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食用菌液体菌种研究现状及发展趋势
作者:    来源:互联网    点击数:   更新时间:2012年10月27日 【字体:

食用菌液体菌种研究现状及发展趋势*

戴建清1,曾志恒2
(1.福建省农业科学院食用菌研究所,福建 福州 350001;2.福州百菇生物技术有限公司,福建 福州 350014)
《中国食用菌》2012.5

  摘要:食用菌产业在我国农业生产中具有重要地位,菌种生产作为食用菌产业的首道工序,关系着这一产业的成败。液体菌种以其具有培养时间短、发菌快、菌龄整齐一致、接种方便等优点,并有利于食用菌规模化、工厂化生产,越来越受到食用菌生产企业的青睐,已成为食用菌制种产业的发展趋势。综述了当前国内外食用菌液体菌种的研究现状,总结了国内液体菌种制作工艺及关键技术,分析了制约我国液体制种发展因素,并对国内液体菌种发展趋势进行了展望。
  关键词:食用菌;液体菌种;深层培养

  食用菌,俗称蘑菇,是一类具有肉质、胶质、木质、革质子实体,并具有食用价值的大型菌物,通常是指肉眼可见、可以用手采摘、大小到达厘米级、单个子实体重量为50mg以上的大型菌物[1]。食用菌种类较多,据统计,全世界共有野生食用菌2000多种,中国就有981种,目前已开发利用常见的约30多种[2]。我国是食用菌生产和出口大国,2008年中国食用菌的年总量约为(1×107)t,产值约为500亿元,产量占世界总量的65%以上[2]。随着食用菌产业的快速发展,传统的食用菌生产模式越来越不能满足食用菌日益发展的要求。在食用菌产业中,菌种生产作为这一产业的首道工序,关系着这一产业的成败,其重要性不言而喻。与固体菌种相比,液体菌种以其具有培养时间短、发菌快、菌龄整齐一致、接种方便等优点,并有利于食用菌规模化、工厂化生产,越来越受到食用菌生产企业的青睐,已成为当前食用菌制种产业的发展趋势。因此,国内外的食用菌研发机构对利用液体发酵培养技术进行食用菌的工业化制种加大了投入和研发力度。

  1 国内外食用菌液体菌种研究现状和生产应用

  食用菌液体菌种生产技术是综合食用菌及工业发酵技术的一门交叉学科[3]。据资料报道,1948年,最早利用食用菌液体发酵技术的是美国的Humfeld等对蘑菇进行的液体深层发酵研究[4],从此食用菌的发酵生产在世界范围内兴起。1958年,美国液体深层发酵专家J.Szuecs利用发酵罐成功培养出多种食用菌菌丝体[5],之后食用菌液体培养的报道在国内外相继出现。1960年代在日本,固体菌种称之为“第一世代菌种”一直被广泛使用。直至1999年,日本一家大型菇厂首次采用了在可动发酵罐里培养菌种的韩国模式液体菌种系统(图1),并称之为“第二世代菌种”(图2)。在中国第四届蘑菇节,日本起源生物技术株式会社的小林恭久先生着重介绍了还原型液体菌种(图4),称之为“第三世代菌种”,它是把人工生产的还原型固体菌种块粉碎后用无菌水稀释而成的液体菌种,还原型固体菌种具有活力强,接种量大的特点,每1200mL菌种可扩接10000瓶(图3)。目前,日本一些大型金针菇菌种中心开始大规模地引进这一技术,并已经实用在金针菇和杏鲍菇的生产上。在国内,1962年中国科学院植物生理研究所的陈聿美等对香菇、平菇、草菇等15种食用菌的深层培养进行研究[6]。从此,有许多科研生产单位对多种食用菌进行了液体发酵培养的研究。但当时主要研究灵芝、蜜环菌、银耳等食用菌的液态发酵应用医药工业和食品饮料工业。直至1987年,上海师范大学的杨庆尧等首次报道以液体菌种作为原种,合成颗粒或谷粒菌种作栽培种的蘑菇制种新工艺,整个制种工序历时仅23d~27d,比旧工艺快3倍~4倍[7]。从此,食用菌液体培养制种的成功报道在国内相继出现。目前能用液体培养制种的食用菌有双孢蘑菇、金针菇、杏鲍菇、香菇、猴头菇、黑木耳、平菇等。但由于液体菌种对生产工艺及技术条件要求高,多数试验停留在摇瓶培养阶段,并受资金和技术的限制,我国仍有相当多食用菌生产企业和个人采用传统固体菌种栽培模式。2009年,黄爱荣等[8]利用全自动发酵罐对双孢蘑菇As2796液体菌种的发酵工艺进行了研究,并对不同扩增倍数的液体菌种的活力进行了比较。2010年,沈敏等对杏鲍菇液体菌种进行研发工作,并将液体菌种成功应用在工厂化栽培中,实现了杏鲍菇工厂化栽培的高产、优质、高效的目标[9]。随着工业化生产和经营管理方式组织食用菌生产的进程不断推进,越来越多食用菌生产企业将液体菌种生产技术与工厂化栽培技术有机结合,来实现食用菌规模化、标准化、现代化的工厂化生产。
  2 食用菌液体菌种制作工艺及关键技术
  2.1 液体菌种制作主要设备与固体制种比较,液体制种技术条件较高,所需的主要设备包括:液体培养基配制设备,包括电子称、不锈钢锅、电磁炉和增压泵(输送培养基到发酵罐内)等;摇瓶菌种培养设备,包括各种规格的锥形瓶、控温旋转式摇床等;液体菌种培养设备,包括发酵罐、空气过滤装置、温度控制装置、冷却装置、停电保护装置、空气压缩机和输送管道等;接种培养设备,包括接种针、液体菌种自动接种器、接种箱、超净工作台和生化培养箱等。目前,全国生产液体菌种设备的企业有多家,有些设备可操作性强,有的可操作性较差,一般用户技术不太熟练就容易造成失败。根据李灿等[10]多年的液体菌种指导的实践,一套优良的液体制种设备要有良好的空气过滤系统、灵敏的温度控制系统、快速冷却系统、停电保护装置,耐高压精加工的罐体等组成。液体制种利用的发酵罐仅仅是其中的一个主体设备,与其配套的接种枪等设备同等重要,当进入生产环节袋料接种时,需严格的无菌操作环境,才能保证栽培袋不受污染[11]。

韩式发酵罐 液体菌种
图1 韩式发酵罐    图2 液体菌种

还原型固体菌种 还原型液体菌种
图3 还原型固体菌种  图4 还原型液体菌种

  2.2 国内液体菌种制作工艺经过几十年的不断改进和完善,我国的食用菌液体菌种生产已取得了长足的进展。1989年,江苏工学院沈光伟等[12]研制并应用了成套的液体菌种生产装置及配套的生产工艺进行了液体菌种的生产,液体菌种生产工艺经科技人员的努力日臻成熟。目前,液体培养的菌种有作为原种或栽培种两种制种工艺。作为原种是把液体培养的菌种作为中间种,接到栽培种的培养基上,通过培养,制成固体栽培种。杨庆尧报道的蘑菇液体--颗粒菌种属于这种制种工艺。作为栽培种是把液体菌种直接接到栽培料上,通过培养收获食用菌子实体。金针菇、平菇的液体菌种的制备属于这种制种工艺。无论是以液体菌种作原种,还是以液体菌种作栽培种,主要取决于不同食用菌的生物学特性及栽培模式。
  2.3 液体菌种制作关键技术目前,食用菌的液体菌种的利用成为发展趋势,但只有部分食用菌工厂化生产企业涉足液体菌种的生产,很多人对该技术缺乏深入了解,根据前人的生产实践,总结了液体菌种制作关键技术有以下几点:摇瓶菌种培养基及培养条件的优化,根据不同品种食用菌的生物学特性,以菌丝生物量为指标,采用正交试验或响应面法,优化培养基和培养条件,确定最适碳源、氮源和pH值,以及装液量、最佳培养温度和摇床转数,经2级~3级扩大培养,为进入发酵罐培养提供活力强的摇瓶菌种;液体菌种发酵罐培养工艺优化;以菌丝生物量为指标,通过对发酵罐接种量、装液量、通气量和发酵起始pH值的单因素实验,优化发酵罐培养条件,并依据液体菌种的生长繁殖规律,绘制生长曲线,以菌丝体形态、生物量及pH值确定发酵终点;污染检查,液体菌种一旦受到污染,如果使用会造成严重的经济损失,所以检查污染是非常关键的步骤。通常采用先闻后看再取样的方法进行检查,并配备显微镜进行观察。在无菌操作下,取样接入空试管培养基上,培养24h后进行观察;液体菌种制作设备,发酵罐是液体制种中的关键设备,其必须要求可操作性强,并具有良好的空气过滤系统、灵敏的温度控制系统、快速冷却系统、停电保护装置,耐高压精加工的罐体等组成。此外,要求各个液体制种设备配套衔接,使整个液体制种工艺设计科学合理。

  3 食用菌液体菌种制作存在的问题

  尽管我国的食用菌液体菌种生产已取得了很大进步,但目前液体菌种制作过程中仍存在诸多问题,使得液体制种技术得不到普及和推广。食用菌液体菌种制种存在的问题主要表现在以下几个方面[11]:食用菌液体制种设备有待改进,发酵罐管路复杂,难以清洗,残留发酵液成为发酵罐内主要污染源之一,发酵罐内加热棒设计不科学等诸多问题待进一步改进;液体接种相关设备不配套,难以发挥液体制种的效用。各个液体制种设备配套衔接,使整个液体制种工艺设计科学合理;液体制种操作技术人才贫乏,加大推广难度。食用菌制种技术劳动强度大,高学历专业技术人才不愿进入,制种是整个食用菌生产过程的关键环节,高素质人才的短缺阻碍了液体制种技术的推广和发展;标准化的液体接种操作规程尚为空白。应加快建立标准化的液体接种操作规程,过程设计尽量程式化,增强操作的规范性。各项操作调控也尽量实现自动化,发酵管理参数标准化。

  4 国内食用菌液体菌种发展趋势

  中国食用菌品种繁多,产量和种类居世界首位。先进的制种技术对我国食用菌的生产和国际贸易具有重要影响。当前国际上食用菌制种行业已走上产业化、专业化、工厂化大规模生产的道路。液体菌种以其具有培养时间短、发菌快、菌龄整齐、接种方便等优点,并有利于食用菌规模化、周年化、工厂化生产,使其越来越受到食用菌生产企业的青睐,已成为食用菌制种产业的发展趋势。目前国内外食用菌液体菌种发展态势主要表现在以下几个方面:发展多品种液体菌种,由于生产工艺及技术条件要求较高,并受资金的限制,我国具有规模化、工厂化食用菌生产企业仍然以固体制种为主,液体制种的应用只局限于杏鲍菇、金针菇和蟹味菇等品种[13]。为适应国际市场需求,应在稳定发展现有常规种类的液体制种的基础上,同时适度发展各种珍稀菌种在液体菌种的开发,进一步的促进我国食用菌产业化发展;改进液体制种设备[11],改进加热系统、采气系统,解决发酵罐罐壁和罐内加热不均匀造成灭菌不彻底,以及因采气系统缺陷而造成大量污染的局面,采取适当措施以稳定罐内温度,使发酵罐体内温度均衡。比如用耐高温透明塑料替代钢管,以增加罐体内的可视性,空气导管应该便于拆卸清洗,以方便观察内部菌丝的生长情况,与发酵罐主体相关联的接种枪等附属设施应协调配套;液体菌种作为原种与栽培种生产工艺配套衔接。目前,福建省农业科学院食用菌研究所已建成国内首个采用无菌透气袋作包装材料的蘑菇透气袋栽培种生产线(图5~图7),配套以液体原种工艺和低温冷藏工艺进行工厂化生产,该项技术通过福州百菇生物技术有限公司向国内蘑菇栽培企业推广,获得良好效果;向工厂化、机械化和自动化发展。近年来,随着我国食用菌专业机械的不断问世和液体制种设备的不断改进,利用液体制种技术及相关配套设施,使得食用菌制种劳动强度大大减轻,提高了制种效率和效益。

透气袋蘑菇栽培种生产线
图5 透气袋蘑菇栽培种生产线

液体原种生产的新型透气袋蘑菇栽培种
图6 液体原种生产的新型透气袋蘑菇栽培种

低温冷藏的新型透气袋蘑菇栽培种
图7 低温冷藏的新型透气袋蘑菇栽培种

  参考文献

  [1]黄年来,林志彬,陈国良,等.中国食药用菌学[M].上海:上海科学技术文献出版社,2010.
  [2]戴建清,程翊,曾辉,等.当前食用菌制种研究概况及发展趋势分析[J].福建轻纺,2008(11):26-30.
  [3]范贵增,熊国真.我国食用菌液体菌种生产技术研究进展[J].江苏食用菌,1992(3):21-22.
  [4] Humfeld H. The production of mushroom mycelium(Agaricus campest- ris)in submerged culture[J]. Science, 1948 (107) : 373.
  [5] Szuecs J. Method of growing mushroom mycelium and the resulting products: United States, 2850841[P]. 1958.
  [6]陈聿美,陈俊标,焦瑞身.蘑菇菌的深层培养Ⅰ.菌丝的深层培养[J].实验生物学报,1963(8):548-557.
  [7]杨庆尧,张一新,糜可.蘑菇液体--颗粒菌种[J].上海农业学报,1987,3(1):9-22.
  [8]黄爱荣,缪礼鸿,边银丙.双孢蘑菇液体菌种发酵工艺研究[J].食用菌,2009,31(5):12-13.
  [9]沈敏,李文生,周磊.杏鲍菇液体菌种研制与工厂化栽培应用[J].中国农技推广,2011,27(6):14-15.
  [10]李灿,陈文超,郭凌.液体菌种制作关键技术[J].中国园艺文摘,2010(8):178-179.
  [11]郭静利,刘旭.食用菌液体和固体制种技术比较经济效益分析[J].中国农业科学,2011,44(4):835-841.
  [12]沈光伟,陈振亚,朱金华.液体菌种多功能培养罐研制报告[J].中国食用菌,1989(1):41-43.
  [13]张胜友.中国液体菌种生产新技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2010.

  *项目来源:基金项目,福建省科技厅公益类科研院所专项“蘑菇液态原种在透气袋栽培种生产中的应用研究(2011R1022-4)”。
  作者简介:戴建清,男,高级工程师,主要从事食用菌制种工艺研究

  常用计量单位符号 1、时间:d(天)、h(小时)、min(分)、s(秒)。 2、长度:km(千米)、m(米)、cm(厘米)、mm(毫米)。 3、面积:m2(平方米)、667m2(亩)、hm2(公顷)。 4、体积:m3(立方米)、L(升)、ml(毫升)、μl(微升)。 5、质量:t(吨)、kg(公斤 千克)、g(克)、mg(毫克)、μg(微克)。 6、浓度:mg/L、mg/kg(ppm,1×10-6)。

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