CC BY
353
УДК 635.89
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ГРИБОВ ВЕШЕНКА НА ОСНОВЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СУБСТРАТА МЕТОДОМ ПАСТЕРИЗАЦИИ-ФЕРМЕНТАЦИИ В ТЕРМИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ
М. И. Дулов, доктор с.-х. наук, профессор; Е. В. Вялая, аспирант
ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»,
т. 8 (84663) 46-5-31
Предложены приемы технологии выращивания культивируемых грибов вешенка обыкновенная на основе приготовления субстрата методом пастеризации-ферментации в термической камере. Определены оптимальные технологические режимы процесса пастеризации-ферментации субстрата в термической камере, обеспечивающие высокое качество зарастания блоков мицелием, наибольшую урожайность товарных грибов за две волны плодоношения, биологическую эффективность и коэффициент конверсии.
Ключевые слова: грибы культивируемые, вешенка обыкновенная, субстрат, пастеризация, ферментация, термофильные микроорганизмы, селективность, актино-мицеты, термическая камера, технология выращивания, урожайность, биологическая эффективность, коэффициент конверсии.
В настоящее время в Поволжском регионе актуален вопрос развития отрасли грибоводства. Одной из основных проблем, которая сдерживает развитие грибоводства в регионе, является отсутствие доступной технологии приготовления высококачественного субстрата, позволяющего при выращивании получать высокие урожаи грибов товарного качества.
На наш взгляд, решение проблемы приготовления высококачественного субстрата для выращивания вешенки представляется возможным методом пастеризации - ферментации. В последние годы за рубежом на основе данного метода успешно применяются различные варианты технологии приготовления субстрата, но они могут быть внедрены только в условиях крупных грибоводческих производств, оснащенных термотуннелями, конструкции которых предназначены для единовременного приготовления большого количества субстрата, а также брикетерами - специальным оборудованием для формирования субстратных блоков [1].
В России действуют в основном небольшие и малые производства с объемом выращивания вешенки менее 100 тонн в год [2]. В этой связи цель исследований -совершенствование приемов выращивания культивируемых грибов вешенки на основе технологии обработки субстрата методом пастеризации - ферментации в термической камере, которую можно применять как в условиях крупных производств, так и в небольших хозяйствах, в том числе и лич-
ных приусадебных. Задача исследований -разработка оптимальных температурных и временных режимов обработки субстрата методом пастеризации-ферментации в термической камере.
За основу субстрата брали композицию из соломы пшеничной (45 %), шелухи гречихи (45 %) и опилок лиственных пород деревьев (10%) - комбинированный субстрат. Сухую, чистую, без признаков плес-невения солому измельчали до фракции размером 0,5...1,0 см, смешивали с другими компонентами субстрата и увлажняли его водой до влажности 65.75 %. Повтор-ность в опытах четырехкратная. Норма внесения мицелия составляла 5 % от сырой массы субстрата. Применяли стерильный зерновой мицелий вешенки обыкновенной (Р1еиго1и8 оэ^еаШэ) на просе -штамм НК-35.
Оценку продуктивности вешенки обыкновенной проводили за две волны плодоношения. Урожайность грибов определяли как отношение сырой массы грибов к сырой массе субстрата. Данный показатель в большей степени характеризует продуктивность субстрата с экономической точки зрения, но не учитывает влажность субстрата и влажность плодовых тел.
Биологическую эффективность выращивания грибов определяли как отношение сырой массы грибов к сухой массе субстрата. По данному показателю определяют урожайность грибов на различных по составу и влажности субстратах [3]. Коэффициент конверсии рассчитывали как от-
Нива Поволжья № 2 (19) май 2011 17
ношение сухой массы грибов к сухой массе субстрата. Значения данного показателя позволяют провести анализ конверсии питательных веществ плодовыми телами грибов, полученных на различных видах субстрата, отличающихся по влажности.
Промышленная технология подготовки субстрата методом пастеризации-ферментации включает в себя: 1) увлажнение соломы посредством замачивания в воде в течение 48...60 часов или увлажнение соломы на площадке в течение 2.4 дней, при этом ежедневно проводят перебивку соломы, чтобы исключить образование анаэробных зон; 2) пастеризацию субстрата в туннелях при температуре 60.70 °С в течение 8. 10 часов, и затем длительную аэробную ферментацию при температуре 50.55 °С в течение 48.60 часов [4-6].
В отличие от принятой технологии при подготовке небольших объемов субстрата процесс увлажнения сырья сокращается до нескольких часов. В связи с этим в наших опытах исключалась первая фаза ферментации - неконтролируемые процессы ферментации, происходящие на буртовых площадках во время процесса длительного увлажнения больших объемов сырья. Далее увлажненный субстрат фасовали в полипропиленовые пакеты и загружали его в термокамеру для термической обработки.
Пастеризация субстрата проводится с целью обеззараживания его от конкурентных микроорганизмов, угнетающих развитие мицелия вешенки. В опытах термическую обработку субстрата проводили в следующем диапазоне температур: при 60 °С - пастеризация-ферментация; при 70 °С - умеренная пастеризация; при 80 °С -умеренная пастеризация; при 90 °С - жесткая пастеризация и при 100 °С - жесткая пастеризация.
Изучаемые режимы термической обработки субстрата оказывали значительное влияние на выход стандартных блоков. Стандартный блок - это блок, который полностью освоен мицелием гриба вешенки в течение 18.21 дней инкубации с морфологическими признаками, свойственными для данного вида грибов. Блок должен быть равномерно заросшим с отсутствием признаков патогенной микрофлоры. Со стандартного блока при благоприятных условиях культивирования можно получать урожай до 25.30 % от сырой массы субстрата качественных грибов, соответствующих требованиям технических условий или других нормативных документов.
Выявлено, что при мягкой пастеризации-ферментации субстрата (температура
60 °С) в течение 16 и более часов в нем накапливается многочисленная популяция термофильных микроорганизмов, утилизирующих легкодоступные формы углеводов и азота, являющиеся основным питательным субстратом для патогенной микрофлоры. Однако несмотря на то, что при мягкой пастеризации уничтожаются вегетативные формы патогенных микроорганизмов, клещи, нематоды и насекомые выживают. И если сырье инфицировано, то обработка его при такой температуре не обеспечивает необходимый уровень защиты субстрата от вредителей, что приводит к нестабильности качества готового субстрата и снижению выхода стандартных блоков. Так, если при пастеризации субстрата в течение 2 часов с температурой 600С выход стандартных блоков составил в среднем 74 %, то при пастеризации субстрата при такой же температуре, но с экспозицией 16.20 часов выход доброкачественных блоков увеличился до 81.82 % (табл. 1).
Таблица 1
Влияние режимов пастеризации субстрата на выход стандартных блоков
Продолжительность обработки, ч Выход стандартных блоков, %, при температуре пастеризации
60 °С 70 °С 80 °С 90 °С 100 °С
2 74 83 86 9 8
8 77 90 93 7 6
12 79 96 99 6 5
16 81 84 82 5 5
20 82 78 75 5 4
Должный уровень защиты субстрата от вредителей обеспечивает его обработка при температуре 70 °С продолжительностью не менее 3 часов [7]. Наибольший выход стандартных блоков на уровне 90.96 % был обеспечен при данной температуре обработки субстрата продолжительностью от 8 до 12 часов. В то же время при продолжительности термической обработки субстрата свыше 16 часов наблюдалось уменьшение процента стандартных блоков. Это связано, на наш взгляд, с тем, что при увеличении продолжительности обработки субстрата усиливается разрушение лигноцеллюлозных связей, в результате чего целлюлоза становится доступной для ферментативного гидролиза конкурентных грибов рода Trichoderma, а селективность субстрата снижается.
При умеренной пастеризации субстрата (температура 80 °С) даже при длительной экспозиции не происходит стерилизации субстрата, споры термофильных мик-
роорганизмов сохраняют свою жизнеспособность и при наступлении благоприятных условий прорастают [8].
В наших опытах при проведении умеренной пастеризации субстрата при температуре 80 °С в течение 12 часов с последующей ферментацией субстрата при температуре 50 °С в течение 24 часов выход стандартных блоков в партии увеличивался и составлял в среднем 99 % от общего количества блоков. С увеличением экспозиции обработки субстрата усиливались процессы термического гидролиза целлюлозы и делигнификации субстрата, изменялись физико-механические его свойства, что приводило к ухудшению условий жизнедеятельности полезной аэробной микрофлоры субстрата. В этой связи при увеличении продолжительности обработки субстрата при температуре 80 °С от 16 до 20 часов процент стандартных блоков в партии снижался до 75 % от общего количества блоков.
При жесткой пастеризации происходила гибель вегетативных и споровых форм микрофлоры субстрата вплоть до стерилизации субстрата. При температуре 90 и 100 °С, даже при минимальной продолжительности обработки субстрата в течение 2 часов, происходило уничтожение полезной термофильной микрофлоры, способствующей накоплению селективных свойств субстрата, в связи с чем отмечался очень высокий процент брака в партии. По результатам проведенных исследований при пастеризации субстрата при температуре 90 °С выход стандартных блоков в зависимости от продолжительности пастеризации партии составлял всего 5.9 % от общего количества блоков. При температуре 100 °С доля бракованных блоков в партии достигала 92.96 %, т. е. количество стандартных блоков в партии изменялось от 4 до 8 % от общего количества блоков.
Ферментацию субстрата проводят с целью утилизации легкодоступных веществ бактериальной микрофлорой, способствующей повышению его селективности. «Селективность субстрата - это сумма факторов, которые благоприятствуют развитию мицелия вешенки в присутствии конкурентных микроорганизмов» [9].
Селективность основана на разнице в пищевых потребностях мицелия вешенки и плесеней. Развитие конкурентных микроорганизмов субстрата зависит от образующихся в нем легкодоступных форм соединений углерода и азота, при этом многие ксилотрофные грибы, в том числе вешенка, способны ферментативно разрушать лиг-
ноцеллюлозный комплекс соломы и свободно осваивать субстрат. Во время процесса ферментации за счет жизнедеятельности термофильных микроорганизмов происходит утилизация легкодоступных форм соединений углерода и азота субстрата и превращение питательных веществ субстрата в микробный белок, который является хорошим источником азотного питания для культивируемых грибов вешенки [10, 11]. Ферментация субстрата должна быть остановлена до того момента, когда начинается разрушение основы субстрата - лигноцеллюлозного комплекса и целлюлоза становится доступной для ферментативного гидролиза плесени триходермы. К тому же длительная экспозиция процесса термической обработки субстрата ухудшает его физические свойства. Процесс ферментации субстрата может осуществляться в широком диапазоне температур - от 40 до 60 °С. В связи с этим нами изучались следующие температурные режимы ферментации субстрата: при 40, 45, 50, и 55 °С.
Ферментация субстрата при температуре 40 °С совпадает с оптимумом развития мицелия патогенных плесеней, которые являются экстремальными мезофила-ми, находящемся в диапазоне температур 30.45 °С. В этой связи в наших опытах количество стандартных блоков в партии при ферментации субстрата при температуре 40 °С изменялось в пределах 45. 49 % от общего количества блоков при продолжительности обработки субстрата в диапазоне от 8 до 28 часов (табл. 2).
Таблица 2
Влияние режимов ферментации субстрата на выход стандартных блоков
Продолжительность обработки, ч Выход стандартных блоков, %, при температуре ферментации
40 °С 45 °С 50 °С 55 °С
8 45 77 88 90
12 47 79 91 92
16 49 81 95 94
20 49 83 99 98
24 48 85 99 99
28 47 88 99 99
Ферментация при температуре 45.55 °С способствует накоплению в увлажненном субстрате полезной термотолерантной термофильной микрофлоры. По данным зарубежных ученых, при благоприятных условиях за 24 часа количество термофилов увеличивается в 100.300 тыс. раз, что обеспечивает высокий уровень селектив-
Нива Поволжья № 2 (19) май 2011 19
ности субстрата. В наших опытах при увеличении экспозиции субстрата с 8 до 28 часов количество стандартных блоков увеличивалось с 77 до 88 % от общего количества блоков. Однако температура 45 °С наиболее благоприятна для жизнедеятельности термофильных грибов, характеризующихся более низкими темпами размножения по сравнению с термофильными бактериями и актиномицетами: необходимый уровень селективности субстрата при размножении термофильных грибов накапливается на 5-е сутки ферментации субстрата.
Ферментация субстрата при температуре 50.55 °С является наиболее оптимальной для жизнедеятельности термофильной микрофлоры. В данном диапазоне температур активно размножается большинство полезных термофильных актиномицетов и бактерий. В наших опытах количество стандартных блоков при данной температуре ферментации варьировало от 88 до 99 % от общего количества блоков. При увеличении экспозиции субстрата с 8 до 20, 24 и 28 часов количество стандартных блоков увеличивается до 99 % от общего количества блоков. Следовательно, для сокращения затрат на электроэнергию и затрат труда, затрачиваемых на поддержание оптимальной температуры во время процесса ферментации, наиболее целесообразно ферментацию субстрата проводить при температуре 50 °С, а продолжительность ее должна составлять не менее 20, но и не более 24 часов.
Субстрат после пастеризации в термической камере при температуре 80 °С в течение 12 часов и ферментации при температуре 50 °С в течение 20.24 часов охлаждали до температуры 22.24 °С, мицелий грибов равномерно смешивали с данным субстратом и фасовали в полиэтиленовые пакеты размером 30*40 см с толщиной пленки 14 мкм. В результате этого получали блоки массой в среднем 1,5 кг с плотностью субстрата 0,4 г/см3, диаметром 14.15 см, длиной 23.25 см и перфорацией по основанию блока. Далее блоки на 12.14 суток размещали в инкубационную камеру.
Температура развития мицелия в субстрате во время инкубации поддерживалась на уровне 25.32 °С. В первую неделю инкубации разогрев субстрата в центре блока до 35 °С нежелателен, так как прекращает развитие мицелия в субстрате и может привести к потере его жизнеспособности [12]. Влажность воздуха в инкубаци-
онной камере поддерживали на уровне 75.85 %. Окончание инкубации отмечали на стадии «белого блока», когда он был полностью освоен мицелием вешенки.
Заросшие блоки переносили в камеру плодоношения и размещали в виде сплошных сдвоенных стенок (ширина 0,5 м, высота 1,5.2,0 м, проход между параллельными рядами 0,85 м). Такое расположение блоков удобно для их обслуживания и позволяет размещать на 1 м2 выростной камеры до 150 кг субстрата. Кроме того, такое размещение блоков стенкой без использования стеллажей приводит к тому, что отдельные блоки в целом начинают работать как единый организм, перераспределяющий вокруг себя влагу, воздушно-газовый состав и внутреннюю мицелиаль-ную энергию. Строго определенное и направленное место плодоношения в совокупности приводит к возникновению кумулятивного эффекта образования и выхода плодовых тел, то есть концентрации образования плодовых тел в одном направлении, что дополнительно повышает выход урожая на 20.30 %.
В выростной камере температуру воздуха поддерживали на уровне 15.16 °С, влажность воздуха - 80.85 % [13]. Освещение в 100 люкс проводили ежедневно по 12 ч в сутки. Продолжительность производственного цикла - от приготовления субстрата до съема урожая второй волны -составляла 42.43 суток [14, 15].
Урожайность грибов вешенки обыкновенной на комбинированном субстрате из соломы пшеничной (45 %), шелухи гречихи (45 %) и опилок лиственных пород деревьев (10 %), приготовленном методом пастеризации-ферментации в термической камере, за две волны плодоношения составила 29,4 % от сырой массы субстрата (табл. 3). Для сравнения крупные фермы в Европе на соломистом субстрате, который в мире является широко используемым видом субстрата, за две волны плодоношения имеют урожайность в среднем 20 %. В России Агрокомбинат «Московский» имеет среднегодовую урожайность около 22 % товарного гриба за две волны плодоношения.
Биологическая эффективность на комбинированном субстрате составила 85,7 %. Учитывая, что современные производства имеют биологическую эффективность на уровне 70.80 % за две волны плодоношения на различных видах субстрата, то это достаточно высокий показатель урожайности и вполне отвечает уровню современного производства.
Таблица 3
Продуктивность и качество вешенки обыкновенной на комбинированном субстрате, приготовленном методом пастеризации-ферментации в термической камере
Коэффициент конверсии на комбинированном субстрате составлял 10,7 %. Это достаточно хороший показатель конверсии питательных элементов из субстрата в плодовые тела грибов. Это свидетельствует о том, что потенциал комбинированного субстрата за две волны плодоношения используется максимально полно. Массовая доля влаги в плодовых телах первой волны плодоношения, во время которой был собран основной урожай, равнялась 89,86 %, что на уровне оптимальных значений, составляющих 90.92 % от сырой массы субстрата.
Таким образом, при выращивании культивируемых грибов вешенки как в условиях крупного производства, так и в небольших хозяйствах пастеризацию субстрата в термической камере необходимо проводить при температуре 80 °С в течение 12 часов, а затем его ферментацию при температуре 50 °С в течение 20.24 часов. При данной технологии приготовления комбинированного субстрата отмечается высокое качество зарастания блоков мицелием (98.99 % стандартных блоков), урожайность товарных грибов за две волны плодоношения составляет 29,4 %, биологическая эффективность - 85,7 %, а коэффициент конверсии - 10,7 %.
Литература
1. Анненков, Б. Г. Использование ВасП-!ыб сегеиэ в создании качественных избирательных субстратов для интенсивного культивирования вешенки обыкновенной / Б. Г. Анненков, В. А. Азарова // Дальневосточный аграрный вестник. - 2008. - № 2. -С. 9-17.
2. Тишенков, А. Д. Индустрия производства вешенки в России / А. Д. Тишенков // Школа грибоводства. - 2007. - № 4 (46). -С. 21.
3. Тишенков, А. Д. Как повысить урожайность вешенки / А. Д. Тишенков // Школа грибоводства. - 2007. - № 3 (45). - С. 10.
4. Тишенков, А. Д. Организация небольшого цеха по приготовлению субстрата вешенки в тоннелях / А. Д. Тишенков, Ф. Ф. Карпов // Школа грибоводства. - 2007. - № 5 (41). - С. 19.
5. Тишенков, А. Д. Технология производства субстрата вешенки на полках в термокамере / А. Д. Тишенков, Ф. Ф. Карпов // Школа грибоводства. - 2006. - № 4 (40). -С. 16.
6. Нормы технологического проектирования комплексов по выращиванию вешен-ки. НТП-АПК 1.10.09.003-04. - М: Минсель-хоз. РФ, 2004. - 60 с.
7. Тишенков, А. Д. Субстраты для культивирования вешенки: Ч.1. Характеристика субстратов / А. Д. Тишенков. - М: Школа грибоводства, 1999. - 59 с.
8. Тишенков, А. Д. Субстраты для культивирования вешенки: Ч.2. Приготовление субстратов / А. Д. Тишенков. - М.: Школа грибоводства, 1999. - 57 с.
9. Тишенков, А. Д. Повышение селективности субстрата для выращивания вешенки с помощью аэробной ферментации / А. Д. Тишенков // Школа грибоводства. -2000. - № 5. - С. 14.
10. Тишенков, А. Д. Европа голосует за селективный субстрат вешенки / А. Д. Ти-шенков // Школа грибоводства. - 2007. -№ 2. - С. 23-25.
11. Бисько, Н. А. Термофильные бактерии и элективность субстрата для выращивания съедобных грибов рода Вешенка / Н. А. Бисько, В. Т. Билай // Школа грибоводства. - 2006. - № 5. - С. 49-53.
12. Технология выращивания вешенки / Институт экологии Волжского бассейна РАН / сост. Терехова В. А. - Тольятти: Центр оперативной полиграфии «Свято-гор», 1994. - 20 с.
13. Карпов, Ф. Ф. Роль испарения воды при развитии мицелия плодовых тел высших грибов / Ф. Ф. Карпов // Школа грибоводства. - 2000. - № 1. - С. 15.
14. Кравцов, С. А. Зарубежный и отечественный опыт производства вешенки: обзорная информация / С. А. Кравцов. - М.: ВАСХНИЛ. ВНИИТЭИ Агропром, 1990. -42 с.
15. Гарибова, Л. В. Выращивание грибов / Л. В. Гарибова. - М.: Вече, 2005. - 96 с.
Показатель Урожай
1 волна 2 волна За две волны
Урожайность грибов, % 21,6 7,8 29,4
Массовая доля сухих веществ в плодовых телах, % 10,14 7,90 -
Биологическая эффективность, % 85,7
Коэффициент конверсии,% 10,7
Нива Поволжья № 2 (19) май 2011 21
