翁曉星，陸丹丹，鄭 濤，趙 晉，林 雪，朱建錫，王 潔，費 焱

(浙江省農(nóng)業(yè)機械研究院，浙江 金華 321017)

0 引言

食用菌是一類可以食用的大型真菌，具有肉質(zhì)或膠質(zhì)的大型子實體，又稱為蘑菇或食用蕈菌。我國在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中高度重視食用菌的有效利用[1]。作為最早栽培食用菌的國家之一，2018年我國食用菌總產(chǎn)量已突破3 800萬t，占世界食用菌總產(chǎn)量的70%以上[2]。我國不僅是食用菌生產(chǎn)大國，也是食用菌消費大國。在許多縣城或鄉(xiāng)鎮(zhèn)，食用菌已發(fā)展成為支柱產(chǎn)業(yè)，農(nóng)作物秸稈廢棄物和林副產(chǎn)品為發(fā)展食用菌產(chǎn)業(yè)提供了充足的原料。而栽培食用菌后的菌糠，含有豐富的蛋白質(zhì)，是畜禽養(yǎng)殖的飼料[3]。食用菌產(chǎn)業(yè)成為一項集經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益于一體的農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展項目。

食用菌是浙江省農(nóng)業(yè)10大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，金華市磐安縣是全國首批命名的“中國香菇之鄉(xiāng)”。食用菌產(chǎn)業(yè)是磐安的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增收致富的支柱產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)生產(chǎn)香菇、花菇、黑木耳、金針菇、平菇、猴頭菇、草菇、蘑菇、灰樹花、雞腿菇、竹蓀、靈芝、天麻和茯苓共14種食藥用菌。

但近年來，由于受勞動力、原材料和生產(chǎn)設(shè)備等諸多因素影響，生產(chǎn)規(guī)模呈下滑趨勢。原有粗放式的食用菌栽培模式具有質(zhì)量品質(zhì)不一、科技含量低等弊端，將被工廠化栽培模式所取代。食用菌工廠化生產(chǎn)是集模擬生態(tài)環(huán)境、智能化控制和自動化機械作業(yè)于一體的生產(chǎn)方式。目前我國食用菌工廠化栽培技術(shù)裝備的缺乏，嚴(yán)重制約了食用菌栽培產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，因此開發(fā)適應(yīng)食用菌工廠化栽培的技術(shù)裝備，是食用菌工廠化快速發(fā)展的必然方向。本文介紹了食用菌菌包生產(chǎn)現(xiàn)狀，提出食用菌工廠化生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。

1 工藝流程

食用菌栽培方式有瓶栽和袋栽2種。目前由于食用菌品種的限制，袋栽食用菌仍是主要使用方式，其主要工藝流程如圖1所示。

食用菌工廠化生產(chǎn)的栽培原料主要有雜木屑、玉米芯、甜菜渣和甘蔗渣等農(nóng)作物下腳料。食用菌采收后，栽培原料經(jīng)過發(fā)酵成為植物菌肥，實現(xiàn)生態(tài)循環(huán)利用。食用菌菌包制作是栽培的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響食用菌栽培的產(chǎn)量，也是一項勞動密集型的工作。對于袋栽食用菌菌包，其生產(chǎn)工序為開袋—套袋—打料—窩口—插棍—裝框。

菌包是將袋裝的栽培原料(如棉籽殼)接入菌種，再經(jīng)過大棚培養(yǎng)和溫控培養(yǎng)做成的。生產(chǎn)食用菌時，只要保持特定的溫度和濕度及菌包內(nèi)的水分，就可以長出食用菌。如圖2所示，工人們正在對菌種進行裝袋、滅菌、涼菌和接菌等操作。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

食用菌栽培模式共經(jīng)歷庭院經(jīng)濟、特種蔬菜、成片集約化和工廠化生產(chǎn)4個階段。前3種栽培模式存在勞動強度大和產(chǎn)出率低等問題，以香菇為例，傳統(tǒng)與工廠化模式的對比如表1所示，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及人力資本投入的加大，逐漸被食用菌的工廠化生產(chǎn)所取代[4]。

表1 傳統(tǒng)模式與工廠化模式的適用性對比Tab.1 Comparison of applicability between traditional model and factory model

工廠化食用菌生產(chǎn)在20世紀(jì)50年代從日本興起，菌包工廠化生產(chǎn)技術(shù)是指應(yīng)用拌料設(shè)備、裝袋設(shè)備和高效滅菌設(shè)備，在食用菌菌包制作環(huán)節(jié)，以量化的技術(shù)參數(shù)完成配料、拌料、裝袋、滅菌和接種等程序，向菇農(nóng)提供成品菌包。

1947年，荷蘭Bels等通過調(diào)控菇房環(huán)節(jié)的方法實現(xiàn)雙胞蘑菇的工廠化生產(chǎn)。在第3次科技革命時期，歐美一些國家也實現(xiàn)了食用菌工廠化生產(chǎn)，利用高溫消滅霉菌，同時后續(xù)采收包裝環(huán)節(jié)也進行工廠化操作。20世紀(jì)80年代，荷蘭采用計算機技術(shù)對食用菌的生長環(huán)境進行控制，產(chǎn)量從20 kgm2增長至40 kgm2。在亞洲地區(qū)，日韓在拌料、裝瓶、殺菌和培養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)采用機械化和智能化技術(shù)，既降低勞動成本也提高產(chǎn)品質(zhì)量。圖3是日本長野市一家食用菌工廠，食用菌菌包日產(chǎn)量可達到3 t，其中金針菇的菌包產(chǎn)量占日本的37%，基本全部實現(xiàn)自動化流水線作業(yè)[5]。

我國食用菌菌包生產(chǎn)設(shè)備研究起步較晚，20世紀(jì)80年代后在沿海地區(qū)出現(xiàn)一些規(guī)模較大的食用菌生產(chǎn)廠，刺激了食用菌菌包設(shè)備的發(fā)展。2006年以來，我國食用菌設(shè)備走向提高質(zhì)量的快車道，這一時期的食用菌設(shè)備主要由一些食用菌生產(chǎn)廠家研發(fā)，圖4和圖5是目前常用的食用菌菌包生產(chǎn)設(shè)備[6]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，浙江省大部分的工廠化生產(chǎn)企業(yè)在拌料袋過程使用的還是半自動化或者效率低下的設(shè)備。這些設(shè)備生產(chǎn)水平較低，加工出的產(chǎn)品質(zhì)量達不到栽培需要，不能滿足大規(guī)模工廠化栽培生產(chǎn)需求。進口國外先進成套設(shè)備價格高，許多中小型企業(yè)無法承擔(dān)。

3 存在的問題及改進措施

制約菌包工廠化生產(chǎn)的主要因素是菌包生產(chǎn)設(shè)備自動化程度有待提高，尤其應(yīng)加大菌包自動化生產(chǎn)線和自動化接種機的研發(fā)力度。食用菌菌包的生產(chǎn)要經(jīng)過開袋、撐袋、進料、壓料、套環(huán)和封蓋等多道工序。目前菌包工廠化生產(chǎn)存在如下問題。①只有針對單個工序特制的設(shè)備，如打料機、裝袋機和封口機等，還需要人工輔助，隨州市曾都區(qū)機械制造有限公司的食用菌半自動流水線如圖6所示。中小型工廠化生產(chǎn)一般靠人工搬運和輸送，而大型工廠化生產(chǎn)則引進日本和韓國的拌勻輸送設(shè)備。②只有金針菇和杏鮑菇等少數(shù)品種實現(xiàn)了初步工廠化和機械化生產(chǎn)，與國外食用菌生產(chǎn)過程的機械化和可監(jiān)控相比有很大差距[7-9]。

食用菌工廠化栽培技術(shù)裝備的缺乏，嚴(yán)重制約了食用菌栽培產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，開發(fā)適應(yīng)食用菌工廠化栽培的技術(shù)裝備，實現(xiàn)食用菌工廠化生產(chǎn)，向?qū)I(yè)化和集約化的現(xiàn)代生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需求[10]。針對發(fā)達國家食用菌生產(chǎn)設(shè)備投資和運行成本高且不適合國內(nèi)栽培模式的問題，需開發(fā)適合我國國情的食用菌生產(chǎn)設(shè)備，以適應(yīng)多品種模式的需要[11]。

針對食用菌生產(chǎn)中存在的技術(shù)薄弱和設(shè)備落后等問題，科研院所、高校及企業(yè)等單位開展試驗研究。在搬運和運輸環(huán)節(jié)上，張玲等[12]設(shè)計了搬運機器人，為保證運動的精度采用液壓伺服控制系統(tǒng)實現(xiàn)機械臂運動的精確控制。通過6自由度設(shè)計與PLC控制系統(tǒng)，基本滿足食用菌生產(chǎn)線搬運的需要。陳長卿等[13]通過理論計算及機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計出針對叢生狀高產(chǎn)值食用菌菌包要求的裝袋部分機械結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

4 發(fā)展趨勢

食用菌工廠化栽培實際是封閉式、設(shè)施化、機械化及標(biāo)準(zhǔn)化培育，是在按照菇類生產(chǎn)需要設(shè)計的封閉式廠房中，在不同地域、不同氣候條件下利用溫控、濕控、風(fēng)控和光控設(shè)備創(chuàng)造人工環(huán)境，利用機械設(shè)備自動化(半自動化)操作，進行高效率生產(chǎn)。

(1)智能化是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)技術(shù)，通過各種傳感設(shè)備對空氣溫濕度、二氧化碳含量及光照強度等數(shù)據(jù)進行采集，利用以太網(wǎng)、4G和Wifi的網(wǎng)絡(luò)信號傳輸采集到的數(shù)據(jù)到控制中心，控制中心會根據(jù)人工經(jīng)驗所設(shè)置的各種參數(shù)進行比較，判斷實時數(shù)據(jù)是否符合預(yù)制參數(shù)要求，并通過手機APP或電腦端查看菌菇房內(nèi)實況，同時進行遠程控制。

(2)自動化機械作業(yè)是通過機械設(shè)備代替人工操作，對各個工藝環(huán)節(jié)生產(chǎn)裝備配備傳送帶或機械手，實現(xiàn)運載與搬運。通過食用菌生產(chǎn)成套設(shè)備的整體研究和單個工序設(shè)備的功能提升，提高機械化和成套化水平。

5 結(jié)束語

近年來，中國食用菌產(chǎn)業(yè)在增加產(chǎn)量的同時，更加注重提高質(zhì)量和保證安全，食用菌生產(chǎn)從數(shù)量增長型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變。當(dāng)前食用菌工廠化率不到10%，隨著大型食用菌工廠的興起，散戶經(jīng)營成本越來越高，無法與大型工廠競爭，工廠化栽培將逐漸代替分散經(jīng)營的手工作坊，成為主要栽培方式。與發(fā)達國家相比，我國工廠化食用菌菌包生產(chǎn)有很大的發(fā)展空間。同時，隨著國家地方扶持政策的出臺，一些關(guān)鍵設(shè)備進入農(nóng)機補貼目錄，刺激食用菌行業(yè)的發(fā)展，吸引更多有實力的企業(yè)投入其中。金華市磐安縣食用菌工廠化企業(yè)應(yīng)抓住機遇，加快實現(xiàn)食用菌工廠化的機械化、自動化和智能化，帶動產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。