Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и актуальность проблемы 12
1.1. Промышленное грибоводство, его значение и перспективы развития в России 12
1.2. Специализированные культивационные сооружения для выращивания шампиньона и способы регулирования параметров микроклимата 30
1.3. Технологический процесс выращивания шампиньона, системы и способы его культивирования 42
1.4. Цель, задачи и общая методика исследований 53
2. Оптимизация технологических параметров и режимов фермейтации субстрата для культивирования шампиньона 62
2.1. Методика количественной оценки интенсивности метаболических процессов в субстрате 62
2.1.1. Методика подбора исходных компонентов для приготовления синтетического субстрата 76
2.1.2. Режимы полива исходной массы соломы в процессе её предварительного увлажнения 86
2.1.3. Предпосылки оптимизации процесса ферментации субстрата для культивирования шампиньона 90
2.1.4. Сравнительная агротехнологическая характеристика процесса приготовления субстрата в зависимости от применяемой технологии 100
2.2. Способы и режимы термической обработки субстрата в зависимо сти от системы выращивания 121
2.2.1. Сравнительная оценка способов термической обработки субстрата в зависимости от системы выращивания шампиньона 116
2.2.2. Режим микроклимата и особенности процесса контролируемой ферментации субстрата, приготовленного по предлагаемой технологии 138
2.2.3. Агротехнические требования к конструкции камеры для термине- 163
ской обработки субстрата в массе и системе вентиляции тоннеля 2.3. Динамика плодоношения и урожайность шампиньона в зависимости от способа приготовления субстрата и его термической обработки 177
2.4. Сравнительная оценка продуктивности субстрата в зависимости от способа его приготовления 186
2.5. Выводы по главе 189
3. Обоснование применения новых материалов и агроприёмов в технологии приготов ления покровного грунта для культивирования шампиньона 191
3.1. Влияние состава покровного материала на процесс плод образования и плодоношения шампиньона 191
3.2. Обоснование возможности использования отработанного субстрата в технологии выращивания съедобных грибов 210
3.3. Оптимизация срока укрытия субстрата покровным материалом при многозональной системе выращивания шампиньона 227
3.4. Влияние внесения белковых добавок в субстрат и покровной материал на динамику и уровень урожайности шампиньона 230
3.5. Оптимизация режима полива в период плодоношения шампиньона 238
3.6. Выводы по главе 250
4. Оптимизация режимов воздухообмена в камере выращивания шампиньона по многозональной системе 253
4.1. Обоснование оптимального режима вентилирования культивационного помещения в зависимости от системы выращивания шампиньона 253
4.2. Влияние режима микроклимата камеры выращивания на урожайность и качество плодовых тел шампиньона 265
4.3. Выводы по главе 282
5. Бизнес-инновационный проект организации производства шампиньонов по многозональной технологии выращивания
5.1. Сравнительная агроэкономическая оценка различных технологических систем культивирования шампиньона 283
5.2. Организационно-технологическая модель промышленного грибоводства и её инвестиционная оценка 294
5.3. Выводы по главе 308
Выводы 310
Рекомендации производству 313
Список использованных источников 325
- Технологический процесс выращивания шампиньона, системы и способы его культивирования
- Предпосылки оптимизации процесса ферментации субстрата для культивирования шампиньона
- Обоснование возможности использования отработанного субстрата в технологии выращивания съедобных грибов
- Влияние режима микроклимата камеры выращивания на урожайность и качество плодовых тел шампиньона
Введение к работе
Промышленное грибоводство России является составной частью высокоинтенсивной и технически оснащенной отрасли овощеводства защищенного грунта, производящей широкий ассортимент внесезонной овощной продукции, в котором доля съедобных грибов постоянно растет.
Одной из ценнейших в пищевом отношении культур, выращиваемых в сооружениях защищенного грунта, является шампиньон. Его можно получать в течение круглого года непрерывно, используя специализированные культивационные сооружения - шампиньонницы. Дефицит полноценного белка в рационе человека — одна из самых глобальных проблем человечества. И в этом смысле культивируемые грибы: шампиньон, вешенка и др. виды позволяют решить эту проблему благодаря своим вкусовым качествам и высокому содержанию питательных веществ. Плодовые тела грибов богаты белками, углеводами, органическими кислотами и минеральными веществами, а белковый комплекс культивируемых грибов содержит все незаменимые аминокислоты. Грибы имеют также низкую калорийность, что в последнее время является одним из важнейших требований, предъявляемым к потребляемым в пищу продуктам. Обладая высокой поглотительной способностью и активностью ферментативного аппарата экстракты грибов используются в приготовлении лекарственных препаратов противоопухолевого назначения, повышающих иммунитет человеческого организма, а также используемых для выведения из организма человека ионов тяжелых металлов и радионуклеидов.
В связи со сложившейся экологической ситуацией в Европейских странах, в том числе в РФ, дикорастущие съедобные грибы стали малопригодны для их употребления в пищу. Выращенные же в специализированных сооружениях съедобные грибы можно отнести к экологически чистым продуктам питания. Становлению и ускоренному развитии отрасли грибоводства во всем мире способствует решение проблемы утилизации отходов растениеводства и птицеводства в производственном процессе приготовления субстрата для культивирования съедобных грибов.
В Российской Федерации промышленное грибоводство представлено рядом шампиньонных комплексов-гектарников, расположенных в основном около крупных городов в Европейской части России (в Московской области, в Ленинградской области, в г.Воронеж) и в Поволжье (в Чувашии и в Татарстане).
Общий объем производства шампиньона в России в настоящее время составляет около 9 тысяч тонн грибов в год, что крайне недостаточно для обеспечения потребностей населения в этом виде продукции.
Несомненно, крупным промышленным грибоводческим предприятия легче держаться на плаву в современных экономических условиях, обеспечивая большие объемы производства: до 1000 тонн и более грибов в год. Тенденция организации предприятий с объемом производства от 500 до 1000 т грибов в год сохраняется по экономическим соображениям. Однако, переход страны к рыночной экономике выявил ряд проблем в аграрном секторе Российской Федерации и поставил задачи усовершенствования и создания новых технологических процессов на базе имеющегося агропромышленного потенциала, целью которых является повышение эффективности сельскохозяйственного производства, снижение его ресурсопотребления. Рациональное использование топливно-энергетических и материальных ресурсов в производственном процессе в настоящее время является одной из главных задач.
Крупные промышленные комплексы по производству шампиньонов являются специализированными предприятиями с высоким (до 90%) уровнем механизации и автоматизации технологических процессов. Для поддержания оптимального температурно-влажностного режима, регулирования подачи воздуха с заданными параметрами и отвода газообразных продуктов обмена веществ, культивационные сооружения оборудованы системами кондиционирования воздуха, вентиляции, отопления, водо- и пароснабжения, а также системами автоматического контроля и регулирования параметров микроклимата.
Создание в современных экономических условиях небольших предприятий, фермерских или подсобных хозяйств требует существенного изменения подхода к вопросу организации выращивания грибов, экономической и техно-
7 логической оценки возможностей небольшого по объему производства по сравнению с крупными предприятиями. В этой связи важен научный анализ промышленных методов выращивания грибов, определение путей их адаптации, усовершенствования отдельных элементов технологии и возможности их применения в малом производстве.
В настоящее время организации производства шампиньонов представляется непростой проблемой, так как экстенсивное производство невыгодно, а применение промышленных методов культивирования (унифицированные конструкции, многоярусные стеллажи или контейнеры, системы кондиционирования и вентиляции воздуха, пароснабжения, система машин и т.п.) при небольших объемах производства требует больших затрат на капитальное строительство (или реконструкцию) наземных сооружений различного назначения.
В этой связи, организация централизованных производств по приготовлению субстратов для культивирования грибов могла бы решить проблему развития малого бизнеса в грибоводстве, так как технологический процесс приготовления субстрата достаточно трудоемок, и предприятиям с небольшими объемами производства он не под силу.
Современное грибоводческое предприятие - это интенсивное производство, базой которого является технология, стремящаяся в своем развитии к максимальной рационализации и оптимизации производственных процессов.
При этом необходимо отметить, что процесс производства целесообразно рассматривать как совокупность различных факторов, находящихся в тесной связи между собой, и, соответственно, существенно влияющих друг на друга. Лишь при оптимизации их взаимодействия можно ожидать положительного эффекта. С этой точки зрения мы рассматриваем и грибоводство.
В целях анализа грибоводческого производства, на наш взгляд, необходимо раздробить технологический процесс на составляющие элементы, параллельно рассматривая его в совокупности с факторами технического обеспечения: сооружениями, технологическим оборудованием, системой машин, с по-
8 мощью которых достигаются требуемые параметры тех или иных технологических процессов.
Необходимо отметить, что в последние 30-40 лет во всем мире наблюдается интенсивное развитие материально-технической базы грибоводства, внедрение в производство индустриальных методов ведения культуры, что тесно связано с широкой реализацией достижений научно-технического процесса в агропромышленном секторе. Этому предшествовала многолетняя научно-исследовательская работа, направленная на совершенствование отдельных элементов технологии, разработку исходных данных, технологических и технических решений, агроприемов, требований к сооружениям и оборудованию, обслуживающему технологию. В настоящее время назрела практическая необходимость разработки и внедрения перспективных ресурсосберегающих технологических процессов и отдельных элементов технологии культивирования грибов с целью повышения эффективности промышленного грибоводства РФ, как на имеющихся производственных грибоводческих комплексах, так и при создании новых производств.
Результатом проводимых в этом направлении научно-исследовательских работ является энергосберегающая технология, которая в сравнении с ранее используемой технологией обеспечивает более высокую продуктивность шампиньона и существенное снижение ресурсопотребления, что чрезвычайно актуально в современном агропромышленном производстве.
В представленной работе обобщены результаты исследований и разработок, выполненных в 1982-2002 годах в лаборатории грибоводства отдела защищенного грунта ВНИИ овощеводства по заданию отраслевой государственной программы 0.51.18, утвержденной ГКНТ СМ РФ, РАСХН и МСХ РФ.
Основная часть материалов, изложенных в диссертации, разработана лично автором и в главах 2,3 использованы материалы экспериментальных исследований, расчетов, полученных лично автором и совместно с коллективом, занимающимся разработкой перспективных элементов интенсивной промышленной технологии культивирования съедобных грибов в лице заведующей ла-
9 бораторией зашиты растений, д.с.-х.н. К.Л. Алексеевой и старшего научного сотрудника лаборатории грибоводства, кандидата биологических наук: Г.Я. Макаровой, а также с участием специалистов других организаций (ВИСХОМ г. Москва, Гипронисельпром, г. Орел, ЗАО «Заречье» Московской области), которым автор выражает свою искреннюю благодарность.
Общая доля участия автора в исследованиях составляет около 80%, Автор диссертации глубоко признателен доктору с.-х. наук, академику РАСХН С.С. Литвинову; доктору с.-х. наук, Р.Дж. Нурметову; доктору с.-х. наук Г.А. Микаеляну; доктору техн. наук, академику РАСХН Г.И. Тараканову_за помощь и поддержку, оказанные при проведении этой многолетней и многоплановой работы.
В процессе теоретических и экспериментальных исследований получены следующие научно-технические результаты:
разработаны агротехнические требования к исходным материалам для приготовления субстрата и покровного материала;
изучена динамика водопотребления соломы в период ее предварительной подготовки, разработаны оптимальные режимы полива соломы в первую фазу приготовления субстрата (спонтанная ферментация);
обоснован способ приготовления субстрата по укороченной схеме на основе использования имеющихся производственных мощностей цехов приготовления субстрата отечественных грибоводческих комплексов, системы машин и технологического оборудования;
обоснованы технологические режимы термической обработки субстрата в тоннелях («в массе») в зависимости от способа приготовления субстрата;
разработана методика расчета количественных показателей процесса обмена веществ в системе: культивационное сооружение - субстрат+мицелий шампиньона;
- изучена динамика плодоношения и продуктивность штаммов и гибридов шампиньона двуспорового «нового типа» с интенсивной отдачей урожая в
10 первые две волны плодоношения; определены их агротехнические особенности и требования к условиям микроклимата;
проведен технологический и экономический анализ систем культивирования шампиньона в зависимости от типа грибоводческого предприятия на основе полного и сокращенного технологического цикла;
разработана региональная организационно-технологическая модель организации отрасли грибоводства для РФ;
разработана и обоснована усовершенствованная промышленная ресурсосберегающая технология культивирования шампиньона двуспорового на основе использования многозональной системы производства.
Актуальность исследуемой проблемы следует из приведенных выше задач дальнейшего развития промышленного грибоводства и роли в их осуществлении высокоэффективных ресурсосберегающих технологий и их отдельных' элементов.
Цель исследований состоит в научном обосновании и усовершенствовании основных элементов промышленной технологии выращивания шампиньона, используемой в настоящее время в производстве на грибоводческих комплексах РФ.
В качестве объекта исследований принят технологический процесс выращивания шампиньона двуспорового на промышленной основе по многозональной системе, при этом внимание акцентировано на детальном изучении его основных элементов: технологических процессов приготовления субстрата и покровного материала для культуры шампиньона двуспорового и оптимизации технологических режимов в различные фазы роста и развития шампиньона на основе количественной оценки процессов, происходящих в субстрате в результате жизнедеятельности микрофлоры и мицелия шампиньона в специализированных культивационных сооружениях.
В предлагаемой работе впервые проведен агротехнологический и экономический анализ существующих систем культивирования шампиньона двуспорового, определены направления и возможности совершенствования сущест-
вующей базовой технологии выращивания шампиньона на промышленной основе с целью снижения ее ресурсопотребления, разработано научное обоснование основных усовершенствованных элементов технологии культивирования шампиньона. Получены исходные данные и параметры основных технологических процессов, которые использованы для технологического проектирования при организации вновь создаваемых грибоводческих предприятий отрасли с 1982 года.
На защиту выносятся следующие основные положения и результаты работы:
Ресурсосберегающий технологический процесс приготовления субстрата;
Агротехнологическое обоснование способа термической обработки субстрата в массе в специализированном сооружении -тоннеле;
Технология приготовления покровного грунта на основе использования широкого спектра исходных материалов и повторного применения отработанного субстрата после культуры шампиньона в качестве компонента покровного материала;
Технологические режимы вентилирования культивационных помещений в зависимости от применяемой системы выращивания шампиньона;
Сравнительный агроэкономический анализ технологических систем, применяемых в грибоводстве;
Новая региональная организационно-технологическая модель грибоводческого производства, обоснование её инвестиционной привлекательности
12 1.СОСТОЯНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
Технологический процесс выращивания шампиньона, системы и способы его культивирования
Как было отмечено ранее, выращиванием грибов в различных странах мира занимаются уже более трех столетий. Однако только за последние 30-40 лет созданы предпосылки для внедрения в производство индустриальных методов ведения культуры. Этому способствовал интенсивный скачок в развитии материально-технической базы грибоводства, использовании унифицированных строительных конструкций и новейших строительных материалов, новейшего технологического оборудования, системы машин, систем контроля и управления микроклиматом в культивационных помещениях; а также новейшие научные разработки в области селекции и технологии культивирования грибов. Потребительский спрос на культивируемые грибы не снижается, что связано, прежде всего, с тем, что они являются экологически чистым и безопасным для употребления в пищу продуктом. Грибы промышленного производства выгодно отличаются от дикорастущих грибов, употребление которых в пищу в последнее время часто вызывает у людей пищевые отравления. Грибы не обладают способностью самостоятельно синтезировать белки, и получают питательные вещества из субстрата, на котором произрастают. По этой причине дикорастущие грибы в условиях загрязнения окружающей среды становятся опасными из-за накопления токсинов, радионуклеидов, ионов тяжелых металлов и т.п.
Для решения проблемы дефицита белка человечество постоянно находится в поиске его новых источников. В России лесные грибы употребляются в пищу с незапамятных времен и до настоящего времени. Они являются популярным национальным блюдом и украшением любого праздничного стола.
Грибы произрастают во всех природно-климатических зонах земного шара. В настоящее время известно и описано около 100000 видов грибов. В Рос 17 сии насчитывается около 200 видов дикорастущих съедобных грибов. Практически в пищу употребляется не более 40 видов.
По данным ботанического института им. В.Л. Комарова РАН урожай съедобных грибов, в среднем, в РФ достигает примерно 3,3 миллиона тонн, собирается же менее 1%, так как сбор в лесах связан с определенными трудностями. Кроме того, в естественных условиях хорошие урожаи грибов наблюдаются не ежегодно. Сбор дикорастущих грибов производится сезонно, а качество грибов в большой степени зависит от поврежденности плодовых тел личинками насекомых. В связи с интенсификацией ведения лесного хозяйства, активной вырубкой лесов и растущим загрязнением окружающей среды сбор дикорастущих грибов с каждым годом снижается. А в ряде регионов страны, сильно загрязненных радиоактивными осадками, должен быть категорически запрещен во избежании тяжелых последствий от употребления в пищу грибов, произрастающих на зараженных территориях.
В этой связи возрастает значение промышленного культивирования съедобных грибов, которое обеспечивает большие объемы производства белоксо-держащей продукции - плодовых тел (шампиньона и вешенки, в основном), ликвидирует сезонность в поставках потребителям свежих грибов и продуктов их переработки.
Грибоводство идеально вписывается в производственный ряд с такими отраслями АПК, как растениеводство и животноводство, так как в своем технологическом производстве использует исходные материалы, являющиеся отходами этих отраслей сельскохозяйственного производства, утилизирует их и получает экономически эффективный выход ценной в пищевом отношении и экологически чистой продукции.
Издавна известны сведения о лекарственных свойствах съедобных грибов: так, в работах древнегреческого ученого Теофраста (IY в. до н.э.) отписываются шампиньоны и трюфели, употребляемые в качестве лекарственных препаратов. В настоящее же время установлено, что в соке грибов содержатся бактерицидные вещества: в шампиньонах - против тифозных палочек; в белых грибах - против палочек Коха. В БИН РАН проводились исследования по применению протеолитического препарата из базидиальных грибов, способного лизировать тромбы сосудов. Ведутся работы по созданию препаратов с высокой противоопухолевой активностью, которой обладает ферментативный комплекс высших базидиальных грибов.
Использование базидиальных грибов для производства медицинских препаратов требует регулярной поставки свежего высококачественного сырья.
К сожалению, многие научные исследования в области медицинского применения базидиальных грибов в России еще не перешли в стадию практического дела. Но, возможно, в ближайшем будущем, производство грибов будет востребовано именно для медицинских целей (Краснопольская Л.М., 1997).
Известно, что в теле взрослого человека, масса которого, в среднем составляет 70 кг, содержится около 40 кг воды, 15 кг белка, 7 кг жира, 3 кг минеральных солей, 0,7 кг углеводов. В организме человека постоянно происходят процессы обмена веществ: одни вещества окисляются и сгорают, поддерживая энергетический баланс, и взамен им нужны новые, также обеспечивающие поддержание жизнедеятельности человеческого организма.
Таким образом, за 70 лет жизни человек потребляет около 50 т воды, 2,5 т белка, 2,3 т жира, более Ют углеводов, почти 300 кг поваренной соли. Современные представления о качественных и количественных потребностях человека в пищевых веществах получили отражение в концепции сбалансированного питания, которая подчеркивает важность соблюдения в питании человека сбалансированного энергетического обмена. Чем же привлекательны грибы, как источники питательных веществ? Грибы имеют невысокую калорийность, поскольку содержат мало жиров и углеводов. Средняя калорийность 100 г продукта составляет 70-130 кДж (17-30 ккал), (табл. 1.2), (Корхонен М, 1981).
Исследованиями ряда ученых было установлено, что 150-200 г грибов (по сухой массе) достаточно для обеспечения суточного питательного баланса человека массой 70 кг. ( Дворнина А.А., 1987). Химический состав грибов и про 19 цессы, происходящие при их хранении, изучены недостаточно. Многие исследователи, работающие в этой области отмечают, что грибы более близки и представителям животного мира, так как аминокислоты, углеводы, некоторые продукты обмена веществ грибов существенно отличаются от аналогов растительной клетки (Низковская О.П., Фомина Н.Н., 1969).
Предпосылки оптимизации процесса ферментации субстрата для культивирования шампиньона
В современном промышленном грибоводстве существуют различные системы выращивания шампиньонов: однозональная и многозональная, каждая из которых имеет принципиальные отличия в технологии культивирования. При однозональной системе весь цикл выращивания проходит в одном культивационном помещении, при многозональной - в двух и более специализированных помещениях, имеющих оптимальные условия для каждой определенной фазы роста и развитие грибов или того или иного технологического процесса. Многозональная система культивирования шампиньона предусматривает выделение процесса термической обработки субстрата и последующего проращивание мицелия в массе субстрата в специально оборудованной для этой цели зоне. Термическая обработка субстрата в тоннелях с последующим проращиванием мицелия в массе субстрата выделяется таким образом в самостоятельное звено технологического процесса (Gerrits F., 1985, Дунайцев В.Т., 1981, Брызгалов В.А. и др. 1995).
В настоящее время многозональная система выращивания стала основной. А однозональная система видоизменилась. Это было обусловлено теми проблемами, которые возникли перед промышленным грибоводством в сфере совершенствования структуры организации производства, повышения его экономической эффективности, рационального использования сооружений и технологического оборудования, максимального использования средств механизации. По мнению ряда авторов, все это определило приоритеты в выборе системы и способа выращивания, наиболее распространенного в настоящее время в грибоводстве (Mucke К., 1962, Kornau Н., Besler D., 1968, Vedder P., 1973, 1980).
В процессе совершенствования технологии возделывания шампиньона, подбора наиболее экономически целесообразных емкостей для культуры самостоятельное развитие получили два способа выращивания: на стационарных многоярусных стеллажах и в перемещаемых емкостях (ящиках, контейнерах, мобильных этажерках, полиэтиленовых мешках) (Vedder Р., 1979). Следует отметить, что выращивание на грядах полностью потеряло свою актуальность из-за низкой производительности этого способа. Для производства грибов на про 46 мышленной основе приемлемы только способы с многоярусным размещением стеллажей или контейнеров, так как эффективность интенсивного производства грибов зависит от максимального использования объема культивационного помещения. (Sinden F., 1989,).
Процесс разработки и совершенствования элементов технологии идет непрерывно с момента возникновения промышленного культивирования грибов параллельно с поступательным движением научно-технического прогресса, поскольку, по определению многих ученых, технология, в ее обобщенном значении, это алгоритм производственного процесса, т.е. подробное описание, инструкция по ее выполнению (Литвинов С.С., Микаелян Г.А., 2001, Ранчева Ц., 1989).
Технология производства продукции является промышленной только в том случае, если она выполняется при помощи технических средств, включая комплексную механизацию не только основных, но и вспомогательных операций. Высшей ступенью промышленной технологии является технология, при которой функция управления и контроля, ранее выполняемые человеком, переданы прибором, системам автоматического управления производственным процессом. Технология выращивания шампиньона в мировой практике полностью соответствует данному определению (Edwards R., 1982, Hartmann К., 1979, Boomen F., Sinden F., 1989). И в этой связи, важным моментом является четкое определение параметров технологических процессов, оптимизация технологических режимов и т.п. для разработки программного обеспечения компьютерной техники, обслуживающей производство (Noble R., 1986). К сожалению, с точки зрения современного уровня автоматизации грибоводческого производства, наше отечественное грибоводство в настоящий момент можно отнести к полуавтоматизированному производству, в котором большая часть контроля и управления технологическими режимами отведена человеку.
Тем актуальнее становится работа по изучению биологических особенностей шампиньона в различные периоды его роста и развития, по оптимизации режимов микроклимата, обеспечивающих высокую продуктивность культуры. А переход к компьютерной технологии контроля и управления микроклиматом в отечественном грибоводстве в ближайшем будущем становится не только необходимым, но и просто неизбежным.
В этой связи для разработки программного обеспечения работы компьютерной системы необходима база данных, детально регламентирующая параметры факторов микроклимата, пределы их регулирования и режимы технологических процессов. Практический опыт работы отечественных грибоводче-ских предприятий показал, что успех культивирования грибов в значительной степени зависит от качества субстрата, от рецептуры и технологии его приготовления. В последние 30 лет в большинстве стран мира и в России в промышленном грибоводстве нашел широкое применение синтетический субстрат на основе соломы озимой пшеницы и бройлерного помета.
Термин «синтетический» субстрат (или компост) означает, что в его составе отсутствует конский навоз, который ранее был основным компонентом, и назывался такой компост - натуральным.
Исследования последних лет показали, что конский навоз можно успешно заменять другими органическими материалами (Дворнина А.А., 1980, Кушна-рёв С.А., 1969, Gerrits. F., 1974, 1980). На практике, таким образом, стремятся к тому, чтобы все заменители конского навоза были аналогичны ему по химическому составу и структуре.
Обоснование возможности использования отработанного субстрата в технологии выращивания съедобных грибов
В аэробных условиях органические кислоты полностью окисляются до углекислого газа (С02) и воды (Н20) с выделением теплоты. В анаэробных условиях полное окисление жирных кислот невозможно, поэтому они накапливаются в окружающей среде, что может привести к ингибированию протекающих в необходимом направлении микробиологических процессов.
Продукты промежуточного распада белков (дипептиды, аминокислоты) ассимилируются микроорганизмами в процессе создания своих клеточных структур.
Для каждой группы микроорганизмов (бактерий, актиномицетов и плесеней) характерен определенный диапазон температуры, который обеспечивает их оптимальный рост и развитие.
Таким образом, в результате всех вышеуказанных процессов, и прежде всего изменения температуры, в компостируемой массе происходит последовательная смена групп микроорганизмов, что приводит к созданию микроб 72 ной биомассы, служащей в дальнейшем источником питания для шампиньона.
В процессе проведения спонтанной ферментации в субстрате накапливаются продукты разложения клетчатки, пектиновых веществ и азотсодержащих соединений, а именно: гемицеллюлозы, сахара, лигнин и белок микроорганизмов.
Полученный субстрат еще не является пригодным для последующего культивирования шампиньона.
Заключительной фазой приготовления субстрата в современной технологии является термическая обработка, которая осуществляется в специальном помещении (тоннеле) и является самостоятельным и естественным процессом, протекающим в контролируемых условиях.
Режим проведения контролируемой ферментации задается и регулируется извне с помощью технологического оборудования. Условия, в которых проходит вторая фаза ферментации субстрата, играют важную роль в обеспечении качества субстрата, отвечающего требованиям селективности для культуры шампиньона.
Целью термической обработки является уничтожение вредных для шампиньона микроорганизмов (конкурентов, возбудителей болезней и вредителей, находящихся в субстрате в различных фазах своего развития), а также улучшение качества субстрата при завершении процесса ферментации.
Во время термической обработки микроорганизмы продолжают расщеплять легкоусвояемые сахара и часть сложных органических соединений. При этом аммиак и ряд органических соединений преобразуются в аминокислоты и белки по следующей схеме (Fermor F., 1981, 1982, Grable К., 1971): сахара +02 органические кислоты +№Нз аминокислоты -НгО—» белки.
Продолжительность термической обработки субстрата зависит от многих факторов, среди которых одним из важнейших является степень удаления аммиака из массы, так как шампиньон не выдерживает даже незначительной его концентрации в субстрате. Отсутствие свободного аммиака служит диагностическим признакам готовности субстрата.
Во время охлаждения субстрата происходит восстановление полезной микрофлоры и удаление аммиака, чем и завершается процесс приготовления субстрата, достигается его селективность для шампиньона. Важнейшими представителями находящихся в массе актиномицетов являются Thermo-actinomyces sp., Thermonospora sp. Среди бактерий важнейшими являются Bacillus caaqulens, B.subtilus, а среди термофильных плесеней - Humicola qrisea var. Thermoidea, H. insolens, H. Lanuqinosa, Chaetomium thermophile и др.
Для хорошо приготовленного субстрата, как отмечает Meulupas (1987), характерно отсутствие аммиака, Сахаров и легкорастворимых углеводов. При этом в готовом субстрате присутствуют зольный остаток, гумусовые вещества (в виде лигниногумусового комплекса) и микробная масса, содержащая белки, клеточные оболочки, полифосфаты, углеводы.
В конечном счете, совокупность всех биохимических и микробиологических процессов, связанных с активным преобразованием органического вещества компостируемой массы, как во время спонтанной ферментации, так и во время термической обработки при участии микроорганизмов, приводит к получению «селективного» субстрата для последующего культивирования шампиньона.
На основании данных замеров концентрации указанных газов в воздухе цеха приготовления субстрата работниками санэпидемстанции установлено, что для целей удаления вентиляцией практическое значение имеет только аммиак, количественное выделение которого компостируемой массой значительно. В связи с этим нами была разработана методика расчета выделения аммиака и тепловыделений массой субстрата.
Влияние режима микроклимата камеры выращивания на урожайность и качество плодовых тел шампиньона
Технология выращивания шампиньона, независимо от систем и способов культивирования, предусматривает проведение термической обработки субстрата, которая является важнейшим ключевым элементом промышленного производства высококачественного субстрата.
В связи с ограниченным применением химических средств борьбы с вредителями и болезнями шампиньона, термическая обработка субстрата в промышленной технологии его выращивания является эффективным приемом в борьбе с вредителями и болезнями шампиньона, а также заключительным этапом приготовления субстрата. Таким образом, термическая обработка субстрата преследует две цели: 1) уничтожить вредителей и источники заболеваний шампиньона; 2) завершить процесс ферментации в контролируемых условиях (Over-stijnsA., 1979,1980). Субстрат, прошедший стадию спонтанной ферментации, содержит большое количество вредных для мицелия шампиньона организмов (бактерий, грибов, червей), поэтому в первую очередь целью термической обработки является обезвреживание субстрата. Это достигается путем обработки субстрата высокой температурой (58.. .62 С) в течение определенного промежутка времени.
Теоретически, вредоносные организмы могут быть уничтожены быстро, но так как в различных слоях массы субстрата могут существовать различия по температуре в период обработки, то ее продолжительность из практических соображений, должна составлять не 6-8 часов (рекомендуемое время обработки), а 10 и более часов (Hardemare G., Auriol F., 1971, Zaayen A., 1983).
Большинство исследователей считают, что при проведении термической обработки главным моментом является обеспечение равномерного распределения температуры в субстрате. В связи с этим обязательна постоянная и достаточная циркуляция воздуха в помещении.
Первый период термической обработки субстрата в практическом грибоводстве получил название - пастеризация, так как обработку субстрата проводят насыщенным паром низкого давления, не доводя температуру до +100 С (Overstijns А., 1981,1985).
Субстрат, прошедший пастеризацию и свободный от вредителей и источников болезней, еще не пригоден для выращивания шампиньона, поэтому после пастеризации субстрат подвергается медленному охлаждениию. Термин "кондиционирование", которым большинство авторов называют этот период, на наш взгляд, не совсем корректен, и по своему прямому значению должен относится к процессу обработки воздуха, который может подвергаться кондиционированию с целью обработки и доведения его параметров до необходимых значений. Субстрат подвергается охлаждению с помощью воздуха, в этот период происходит восстановление активной деятельности микрофлоры субстрата и создание благоприятных условий для последующего роста и развития шампиньона. Оптимальные условия контролируемой ферментации создаются при медленно снижающейся температуре субстрата от +56...1р)одоЯйсА1@11ы4( стСпериода медленного охлаждения зависит, по мнению ряда исследователей, от способа его термической обработки (Ross P., Herns Р., 1983). Отмечено также, что наиболее быстрое удаление аммиака наблюдается при температуре субстрата +40...45 С. При высоком первоначальном уровне содержания аммиака в субстрате (0,6-0,8%) для его удаления в зависимости от температуры (от +35 С до +55 С) требуется в два-три раза больше времени (3.. .6 суток), чем при его низком содержании менее 0,2%.
Многочисленными исследованиями установлено, что лучшей селективностью для мицелия шампиньона обладает субстрат, прошедший стадию мед 118 ленного охлаждения при температуре +45...55 С (Gerrits F., 1980, 1989, Over-stijns А., 1984). При недостаточной аэрации субстрата и повышенной концентрации углекислого газа в воздухе помещения продолжительность фазы контролируемой ферментации может увеличиться в два раза (Griffin G.,1981).
Подаваемый в помещение, где проходит медленное охлаждение субстрат, воздух выполняет две основные задачи: 1) обеспечивает кислородом микрофлору субстрата, активизируя ее деятельность; 2) снижает температуру субстрата, одновременно удаляя газообразный аммиак. Количество воздуха с определенными параметрами, подающееся в помещении для термической обработки, прежде всего, зависит от активности микрофлоры субстрата, которая выражается в подъеме температуры субстрата (Gerrits F., 1984).
Процесс термической обработки субстрата может осуществляться различными способами в зависимости от выбранной системы выращивания. Так, например, при выращивании шампиньона по однозональной системе термическая обработка субстрата, а также все последующие технологические операции, проводятся непосредственно в камере выращивания. При выращивании шампиньона по многозональной системе в последнее время широко используются специализированные помещения, получившие название "тоннели", в которых обрабатываются большие массы субстрата (Beck К., 1977). Этот способ термической обработки получил также название термообработка субстрата "в массе" (Burgchardt Р., 1981, Carapiet G., 1981).
Сравнительная оценка способов термической обработки субстрата в камерах выращивания на многоярусных стеллажах (однозональная система выращивания) и в тоннелях (многозональная система выращивания) показала ряд преимуществ способа обработки субстрата "в массе".
