料层温度稳定一致后，以每小时升1℃的速度将料温逐步升到58℃，过快过慢均需调节，这种温度的升降显示着微生物的生长规律，须严格遵守，风量控制在150m³/（t·h），供氧10%（图1-148）。

③巴氏灭菌阶段。料温58℃，保持8h，要严防料温大于60℃，否则会产生不利影响。在此期间，主要是利用巴氏消毒的原理，将培养料内残留的杂菌虫害杀死，但料温不能偏高，如偏高会伤害到发酵有益微生物，造成后期选择不利，培养料营养难以转化。风量120m³/（t·h），供氧10%，风机控制按设定程序进行。

④冷却阶段。巴氏灭菌结束后，要在4h内将料温降到48℃，平均每小时降3℃，在48℃的选择调节点进行特异性选择，环境控制按程序操作。

⑤选择培养阶段。在48℃料温的调节点进行为期2～3天的选择培养，使放线菌等有益微生物得到大量繁殖，风量100～150m³/（t·h），供氧充足，空温要服务于料温，如果选择正确，在后期，料温会呈爬升现象，但要把料温控制在稍低于50℃的范围，风量175m³/（t·h）。如果出现难以抑制的大于50℃的情况，说明选择效果不好，需要调整（图1-149）。

⑥降温播种阶段。当发酵料呈棕褐色，料内有大量的白色放线菌等有益微生物的菌斑、菌丝体，闻不到氨味或其他刺激性异味，略带有甜面包味，草茎柔软疏松有弹性，用手拉即断，不黏无滑感，不污手时，说明发酵结束。这时需加大新风量，将料温从48℃降到25℃，进行出料播种（图1-150）。

五、双孢菇隧道式三次发酵

三次发酵是采用具有保温性能的密闭式隧道进行双孢菇菌丝的集中发菌处理的过程。将二次发酵的培养料料温降到30℃进行通风，通风完全结束后，人才可以进入菇房进行翻格，将培养料均匀地摊铺在各层床架上，上下翻透抖松，然后整平料面，再重新密闭菇房，通入蒸汽加热，使料温维持在48～52℃，培养48h，打开门窗通气，待料温稳定在28℃以下时进行播种，菌种在最佳的环境条件下培养14天，在三次发酵室内就完成三次发酵过程。“三次发酵”与“二次发酵”有四个明显的不同。一是培养料的营养不同，通过“三次发酵”，培养料内有利于双孢菇菌丝生长的特异营养源积累多。二是抗病能力不同，经过“三次发酵”后，料内游离氨减少，杂菌明显减少。三是出菇时间不同，经过“三次发酵”后，出菇时间提前1周左右，与双区制栽培模式相比，每年通常可新增2批次栽培。四是产量不同，产量提高15%左右。“三次发酵”技术，国外已经大面积推广使用，国内正在积极试验。在二次发酵成功的地区，可以根据自己的条件做些试验，逐步发展；在生产条件差，二次发酵还不够成熟地区，应先掌握好“二次发酵”技术，提高现有的双孢菇产量，等条件成熟后再进行“三次发酵”试验。

虽然双孢菇堆料的发酵场地有所不同，但是各发酵阶段的天数基本相同，三次发酵的时间表：预堆3～4天；第一次发酵8～14天；第二次发酵4～7天；第三次发酵（隧道发菌）15～18天。这三次发酵的总周期为35～42天（5～6周）。