食用菌是兼具营养和药用价值的功能食品，近十年来我国食用菌产量稳居世界总产量的70%，食用菌产值比重在农业中仅次于粮、油、果、菜，居第五位。至2014年我国食用菌产量已达3 270万t，产值约344亿美元^[1]。食用菌产业的迅猛发展，为农业增产和农民增收带来了显著的经济和社会效益。然而，由于生产规模不断扩大，每年产生的菌渣高达2 000万t^[2]。如此大量有机废弃物不仅带来巨大环境压力，而且是对农业资源的极大浪费。因此，把食用菌菌渣“变废为宝”资源化再利用尤为迫切^[3]。

栽培食用菌的原料主要为农林有机废弃物，包括枝条木屑、棉籽壳、玉米芯、麸皮、农作物秸秆等，而食用菌菌渣(菌糠)是各类食用菌栽培出菇后所有有机废弃物的总称。菌渣中除含有未利用的纤维素、半纤维素和木质素，还含有丰富的菌体蛋白、脂肪、氨基酸、矿物质以及各种次生代谢产物^[4]。其利用途径包括加工成动物、昆虫饲料，制成有机肥料、园林绿化基质，转化成生物质能，其产物又可作为土壤改良介质或炭基肥，二次栽培食用菌，作为环境材料(活性炭)利用等^{[2-3, 5-6]}。

当前，食用菌产业有机副产物处置方式主要是丢弃或燃烧，不仅浪费资源，且易滋生霉菌和害虫，从而成为环境污染源，加重农业生态环境负担^[7]。为此，本文综述了近年来国内食用菌有机副产物再利用研究现状，对各利用途径、效果进行了分析，并展望其开发利用前景，以期为食用菌产业良性发展，及有机副产物资源化循环利用提供借鉴。

1.   副产物的基础理化性质及利用

食用菌种植原料主要由秸秆、木屑、玉米芯、棉籽壳、麦麸以及少量的辅料，如粪便、尿素、石灰、石膏等组成。菌渣是栽培食用菌后剩余培养料的干物质，因此其成分也主要由上述物质构成。由于栽培不同食用菌要求配料差异，菌渣组分差异亦较大(表 1)。但栽培后菌渣存在大量食用菌菌丝体及少量代谢产物，由此一定程度改变了其养分组成，使其含有菌糠蛋白、酶类、多糖、氨基酸、维生素等^{[1, 8-9]}。

表  1  食用菌菌渣主要成分

Table  1.  Major chemical components in edible fungal discards and wastes

粗蛋白 /%	粗纤维 /%	粗脂肪 /%	粗灰分 /%	无氮浸出物 /%	钙 /%	NPK /%	C:N	有机质 /%	pH
5.80~15.44	2.0~37.11	0.12~5	1.56~35.87	33.0~63.5	0.21~4.59	2.72~5.39	19.7~42.3	34.27~74.82	6.0~8.0
注：数据来源于文献[1]、[9]、[10]。

下载: 导出CSV 

| 显示表格

一直以来，农业生产产生的有机废弃物主要有农作物秸秆、农产品加工剩余物、餐余有机物等，其利用途径主要为直接焚烧、炊事燃烧、饲料和有机肥原料^[6]。随着农业技术发展，农业固体有机废弃物利用方式得到极大拓展，可概括为：肥料化、基质化、饲料化、材料化、能源化、生态化的“六化”路径(图 1)^[1]。

图  1  农业固体废弃物转化路径与食用菌有机副产物资源化利用途径

注：A为废弃物转化路径，B为有机副产物资源化利用途径。

Figure  1.  Conversion path for agricultural solid wastes and utilization of edible fungi organic by-products

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.   副产物主要利用途径

2.1   二次栽培食用菌

食用菌对培养料的利用效率即转化率差异较大，一些栽培后的菌渣仍具有丰富的营养，如粗蛋白、碳水化合物、氮素等。截至当前，已有真姬菇、香菇、平菇、金针菇、杏鲍菇、黑木耳、刺芹侧耳、双孢蘑菇、海鲜菇等栽培后的菌渣被二次利用栽培双孢蘑菇、杏鲍菇、鸡腿菇、猴头菇、秀珍菇、黑木耳、草菇等。

李正鹏等^[11]以工厂化生产刺芹侧耳菌渣(SP)、真姬菇菌渣(SH)和双孢蘑菇菌渣(SA)替代部分废棉(CW)栽培草菇9715菌株，结果与对照培养料(97% CW+3%石灰)相比，用60%的SP和SA分别替代CW可使草菇生产周期缩短1.6 d、产量分别提高15%和17%；30%的SP和SA分别替代CW生产周期与对照没有显著差异，产量皆提高7%；30%的SH替代CW进行草菇栽培时生产周期与产量和对照基本相同。谢春芹等^[12]将金针菇渣替代(22%、42%、64%、85%)棉籽壳栽培秀珍菇，结果表明培养料配方中菌渣添加量与菌丝生长速度呈负相关，菌渣占22%配方菌丝生长最快达1.13 cm·d^-1；22%和42%替代配方菇的产量和生物学转化率均高于对照，达1.01 kg·袋^-1和0.99 kg·袋^-1，生物学效率101.3%和99%。卢政辉等^[13]利用杏鲍菇菌渣栽培双孢菇，发现当菌渣量25 kg·m^-2时，单产分别为14.3、14.1 kg·m^-2，比对照组增产11.7%和10.2%；生物学转化率达40.9%、40.3%，与当地采用传统粪草配方相当。当然，也并非二次栽培均能获得较高产量，如韩建东等^[2]以常规棉籽壳培养料为对照，以刺芹侧耳工厂化生产的菌渣代替棉籽壳进行肺形侧耳栽培，发现菌渣代替比例增加，产量呈降低趋势。其中替代比例33%和55%时培养料的生物学效率与对照无显著差异，替代比例55%和78%时培养料对第四潮和第五潮菇产量显著低于对照。故而利用菌渣二次栽培食用菌需要根据栽培菌种对培养料进行必要的优化。

2.2   动物、昆虫饲养饲料或配料

食用菌对秸秆木质素的选择性降解，可使木质素降解率达59%~89%，粗蛋白含量增加24.6%~72.4%，提高至5%~7.8%，作为动物饲料应用价值较大^[14]。

徐淏等^[15]以杏鲍菇菌糠混合适量辅料，以灵芝菌和酿酒酵母发酵菌糠，发现在菌糠88%、尿素2%、麸皮10%、起始料水比1:2.0、pH值自然、温度28℃条件下，先接种灵芝菌发酵7 d，再接种酿酒酵母发酵4 d，发酵结束后菌糠的真菌蛋白含量达15.75%，粗多糖含量达4.48%，分别比接种前提高了68.54%和132.12%。陈敏等^[16]以糙皮侧耳和康氏木霉发酵稻草生产饲料蛋白，粗蛋白和粗纤维量含量可达到22.5%与25.8%。实践表明，菌渣饲料喂食牲畜可提高牲畜繁育及幼崽成活率，并增强机体免疫力，促进其生长发育^[17-18]。

卓少明^[19]采用菌渣、牛粪、香蕉茎秆分别养殖蚯蚓，发现菌渣对蚯蚓增殖明显，经70 d数量由50条增至1 388条，显著优于牛粪、香蕉茎秆。而李锦文等^[20]在食用菌渣中添加尿素饲养蚯蚓，发现蚯蚓繁殖和增重最佳的尿素添加比例为0.2%，此时蚯蚓单盆繁殖数为25条，单盆增重为23 g。该利用方式进一步拓展了菌渣的利用范围。

2.3   肥料、育苗基质及土壤改良

菌渣中不仅残留有C、N、P、K等大量微量元素，有机质含量较高，且具有良好的物理性状，如透气透水性好、粒径均匀等。菌渣作为有机肥直接还田可显著改善土壤理化性质，亦可作为堆肥和育苗基质材料^[21]。以畜禽粪便混合农林有机废弃物发酵制备有机肥，可改善二者单独利用时的养分缺陷。而食用菌栽培一般较为聚集，其菌渣便于收集利用，可以就地取材，减少运输成本。

2.3.1   直接归田

陈世昌等^[22]利用菌渣施用梨园均明显改善了梨园表层土壤理化性状和生物性状。梨园表层土壤微生物数量、生物量及土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性等指标也显著提高，且随菌渣还田量的增加而增加；同时可显著提高梨果单果重、硬度、可溶性固形物及可溶性糖含量。邓欧平等^[23]发现与常规施肥相比，除小麦季的土壤有效磷外，中、高量菌渣还田处理(1.5、2.0和2.5倍等氮量)均能有效提高土壤速效养分含量，作物成熟期菌渣还田处理的土壤碱解氮、速效钾和水稻季有效磷含量分别比化肥处理高出3.55%~20.24%、2.84%~31.97%和2.10%~14.48%；但低量菌渣还田处理(0.5倍)无法在作物各生育期内提供与化肥等量的碱解氮，存在供氮不足的风险。由此可见，直接归田存在肥效不足问题，但对土壤有机质提升、物理性状改善作用明显。

2.3.2   种植基质或改良剂

陈宜等^[24]研究发现菌渣、草炭、河沙三者体积比为6:1:3时，棉花三叶期单株干物质质量和单株叶面积高于市售基质的48.4%~73.5%；育苗成苗率、移栽成活率及实收棉产量与对照无明显差异。吕建成等^[25]以食用菌菌渣和草炭土为主要原料分别辅以调节剂制成盐碱土改良剂，种植草坪和国槐，发现玉米芯为主料的菌渣改良剂对草坪覆盖率、高度、叶色均优于草炭土和对照；玉米芯菌渣改良剂种植国槐的成活率和树高分别为94.7%、2.6 m，高于草炭土的93%、2.5 m，以及对照的49.3%、1.8 m。

2.3.3   堆肥原料

菌渣能在土壤中腐熟分解，具有较好的透气通氧与保水能力，是良好的有机肥堆肥原料^[26-27]。吴飞龙等^[28]研究表明，添加菌糠有利于各堆肥处理缩短进入高温期时间，且有利于各处理堆肥脱水。随着菌糠添加比例增加，各处理干物质降解率和有机碳损失率均降低。堆肥后对照和处理组全氮、全磷和全钾含量均比堆肥前有所增加。菌糠添加比例大于0.3时，可减少堆肥过程中NH₃排放。堆肥36 d后均达到腐熟，且总养分和有机质均符合有机肥标准。而胡清秀等^[29]在双孢蘑菇菌渣堆制过程中加入发酵菌剂可快速提高堆体温度，与未加发酵菌剂堆肥处理A相比，添加发酵菌剂后堆肥中全氮、全钾和速效钾的含量增加量分别为处理A的3倍、1.43倍和2.67倍。堆肥结束后，处理A、B和C速效磷含量分别比发酵前增加54.5%、38.5%和58.3%。在水稻田间施用可促进水稻增产，菌渣堆肥增产效果优于不发酵菌渣，添加菌剂堆肥增产效果最佳。由此可知，菌渣发酵过程中添加适量发酵菌剂可缩短堆肥周期，提高堆肥质量。

2.3.4   微生物-有机复混肥

刘雯雯等^[7]以菌渣为载体，接种根瘤菌S7和溶磷菌(P191、P92、P170)制作复混肥。结果表明(以泥炭为对照)，第75 d时，菌种S7在菌糠1和菌糠2上的数量分别高于对照CK 5.1×10²和1.6×10³倍；P170在菌糠1和菌糠2上的数量分别高于CK 1.9×10⁴和4.2×10⁴倍；P191在菌糠1和菌糠2上的数量分别高于CK 9.3×10²和4.6×10³倍；菌种P92在菌糠1和菌糠2上的数量分别高于CK 7.7×10²和1.8×10⁴倍；在第135 d时，菌糠菌肥的有效活菌数仍在10⁸个·g^-1以上。但微生物添加数量和种类将导致肥效各异，堆肥过程存在高温阶段，若在堆肥阶段添加促生菌剂需要考虑微生物的适应性，否则堆肥过程温度的升高会显著抑制甚至杀死促生菌。如柳艳艳等^[30]向发酵后的菌渣中添加功能微生物菌剂(巨大芽孢杆菌BM002)制成生物有机肥，油菜盆栽试验表明菌剂中等使用剂量(0.1 g·kg^-1土壤)时可显著增加油菜产量和根系生长，但菌剂高使用剂量(1.0 g·kg^-1土壤)时会抑制油菜的生长，显示使用过程中应控制微生物菌剂用量。微生物-有机复混肥改变了单一有机肥或微生物菌肥施用模式，选择合适的促生微生物、恰当的添加比例和时机，与之组合成微生物-有机复混肥将是新的利用途径。

2.4   燃料与生物质能

菌渣的燃烧值在14 644~20 920 kJ·kg^-1时，用作燃料利用率较高，相关研究表明在600℃以内加热10 h即可较充分的热解，产生生物质油、热解气体、生物质等^[31-33]。

郭小娟等^[34]发现食用菌生产废弃物分三段热解，20~110℃、220~400℃、400~800℃，主要热解活化能在105~165 kJ变化，总失重率约76%。与木屑相比初始热解温度明显较低，这对食用菌生产制油的经济性有帮助。黎演明等^[35]研究表明，在制备桑枝(RM)颗粒燃料中适度添加菌棒废渣(MPR)可提高燃料成型率及改善燃烧性能，即在环模孔长径比为4:1时，RM不能有效的致密化，颗粒成型率仅为50.24%。在环模孔长径比为4:1时，随着MPR的添加量增加至10%~15%，RM/MPR复合颗粒燃料的成型率大于91.54%。在MPR添加量5%~20%范围内，RM/MPR复合颗粒燃料的密度、耐久率以及燃烧值分别高于1.208 g·cm^-3，96.42%和17.26 MJ·kg^-1，符合生物质燃料要求。王明友等^[36]研究设计了菌渣颗粒燃料固化成型机，通过对栽培过后的金针菇菌渣成型试验，表明该机生产率为945.5 kg·h^-1，电耗71.43 kW·h^-1·t^-1，颗粒燃料的成型率为96.4%，机械耐久性为97.2%，颗粒质量密度为1.24 g·cm^-3，颗粒含水率为10.1%，均符合生物质颗粒燃料成型要求。

汪金萍等^[37]以香菇菌渣为发酵原料，最佳发酵产酒精条件：于500 mL摇瓶加入200 mL水，添加食用菌菌渣23 g、酵母活化液11 mL，起始pH为7，放置于30℃，90 r·min^-1的摇床中，发酵6 d时酒精产量最高，达3.93%。Assda等^[38]研究表明，香菇菌糠经过蒸汽爆破预处理、酶水解糖化和酵母发酵，获得乙醇理论产量可达87.6%，即100 g香菇菌糠可转化获得15.9 g乙醇。以菌渣为原料制备乙醇，可规避与人畜争粮的矛盾，但以菌渣制备乙醇的工业化应用尚未见报道，因此研发适宜高效发酵工程菌株，以及较佳发酵与提取工艺是拓展其在该领域进一步应用的必由之路。

2.5   制备生物质(炭)及环境应用

菌渣表面存在大量羟基、磷酰基、酚基等吸附性官能团，对Cd、Pb、Cr等重金属具有较强吸附能力，因此，可作为土壤和水体污染修复材料^[39-41]。

李新等^[42]研究表明，菌渣、厌氧消化污泥及其混合物添加均能不同程度降低煤矸石浸出液总Fe、Fe²⁺及煤矸石有效态Fe，且厌氧消化污泥与菌渣混合组降低效果总体上最明显。其中厌氧消化污泥、厌氧消化污泥与菌渣混合组均增加煤矸石浸出液总Mn、总Zn及煤矸石有效态Mn、Zn。菌渣组、厌氧消化污泥与菌渣混合组均能有效降低煤矸石浸出液总Cu及煤矸石有效态Cu。刘健等^[43]研究发现香菇、平菇、金针菇菌糠吸附水体中Cr³⁺、Cd²⁺和Pb²⁺去除率分别能达到60%、76%和82%，74%、83%和93%；吸附效果最好的是金针菇菌糠，其吸附去除率分别达80%、98%和94%。三者对受到Cr³⁺、Cd²⁺和Pb²⁺污染土壤进行修复，其中金针菇菌糠对Cr²⁺和Cd²⁺去除效果最好，达到29.79%和81.17%，平菇菌糠对Pb²⁺的去除效果最好，达到50.69%。但菌渣作为有机物进入水体会消耗大量溶解氧，其本身分解会带来污染问题，将限制其直接用作吸附载体去除重金属离子的应用潜力。但可以将其进一步制备成为吸附材料(如活性炭)，规避这一弊端。

彭宏等^[44]以K₂CO₃为活化剂采用微波辐照加热法制备菌渣基活性炭，最佳制备工艺条件为：活化功率560 W，活化时间20 min，K₂CO₃与菌渣质量比0.8，浸渍时间20 h。李小忠等^[45]公开一种菌渣制备活性炭发明专利显示，废弃菌糠100份、AlCl₃ 20~30份、FeCl₃ 10~20份、水95~105份混匀，加入30%双氧水与其反应，烘干后将菌糠混合物加入高压反应釜，用超声波在250~350℃下加热炭化及活化1~2 h，然后通入蒸汽，在110~120℃下活化0.5~1.0 h后，冷却即得菌渣活性炭。该法优点是可显著降低炭化、活化温度，且活性炭得率较高，微孔发达。张云飞等^[46]公开的菌渣高性能活性炭专利表明，将菌渣按质量比1:5~6，于每100 mL 25~30 g的活化剂水溶液(NaOH、KOH和K₂CO₃重量比2:1:5)中混合均匀，于30~40℃下浸渍不低于20 h，过滤干燥后，在氮气氛围下，于750℃下活化4.5 h；降温至室温，进行酸洗，然后水洗至中性，干燥后即得。所得活性炭对于亚甲基蓝吸附可达600 mg·g^-1，对于重金属铜的吸附效果可达222 mg·g^-1，对于碘吸附值也可达2 300 mg·g^-1。由此可知，菌渣制备的活性炭同样具有发达的孔隙结构，良好的吸附性能。

2.6   提取多糖/酶类产物

食用菌渣中残存大量的菌丝体和代谢产物，从菌渣中提取有效成分以供利用是可行的。如张斌等^[47]在微波时间115 s、微波功率640 W、料液比1:26条件下，从金针菇菌渣中提取菌渣多糖得率为7.53%，比热水浸提多糖得率提高了15.14%。而党立志等^[48]发现出菇1~3次的茶树菇菌渣多糖含量高达56.34~63.51 mg·g^-1，在料液比1:60、初始pH8.0、20 W超声波处理20 min、提取温度90℃，多糖得率可提高到22.63%~24.62%。侯军等^[49]采用Box-Behnken中心组合试验设计，优化杏鲍菇菌糠多糖提取最佳工艺条件为：温度88℃、时间8.5 h、水料比57:1(mL·g^-1)，多糖最大提取率6.43%。这表明菌糠的多糖提取率高低除与其自身含量多寡有关外，提取工艺对得率影响极大。

马怀良等^[50]用水浸提法提取猴头菌糠木聚糖酶，最佳提取条件为温度25℃、时间2.5 h、液料比50:1；猴头菌糠木聚精酶活力最适pH 4.8，最适温度为60℃。范东等^[51]以香菇菌糠为原料采用超声浸提法制备纤维素粗酶液，发现香菇菌糠纤维素酶最佳提取工艺为：超声功率500 W, 超声时间15 min, 液料比为20:1，在此条件下的CMC酶活力为9.61 U·g^-1。刘阳等^[52]超声提取杏鲍菇菌糠中总黄酮的最佳提取工艺为乙醇体积分数70%，料液比1:35(g·mL^-1)，超声时间20 min, 提取温度70℃，该提取条件下总黄酮的含量为2.85 mg·g^-1。目前，多数仍停留在试验探索阶段，尚无工程化应用。其原因可能与其含量较低，以及可替代原料来源广，产业化开发价值低相关。

3.   展望

食用菌有机副产物传统利用方式是直接燃烧与丢弃，燃烧仅能获取其中约10%热能。而随意丢弃加重生态环境负担，且增加环境中杂菌基数，可导致食用菌产地杂菌污染。当前，我国秸秆综合利用化率已达80.1%，而菌渣利用率仅约33%，其利用效率依然较低，仍有极大发展空间^[53-54]。综观已有研究，食用菌有机副产物的资源化利用途径，基本上仍是沿袭农业有机固体废弃物“六化”路径进行的，但可在以下方面进一步拓展其利用潜力。

在肥料化方面，随着国家重点研发计划启动“双减”(化肥、农药双减少)课题，项目实施和有关技术推广应用，用户使用意愿和有机肥需求将呈增长态势。但采用农林废弃物和畜禽粪便制备有机肥存在一定安全风险，即重金属和激素超标问题，这类物质可通过生物富集效应进入生态系统循环。因此，这对有机肥的原料提出较高要求，但农林废弃物来源途径和种类多样，将影响其作为有机肥原料利用广度与深度。而食用菌工厂化与产业聚集性高恰好可以解决这一困境。一可解决原料收集便利性；二是产业工厂化、正规化及品牌化程度越高，其生产安全自律性越强，可有效降低污染风险。故可形成“食用菌+畜牧业=有机肥”的循环农业产业链，提高产业价值属性。

在能源与基质化方面，如在生物质能上，菌渣用作沼气原料的研究已有不少探索，当前沼气在偏远贫困地区尚有应用潜力，而在农村整体利用潜力呈下降态势。一是农村能源利用方式发生巨大转变，天然气、液化石油气逐渐成为主要炊饮能源；二是随着畜牧业正规化、工厂化强力推进及环保压力，单一家庭畜牧饲养出现衰退，畜禽粪便量减少导致沼气产能不足，且存在一定安全风险。因此，可预见菌渣在农村沼气利用领域潜力不彰，有待形成规模化、集约化及工业化生产^[55-56]。但在转化制备生物能(质)等领域潜力较大，如利用菌渣中木质纤维类物质转化生产燃料乙醇；菌渣制备成型固体颗粒燃料替代部分煤炭发电，可避免某些利用城市污泥辅料带来的重金属超标风险；菌渣用于生物质裂解液化制备生物柴油、发电，其产物可作为生物基质即生物炭改良土壤或作育苗基质等。

在材料化方面，利用农林废弃物制备活性炭是当前废弃物资源研究热点之一，由于木材基活性炭受制于森林资源限制，成长性受限。因此，以农作物秸秆、食品加工有机副产物、食用菌菌渣等为代表的原料制备活性炭具有较大拓展和应用潜力。但通过专利检索，和CNKI、维普、万方三大文献数据库，检索并比较其他农林废弃物制备活性炭研究，发现以食用菌菌渣制备活性炭的报道鲜见，这与食用菌菌渣利用度较低相符合，但却与食用菌业庞大的废弃资源量极不匹配。究其原因，除与菌渣利用重视不足的思想观念有关外，更重要的是相较于单一性作物秸秆等而言菌渣成分较复杂，对研发工艺条件和保障产品质量一致性上要求较高，进而限制了其作为活性炭原料的利用率，故该研究方向尚有待突破。