在堆料发酵过程中,起作用的微生物主要是嗜温细菌、放线菌,有时还有嗜温霉菌。这些微生物自然存在于堆料的原材料中,在合适的条件下生长繁殖,分解利用堆料中的可溶性营养物,进行生物代谢而产生热量、水和二氧化碳,同时也把氨态氮转化为蛋白质化合物,多种微生物的增殖和演替使堆料形成了腐殖质,从而具备了独特的选择性,这是蘑菇增产的物质基础。
大部分微生物的生长适温是20~40℃,称为好嗜中温菌(Mesophile);适宜在40~65℃生长的微生物为嗜热菌(Thermophile);适宜在20℃以下生长的微生物为嗜冷菌(psychrophile)。
在蘑菇堆料发酵过程中,主要是嗜热菌起作用,因此须按嗜热菌的环境温度进行调控。
由于大堆的堆料有聚热效应,发酵产生的热能使料温逐渐上升。当温度升到一定的高度,如40℃对于较先繁殖的好嗜中温菌群来说已经不适而衰亡,然后由嗜热菌群取代,直至温度到达60~63℃。高于这个温度,嗜热菌群都不能存活而停止繁殖。但某些嗜热菌芽孢可以在更高温度下存活。
堆料中的细菌、放线菌、霉菌等微生物群是如何繁衍交替的?这是非常复杂的问题,要搞清楚并非易事。但根据已有的研究结果可以肯定,在堆料发酵过程中主要有细菌、放线菌、霉菌三种微生物群参与(表6)。
表6 堆料发酵过程中重要的菌群
微生物群 种 属 名
细 菌 胶粘杆菌 Bacillus coagulans
枯草杆菌 Bacillus subtilis
放线菌 高温放线菌 Thermoactinomyces sp
高温单孢菌 Thermomonospora sp
链霉菌 Streptomyces sp
霉 菌 灰腐质霉高温变种 Humicola grisea var.thermoidea
柔毛腐质霉 Humicola lanuginosa
高温毛壳霉 Chaetomium thermophile var.dissitum
高温色串孢 Torula thermophile
细菌存在于秸秆茎叶表面,1g干稻草附有高温细菌1×105个。畜粪中发现有8种以上形态特征不同的球菌与杆菌,1g干粪含菌数量高达1~3×108个。此外,粪草原材料中还含有大量放线菌。Eicker(1980)从发酵堆料中分离出44种中温菌,50%以上有分解纤维素的能力。
堆料发酵开始时检出的主要是嗜中温菌如曲霉属(Aspergillus)和青霉属(Penicillium),这些菌群在之后的二次发酵“巴氏灭菌”过程中基本被消灭,因而在二次发酵后期检出的主要是嗜高温菌。一般情况下,二次发酵时堆料的腐熟温度限定在45~53℃范围内较适当,这是嗜高温放线菌和嗜高温细菌共同的适宜生长温区。发酵较好的堆料中有无数的放线菌而呈灰白色,即“白化现象”。
荷兰造料侧重于微生物的作用,注重微生物动力学过程。从一次发酵到二次发酵结束,堆肥内微生物群落变化是有序的、可控的。二次发酵重点培养链霉菌、双岐菌和黑腐质霉,这些菌群对蘑菇产量是有益的。不同的生产时期,堆料中的放线菌种类及数量有区别,数据列于表7。
表7 堆料中的放线菌种类与数量
孢子数/克干料重×104
放线菌种类
建堆时 二次发酵 接种时 发菌期 覆土时
普通高温放线菌
Thermoactinomyces 7.8 16.5 4.7 13.1 --
Vulgaris
高温单孢菌/放线双歧菌
Thermomonospora/ 15.2 54.4 48.1 7.0 --
ActinObifida
绿色糖单孢
Saccharomonospora 0.8 0.4 4.3 -- --
Viridis
产褐放线双歧菌 14.4 60.5 72.4 72.3 4.3
Actinbifida chromogena
(灰色)链霉菌 15.5 24.3 24.7 7.0 1.3
Streptomyces spp (grey)
白色链霉菌 S. Albus 1.8 -- -- 0.9 --
灰链霉菌 S.griseus 1.8 -- 3.9 -- --
诺卡氏菌 Nocardia spp 6.4 5.6 0.1 7.0 2.2
粪生微多孢菌 -- -- 0.2 -- --
Micropolyspora faeni
其它 4.2 9.9 17.1 34.9 2.9
在堆料发酵中繁殖最快的是普通嗜高温放线菌,在其作用下秸秆的纤维迅速崩解;而绿色糖单孢菌分解木聚糖。
通过发酵积累在堆料中的菌体蛋白质是蘑菇菌丝的优良营养源。接种蘑菇菌种时,堆料中微生物菌体量(生物量)相当于1克干堆料含9.2毫克。据报道,放线菌和细菌的比例是2.8:1,细菌总数是1克干堆料1×1011个,1克干堆料中菌类细胞的排列总长度可达39.5公里。据Sparling GP(1982)报道,堆料中的微生物生物量为堆料干重的2%。
试验表明,堆料中添加蔗糖和糖蜜等可溶性糖类,可使高温细菌明显地增殖,堆料可在较短时间内发酵结束而不含游离氨,干物质的损失变少,蘑菇的产量增加。