劉延嶺,劉芳芳,鄧 林,陶瑞霄,趙志峰,*

(1.四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川都江堰 611830;2.四川大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院,四川成都 610065)

油菜是我國主要的油料作物之一,種植面積十分廣泛,但其秸稈系數(shù)高達2.87,僅次于我國規(guī)模化栽培作物中的棉花[1]。長期以來,油菜采收后的大面積秸稈副產(chǎn)物直接在田間焚燒,造成了極大的資源浪費和空氣環(huán)境污染[2]。Mehmood等調(diào)查顯示,秸稈焚燒產(chǎn)生的PM2.5顆粒量從2002年34.2 Gg增至2016年109.8 Gg,是我國在采收期經(jīng)常遭受重度霧霾污染的主要原因[3]?；诖?秸稈資源利用技術(shù)成為了近年來的研究熱點,包括能源利用[4]、土肥利用[5]、飼料利用和食用菌栽培利用等[6],其中食用菌栽培利用可以直接獲得較高的經(jīng)濟效益。盡管如此,關(guān)于油菜秸稈用于栽培食用菌的報道很少。

油菜秸稈的化學(xué)成分主要為纖維素、木質(zhì)素、半纖維素和粗蛋白,占比總重81.37%[7],具有栽培木腐類和草腐類食用菌的潛質(zhì)。香菇、平菇、金針菇和黑木耳,是我國4種常見的經(jīng)濟食用菌,其主要活性成分多糖[8-9],具有抗腫瘤[10]、清除自由基[11]、抗氧化[12]和免疫調(diào)節(jié)[13]等多種保健功效,常被食品商制成滋補營養(yǎng)品,可以產(chǎn)生較高經(jīng)濟價值。研究表明,此4種食用菌的傳統(tǒng)栽培基料主要為棉籽殼,也有木屑和玉米芯等為栽培基料[14],目前食用菌栽培基料的研究主要集中在秸稈、稻草等纖維素含量高且物美價廉的農(nóng)副資源中[6,14],但其主要傾向于研究對食用菌產(chǎn)量的影響,較少關(guān)注食用菌中活性成分的影響。對此,本研究通過以油菜秸稈為基料栽培4種常見食用菌,綜合分析油菜秸稈基料對食用菌鮮重及生產(chǎn)期,多糖含量和葡萄糖醛酸含量等的影響,期望為油菜秸稈栽培食用菌提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

油菜秸稈 當(dāng)?shù)厥斋@后經(jīng)曬干、粉碎所得;棉籽殼、麩皮、蔗糖、石膏 市售;香菇菌株JW1、平菇菌株金鳳2-1、金針菇菌株F902、黑木耳菌株耳10號 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤與肥料研究所;葡萄糖標準品(分子量1800～2000000 u)、葡萄糖醛酸標準品 色譜純試劑,美國Sigma公司;98%濃硫酸、無水乙醇、氫氧化鈉、苯酚、3,5-二硝基水楊酸、間羥基聯(lián)苯等 國產(chǎn)分析純試劑。

SYQ-DSX-2080B型手提式蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠;SPX-250B-Z型生化培養(yǎng)箱 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;LG10-2.4A臺式高速離心機 北京時代北利離心機有限公司;V-1100可見分光光度計 上海美譜達儀器有限公司;Waters Breeze GPC凝膠滲透色譜儀 美國沃斯特有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 食用菌栽培及產(chǎn)量計算 參考實驗室前期分析油菜秸稈對銀耳栽培影響結(jié)果,選擇油菜秸稈和棉籽殼的比例為4∶6 (w/w)的栽培基料,作為香菇、平菇、金針菇、黑木耳栽培中的油菜秸稈和棉籽殼復(fù)配基料組(MY組)。同時,分別以單獨使用油菜秸稈(Y組)和單獨使用棉籽殼(M組)為栽培基料進行對比分析,綜合考察油菜秸稈基料對4種常見食用菌產(chǎn)量和活性成分的影響。食用菌栽培基料按表1配制后,混勻,按基料與水1∶1.2 (w/w)比例向基料中加入水,攪勻,袋裝,121 ℃滅菌15 min。將培養(yǎng)袋置于無菌室中晾至常溫后,分別接種香菇、平菇、金針菇和黑木耳母種。根據(jù)牛長滿[15]的方法在25 ℃條件下進行恒溫發(fā)菌、培養(yǎng),當(dāng)?shù)谝怀惫匠墒旌筮M行采收(只采收第一潮菇)。每一食用菌的每一樣品設(shè)置11組平行樣。稱量第一潮菇單袋重量,記為鮮重(g);計算從接種到第一潮菇成熟采收的時間,記為生長期(d)。

表1 食用菌栽培基料的組成成分Table 1 Medium ingredients for edible fungi cultivation

1.2.2 食用菌多糖含量的測定

1.2.2.1 食用菌粗多糖樣品制備及得率計算 將采收的潮菇平鋪于室內(nèi)向陽玻璃窗前的瓷臺上進行自然晾干(溫度25～30 ℃,濕度60% RH～75% RH)后,于70 ℃烘干至恒重,再粉碎過60目篩制成食用菌粉。取一定質(zhì)量的食用菌粉(M0),加入80倍質(zhì)量的去離子水,攪勻后于95 ℃下提取4.5 h,過濾后于8000 r/min離心15 min,取上清液于60 ℃下真空濃縮至原體積的1/3,加入濃縮液質(zhì)量4倍體積的無水乙醇,攪拌至沉淀完全析出,于4 ℃條件下靜置24 h后抽濾,用適量無水乙醇洗滌沉淀物(3～4次)后于60 ℃真空干燥6 h,得到食用菌粗多糖樣品,稱量重量記為M1,按照以下公式計算粗多糖得率(Y,%)。

粗多糖得率(Y,%)=M1/M0×100

1.2.2.2 食用菌多糖含量的測定 參照何照范等[16]所述的苯酚-硫酸比色法,測定食用菌粗多糖樣品的多糖含量(CP,%),樣品平行測定3次。其中,以葡萄糖為標準品繪制葡萄糖標準曲線,通過線性回歸得到方程y=0.0092x+0.0010(x表示葡萄糖濃度,μg/mL;y表示吸光值),方程相關(guān)系數(shù)為0.9995,葡萄糖濃度的線性檢測范圍為0～160.0 μg/mL。按照以下公式計算食用菌的多糖含量。

多糖含量(%)=CP×Y×100

式中:CP-粗多糖的多糖含量,%;Y-食用菌粗多糖得率,%。

1.2.3 食用菌葡萄糖醛酸含量的測定 參照Blcmenkrantz等[17]所述的間羥基聯(lián)苯法,測定食用菌粗多糖樣品的葡萄糖醛酸含量(CG,%),樣品平行測定3次。其中,以葡萄糖醛酸為標準品繪制葡萄糖醛酸標準曲線,通過線性回歸得到方程y=0.0073x+0.0015(x表示葡萄糖醛酸濃度,μg/mL;y表示吸光值),方程的相關(guān)系數(shù)為0.9990,葡萄糖醛酸濃度的線性檢測范圍為0～60 μg/mL。按照以下公式計算食用菌的葡萄糖醛酸含量。

葡萄糖醛酸含量(%)=CG×Y×100

1.2.4 分子量的測定 參照耿安靜等[18]所述的凝膠滲透色譜法,測定食用菌粗多糖樣品的分子量(重均分子量、數(shù)均分子量),并計算得到粗多糖樣品的多分散性系數(shù)(多分散性系數(shù)=重均分子量/數(shù)均分子量)。樣品平行測定3次,其中,以葡聚糖為標準品繪制葡聚糖質(zhì)量-峰面積標準曲線,通過線性回歸得到方程y=9870.34x-45068.57(x表示葡聚糖質(zhì)量,μg;y表示峰面積),方程的相關(guān)系數(shù)為0.9998。GPC色譜條件:色譜柱Ultrahyrogel linear(7.8 mm×300 mm),流動相0.02 mol/L NaNO3溶液、pH6.0,流速0.6 mL/min,柱溫40 ℃。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS 25.0軟件進行數(shù)據(jù)分析,測定結(jié)果以平均值±標準差表示。實驗數(shù)據(jù)采用ANOVA進行LSD方差分析,以P<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜秸稈對食用菌產(chǎn)量的影響

以棉籽殼基料(M組)、棉籽殼復(fù)配油菜秸稈基料(MY組)和油菜秸稈基料(Y組)栽培香菇、平菇、金針菇和黑木耳,測定4種食用菌在采收時的鮮重,結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?分別以單一棉籽殼、棉籽殼復(fù)配油菜秸稈或單一油菜秸稈為栽培基料時,4種食用菌均可正常生長。值得注意的是,相對于單一棉籽殼或油菜秸稈基料,棉籽殼復(fù)配油菜秸稈基料栽培的香菇、平菇和黑木耳,具有最高的鮮重,分別為480.18、485.26和430.16 g,其中香菇和平菇在M組和MY組栽培中存在顯著性差異(P<0.05)。但對于金針菇,隨著基料中油菜秸稈的比例由0%(M組)提升至40%(MY組)、100%(Y組)時,其鮮重分別降低了47.85%和67.44%。由此表明,以油菜秸稈為單一基料可用于香菇、平菇和黑木耳的栽培,但其鮮重低于油菜秸稈和棉籽殼復(fù)配栽培,而基料中油菜秸稈比例越高,金針菇的鮮重越低,這可能與供試金針菇品種相關(guān)[14]。

圖1 不同基料栽培食用菌的鮮重Fig.1 Weight of edible fungi cultivated with differential medium注:對于同一種食用菌,不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);圖2～圖4同。

同時,考察了4種食用菌分別在棉籽殼基料(M組)、棉籽殼復(fù)配油菜秸稈基料(MY組)和油菜秸稈基料(Y組)栽培時的生長期,結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?相對于單一棉籽殼或油菜秸稈基料,棉籽殼復(fù)配油菜秸稈基料栽培的香菇、平菇和黑木耳,具有最短的生長期,分別為24.64、19.73和18.64 d,其中黑木耳在M組和MY組栽培中存在顯著性差異(P<0.05)。但對于金針菇,隨基料中油菜秸稈的比例由0%(M組)提升至40%(MY組)和100%(Y組)時,其生長期分別延長了11.12%和25.83%。前期研究表明,基料中的C/N比是影響食用菌生長的重要因子[19]。牛文娟[7]分析發(fā)現(xiàn)油菜秸稈C元素組成的占比為42.89%,N元素組成的占比為0.77%,C/N比為55.70。魏啟舜等[20]分析市售棉籽殼的C/N比為79.8。綜合推斷,在棉籽殼基料中油菜秸稈的比例為40%時,其C/N比為70.16,在設(shè)定的栽培條件下,香菇、平菇和黑木耳具有更高的產(chǎn)量。

圖2 不同基料栽培食用菌的生長期Fig.2 Growth time of edible fungi cultivated with differential medium

2.2 油菜秸稈對食用菌多糖含量的影響

多糖是4種常見食用菌的主要活性物質(zhì)[8-9],為進一步考察油菜秸稈栽培對4種食用菌活性成分的影響,分析棉籽殼基料(M組)、棉籽殼復(fù)配油菜秸稈基料(MY組)和油菜秸稈基料(Y組)栽培食用菌時,食用菌多糖含量的變化,結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出,以傳統(tǒng)棉籽殼基料栽培,食用菌的多糖含量由高到低依次為香菇、金針菇、黑木耳、平菇,這與李承范研究7種食用菌多糖含量趨勢一致[21],食用菌多糖含量為5%～10%。此外,隨基料中油菜秸稈的比例由0%(M組)提升至40%(MY組)時,香菇、平菇和黑木耳的多糖含量提高了11.09%、24.86%和14.26%,而金針菇多糖含量則降低了17.32%。隨基料中油菜秸稈的比例由40%(MY組)提升至100%(Y組)時,4種食用菌的多糖含量都有所降低,特別是金針菇的多糖含量降低幅度高達44.66%。由此表明,在棉籽殼基料中復(fù)配40%的油菜秸稈,香菇、平菇和黑木耳的多糖含量顯著提高(P<0.05),金針菇則反之。

圖3 不同基料栽培食用菌的多糖含量Fig.3 Polysaccharide content of edible fungi cultivated with differential medium

2.3 油菜秸稈對食用菌葡萄糖醛酸含量的影響

多糖的各種生理活性往往與其成分構(gòu)成密切相關(guān)[22],據(jù)報道,糖醛酸含量與其抗氧化活性呈正相關(guān),并且抗氧化活性通常是其他生理活動的基礎(chǔ),例如抗炎和抗菌活性等[23]?；诖?通過油菜秸稈對4種食用菌中葡萄糖醛酸含量的影響,進一步分析油菜秸稈用于食用菌栽培的可行性,結(jié)果如圖4所示。隨基料中油菜秸稈的比例由0%(M組)提升至40%(MY組)時,香菇的葡萄糖醛酸含量顯著性地提高了16.81%(P<0.05),同時平菇和黑木耳也分別提高了4.65%和4.62%。但對于金針菇,隨基料中油菜秸稈的比例由0%提升至40%和100%時,其葡萄糖醛酸含量在持續(xù)地降低。由此表明,在棉籽殼基料中復(fù)配40%的油菜秸稈,有助于提高香菇、平菇和黑木耳中的葡萄糖醛酸含量,金針菇則反之。

圖4 不同基料栽培食用菌的葡萄糖醛酸含量Fig.4 Glucuronic acid content of edible fungi cultivated with differential medium

2.4 油菜秸稈對香菇粗多糖分子量的影響

通過進一步考察多糖含量和葡萄糖醛酸含量最高的食用菌,即香菇,在油菜秸稈比例分別為0%(M組)、40%(MY組)和100%(Y組)的基料栽培中,其產(chǎn)出食用菌的粗多糖樣品的分子量分布,分析油菜秸稈栽培食用菌的可行性,結(jié)果見表2。由表2可以看出,香菇多糖的分子具有不均一性的特點,不同基料栽培的香菇,其多糖分子量分布不盡相同。盡管如此,栽培基料中油菜秸稈比例分別為0%、40%和100%時,香菇粗多糖樣品中重均分子量和數(shù)均分子量無明顯差異,其中Y組和MY組多糖的多分散性系數(shù)分別是M組的1.24倍和1.13倍。由此推斷,Y組和MY組香菇粗多糖樣品,分子量較大的分子所占比例稍高于M組[24],進一步推斷相同質(zhì)量下,M組的粗多糖的抗氧化活性相對高于Y組和MY組[25]。

表2 香菇粗多糖分子量Table 2 Molecular weight of the crude polysaccharide from lentinus edodes

研究表明食用菌不能直接利用纖維素、半纖維素等大分子有機物,其生長情況與環(huán)境中降解纖維素的微生物群密切相關(guān),一些食用菌與微生物甚至存在共生關(guān)系[26]。Tian等[27]發(fā)現(xiàn)擬桿菌和鞘脂桿菌是油菜秸稈在纖維素發(fā)酵降解過程中的優(yōu)勢菌屬,由此推斷,在油菜秸稈添加量不同的培養(yǎng)基質(zhì)中,其環(huán)境中微生物群體豐度及多樣性差異影響纖維素的降解速率,進而影響食用菌生產(chǎn)情況。食用菌子實體營養(yǎng)成分隨著培養(yǎng)基質(zhì)不同而不同,食用菌的多糖組分又與菌絲分化形成子實體密切相關(guān)[26],由此推斷,食用菌的多糖組分在油菜秸稈添加量不同的培養(yǎng)基質(zhì)中,也會存在差異。

3 結(jié)論

本文以我國油料作物采收后的副產(chǎn)物油菜秸稈為研究對象,通過考察油菜秸稈栽培4種常見食用菌時對其產(chǎn)量和活性成分的影響,分析油菜秸稈栽培食用菌的可行性。相對于常規(guī)的棉籽殼基料,單獨油菜秸稈基料栽培的食用菌具有較低的產(chǎn)量,但在棉籽殼基料中復(fù)配40%的油菜秸稈時,香菇、平菇和黑木耳的鮮重提高至480.18、485.26和430.16 g;生長期縮短至24.64、19.73和18.64 d,其產(chǎn)量高于常規(guī)棉籽殼基料栽培的食用菌。在該栽培條件下,香菇、平菇和黑木耳的多糖含量顯著性高于棉籽殼基料栽培組(P<0.05),葡萄糖醛酸含量均亦有所提高,特別是在香菇中存在顯著性差異(P<0.05)且其粗多糖分子量分布無明顯差異。但對于金針菇,油菜秸稈的添加顯著性抑制其生長,致使其鮮重、多糖含量和葡萄糖醛酸含量顯著降低(P<0.05),生長期顯著延長(P<0.05)。因此,本文論證了以油菜秸稈栽培香菇、平菇和黑木耳具有可行性,是一種處理油菜秸稈的有效途徑。但尚需深入研究對食用菌中其他活性成分的影響和栽培其他食用菌的可行性。