Текст книги "Вешенка: великое будущее"

Основная подготовка субстрата предназначена для улучшения характеристик субстрата непосредственно перед инокуляцией мицелия. Поэтому основным отличительный признак операций основной подготовки субстрата – это создание оптимальных условий для развития вешенки, что не является обязательным для операций предварительной подготовки. Мы здесь не будем рассматривать возможность осуществления большинства операций, традиционно являющихся частью основной подготовки в качестве предварительной (например, специализированными предприятиями по подготовке субстрата). Более того, описание используемых операций по основной обработке субстрата мы построим на предположении о высоком качестве субстрата перед основной подготовкой.

Таким образом, субстрат перед основной подготовкой обладает близкими к оптимальным свойствами, такими как относительная доступность элементов питания, низкая концентрация патогенной микрофлоры и вредителей, отсутствие вредных для человека и развития вешенки веществ, нейтральная кислотная реакция, хорошие механические свойства субстрата.

Раз предварительная подготовка проведена или субстрат не нуждается в ней, задачами для основной обработки остаются:

• доведение температурного, влаго – воздушных режимов субстрата до оптимального для проведения инокуляции, роста мицелия, формирования обильного урожая качественных грибов в установленные сроки;

• предупреждение активного развития конкурирующей микрофлоры;

• улучшение доступности элементов питания для вешенки.

Хотя все три задачи имеют высокую важность при подготовке субстрата, только две первые являются обязательными. Так как все три задачи неразрывно связаны между собой и в высокой степени зависят от метода предупреждения развития конкурирующей микрофлоры, то их можно разделить на три основных способа основной подготовки субстрата:

1. Ферментация – основан на создании условий для развития микроорганизмов, которые расщепляют субстрат до более доступных для вешенки веществ и защищают их от патогенной микрофлоры. Поскольку в результате процесса ферментации в субстрате остаётся высокая концентрация микроорганизмов и их ферментов, легкодоступных элементов питания, то успешное применение ферментации требует особой квалификации. Часто этот способ используется в сочетании с остальными двумя.

2. Термическая обработка (пастеризация, стерилизация) – наиболее распространенный способ, связанный с использованием тепла. Его принцип основан на дезактивации или полном уничтожении микрофлоры при высокой температуре. Пастеризацию и стерилизацию мы рассмотрим отдельно.

Химическая обработка – способ основан на защите субстрата от развития микроорганизмов благодаря использованию химических веществ. Часто его используют в сочетании с первыми двумя. Использование данного метода требует особой квалификации, использования мер и средств защиты окружающей среды и человека. Поскольку применение этого способа всецело зависит от вида химического вещества (рекомендаций его производителя), мы на нём подробно останавливаться не будем.

Способ основной обработки субстрата в высокой степени зависит от выбранного метода предупреждения развития конкурирующей микрофлоры, на чём мы подробно остановимся. Однако дополнительные операции основной подготовки предопределяются множеством факторов, влияние которых мы рассмотрим в сочетании с выбранным методом предупреждения развития конкурирующей микрофлоры.

Ферментация – это один из самых распространённых способов не только предупреждения развития конкурирующей микрофлоры, но и качественного улучшения доступности элементов питания для вешенки. При успешном проведении ферментации в субстрате кроме высокой концентрации ферментов, участвующих в разложении труднодоступных полимерных соединений на более простые, могут присутствовать активные формы микроорганизмов и других веществ их метаболизма. Органолептический субстрат, прошедший ферментацию, существенно отличается от не ферментированного. Это свойство позволяет определять качество основной обработки субстрата, его готовности к успешной инокуляции мицелием, что не всегда доступно при других способах предупреждения развития конкурирующей микрофлоры.

Рис. 5. В тёплом увлажнённом субстрате активизируются микроорганизмы. За счёт их деятельности температура субстрата повышается, ускоряются ферментные реакции. Для того чтобы полезные термофилы смогли справиться с патогенной микрофлорой, субстрат должен как можно быстрее разогреться до 65–70 °C – для этого ёмкость ферментёра теплоизолируют, в него подают свежий воздух (избыточный воздухообмен может привести к высыханию и охлаждению субстрата). После завершения процесса ферментации субстрат необходимо как можно быстрее охладить – для этого применяют интенсивное вентилирование

Рис. 6. Ферментация может проводиться в анаэробных условиях – вместо воздуха используется тёплая вода. Для получения стабильно положительного результата в конце процесса можно подать горячую воду или пар, тем самым пастеризовав ферментированный субстрат

Рис. 7. Поскольку процесс ферментации может занимать несколько суток, то ферментёр можно соорудить по принципу батареи – одна ёмкость на загрузке (с «грязной» стороны), одна – на выгрузке (с «чистой» стороны, где происходит инокуляция и забивка субстрата), остальные – с субстратом на ферментации. Высокий слой субстрата и теплозащитные панели позволят ему быстро разогреться, а также стечь лишней влаге

Если субстрат подвергается только ферментации (без применения других способов основной подготовки субстрата после), то ферментированный субстрат представляет собой благоприятную среду для развития мицелия вешенки. Популяции разнообразных видов микроорганизмов находятся в устойчивом равновесии (при поддержании благоприятных условий). Поэтому субстрат несмотря на высокое содержание легкодоступных питательных веществ относительно устойчив к развитию конкурирующих микроорганизмов, даже если не удалось избежать заражения ими субстрата. Успешность развития вешенки обеспечивается благоприятными условиями роста и высокой концентрацией клеток вешенки благодаря внесённому мицелию по отношению к другим видам микроорганизмов, для развития которых условия также являются благоприятными.

Слабой стороной этого способа является неконтролируемость процесса ферментации: если он один раз пошёл не по правилам, то могут появиться условия для смещения устойчивого равновесия микроорганизмов в сторону, при которых не создаются максимально благоприятные условия для успешного развития мицелия вешенки и его успешной конкуренции за элементы питания с другими микроорганизмами. Даже если видимые последствия «неправильной» ферментации устранены, остаётся высокий риск, что процессы ферментации, зарастания, плодоношения пойдут не самым лучшим образом из – за высокой концентрации спор микроорганизмов, ставшей однажды причиной сбоя (или низкой активности полезной микрофлоры). Так как в субстрате сохраняется высокая концентрация микроорганизмов, развитие которых находится в подавленном состоянии, то при ослаблении мицелия вследствие ухудшения условий культивации или истощения от плодоношения очень часто наблюдается активизация развития микрофлоры, что может стать причиной снижения урожайности и повышения риска перезаражения успешно проферментированного субстрата. Иногда из – за повышения концентрации спор конкурирующих микроорганизмов в помещении эффективность выращивания грибов снижается до нуля.

Для ферментации используют специальные ёмкости, позволяющие создавать благоприятные условия для прохождения процесса – биореакторы. По конструкции они могут существенно различаться в зависимости от используемой технологии ферментации. Существует два способа инициации процесса.

Первый – с помощью искусственно выращенной культуры полезных микроорганизмов. В субстрате создают условия для развития полезной микрофлоры, в который высевается чистая культура. Много исследовательских работ посвящено использованию сенной палочки (Bacillus subtelis). После высева чистой культуры создаются благоприятные условия для её развития (температура среды, доступность воздуха, элементов питания и т. д.). Через определённое время процесс останавливают. При нарушении этого времени субстрат может быть либо недоферментирован (в субстрате сохранились условия для развития и высокая концентрация конкурирующих микроорганизмов), либо переферментирован (субстрат утратил свою питательность, потерял свои полезные механические свойства, повысилась концентрация нежелательной микрофлоры, условия для развития вешенки изменились в неблагоприятную сторону – кислая реакция, высокая для вешенки концентрация антибиотических веществ и т. п.). Успешность проведения ферментации зависит от качества неферментированного субстрата, условий ферментации, качества культуры микроорганизмов, концентрации опасных микроорганизмов.

Второй – самопроизвольная ферментация. Для её проведения достаточно создать благоприятные условия для развития природных микроорганизмов. Они находятся либо на субстрате перед ферментацией, либо на поверхности биореактора. Хотя успешность проведения ферментации также зависит от качества не ферментированного субстрата, условий ферментации, концентрации опасных микроорганизмов, процесс ферментации не требователен к чистоте культуры, поскольку в качестве культуры могут выступать целый набор микроорганизмов, находящихся в динамическом равновесии, чья сила и активность поддерживаются естественным отбором в производственных условиях. В настоящее время второй способ используется чаще первого из – за его простоты и неприхотливости. Недостатком второго способа является неконтролируемость процесса, поскольку в ферментации принимают участие большое количество различных микроорганизмов, не все из которых являются желанными.

Последнее время достаточно успешно применяется добавка продуктов ферментации (группы микроорганизмов и выделяемые ими вещества) в субстрат вместе с термической обработкой или вместо неё. Это позволяет снизить издержки на основную подготовку, а также использовать эффект последействия при зарастании субстрата, который практически не даёт просто термическая обработка. Хотя этот способ является пограничным с химическим, он может стать более доступным и безопасным для грибоводов и потребителей их продукции.

Теперь давайте вспомним, для чего используют ферментацию. Это один из способов предупреждения развития конкурирующей с вешенкой микрофлоры. Кроме того, при ферментации происходит качественное улучшение субстрата (доступность элементов питания). Как мы знаем, микроорганизмы в субстрате после ферментации остаются, что является нежелательным для крупного постоянного производства. Поэтому иногда после ферментации активность микрофлоры часто подавляется либо высокой температурой (пастеризация и стерилизация), либо химическими веществами. Но так как при этом ферментация перестаёт рассматриваться как способ предупреждения развития конкурентной микрофлоры, то эти способы термического обеззараживания мы рассмотрим ниже.

Пастеризация, в отличие от ферментации, сама по себе не ведёт к существенному качественному изменению химического состава субстрата. В результате пастеризации уничтожаются лишь активные формы микроорганизмов, но пассивные остаются живыми. Поэтому при использовании пастеризации особое внимание уделяется чистоте субстрата от микрофлоры и пригодности его питательных веществ для успешной конкуренции вешенки с проснувшимися после пастеризации микроорганизмами.

Пастеризация обычно используется для выращивания грибов в небольших объёмах (дома, например). Однако из – за невысокой эффективности по подготовке субстрата часто используется в сочетании с другими методами. Поэтому основные способы пастеризации – влажная и сухая пастеризация – будут рассмотрены в сочетании с часто используемыми дополнительными технологическими операциями.

Для создания более благоприятных условий развития вешенки на субстрате после пастеризации применяют режимы длительной пастеризации (до нескольких суток). Субстрат после длительной пастеризации подвергается более глубоким превращениям за счёт изменения химических веществ субстрата под воздействием высокой температуры, воды с течением времени, развития термофильных микроорганизмов. Поэтому длительную пастеризацию можно считать промежуточным методом подготовки субстрата между ферментацией и пастеризацией.

Влажная пастеризация

Особенностью влажной пастеризации является то, что в качестве теплоносителя используется вода, которая непосредственно передаёт своё тепло субстрату. Эффективность метода обусловлена высокой теплоёмкостью воды по отношению к сухому субстрату и его быстрым разогревом субстрата (лучше использовать сухой), который впитывает в себя горячую воду. Температура воды для влажной пастеризации не должна быть ниже 70 °C. Поскольку при пастеризации температура субстрата повышается меньше, чем до 100 °C, то качество снижения количества жизнеспособных микроорганизмов во многом зависит от объёма воды к весу сухого субстрата (чем ниже температура воды и хуже качество субстрата, тем больше требуется воды) и времени поддержания высокой температуры. Так, если для успешной пастеризации субстрата при температуре 90 °C и выше достаточно 20–60 минут и не менее 5 объёмов воды на 1 кг сухого субстрата, то при температуре 65–70 °C требуется не менее 10 объёмов воды и не менее 2 часов.

Рис. 8. В подобной ёмкости в 2 м3 можно за один раз пастеризовать до 200 кг сухого субстрата. Если её высота не менее 0, 8 м, то такие виды субстрата, как подсолнечниковая лузга, рубленая солома, хлопковый грязный орешек, за несколько часов отдадут лишнюю влагу.

Специальная форма дна облегчает разгрузку ёмкости после пастеризации. Решётки удерживают субстрат и позволяют стекать воде. Верхняя решётка и распорки фиксируют субстрат, чтобы он не всплыл во время замачивания водой. Система сброса воды имеет фильтр от частиц субстрата

Рис. 9 и 10. Одну громоздкую 2 м3 ёмкость заменит 10 бочек по 200 л. Обыкновенная железная бочка может быть модернизирована в устройство по пастеризации субстрата. Устройство не претерпело существенных преобразований, разве что появились термозащитные съёмные панели и герметично закрывающаяся крышка (для безопасной транспортировки бочки с субстратом)

Во время влажной пастеризации осуществляется промывка горячей водой, что позволяет вымыть растворимые вещества (легкодоступные питательные вещества, вредные для вешенки соединения), микроорганизмы, находящиеся на поверхности субстрата. Кроме того, в результате промывки увеличивается влажность субстрата, из – за чего иногда приходится её снижать после пастеризации. При проведении длительной пастеризации (от нескольких часов до нескольких суток) происходит качественное улучшение состава субстрата в результате расщепления высокомолекулярных соединений при участии ферментов или без. Во время пастеризации, особенно при низкой температуре, возникает риск развития термофильных анаэробных бактерий. В этом случае начинается процесс ферментации. Иногда для улучшения результата при пастеризации используются химические препараты.

Перед инокуляцией пастеризованного субстрата возникают две задачи: снижение влажности субстрата и снижение температуры до оптимальной для роста мицелия вешенки. Для снижения влажности используют следующие способы: отжим с помощью валков, прессов, сужающихся цилиндров, центрифугирование, свободный сток (если субстрат отдаёт влагу самостоятельно). После отжима субстрат становится плотным и нуждается в разрыхлении. Так как при отжиме субстрат снижает влажность быстро, то он не успевает остыть. Однако теплоёмкость субстрата снижается вместе с его влажностью – при хорошем разрыхлении и активном воздухообмене такой субстрат остывает быстро (следует учесть, что воздух должен быть чистым от спор конкурирующих микроорганизмов и грибов). Хотя из – за потери влажности и охлаждения, субстрат становится малопригоден для развития анаэробных термофильных микроорганизмов, они остаются живыми. При чрезмерном уплотнении субстрата, где может скопиться влага в виде жидкости, они могут развиться и стать причиной перегрева субстрата или со временем повышения кислотности среды, что может стать причиной замедления роста мицелия вешенки и даже его гибели. Принудительное снижение влажности с помощью механических средств позволяет достаточно точно контролировать влажность субстрата перед инокуляцией мицелия вешенки, а при равномерной нормальной влажности субстрата и хорошем теплообмене во время зарастания не сложно предупредить нежелательное развитие термофильных или анаэробных микроорганизмов.

После пастеризации такой субстрат, как семечковая лузга, солома, кукурузные початки, хлопковый шрот или орешек, мякина, при удачно выбранном объёме и геометрии сетки может самостоятельно отдать лишнюю влагу. В этом случае снижение влажности занимает несколько часов. Остывание субстрата во время стока происходит медленно, что может стать причиной активного размножения бактериальной микрофлоры (при температуре пастеризации она не может активно размножаться). С одной стороны, это позволяет субстрату накопить ферменты термофильных микроорганизмов, облегчающие питание мицелию вешенки на ранних стадиях роста. С другой стороны, так как во время субстрат уплотняется, а остывание и потеря влаги происходит неравномерно, то остаются части субстрата, благоприятные для продолжения развития термофильной микрофлоры, которые могут подавлять развитие вешенки, а при длительном развитии – закисление среды. В таком случае зарастание субстрата затягивается, субстрат зарастает патогенной микрофлорой, пришедшей на смену термофильным микроорганизмам, урожайность снижается, может даже не наступить. Поэтому в случае использования свободного стока, особое внимание следует уделить разрыхлению и смешиванию субстрата перед инокуляцией во избежание образования уплотнённых комков с низкой воздухопроницаемостью и высокой влажностью, которые так любят термофильные микроорганизмы.

Таким образом, при влажной пастеризации необходимо проследить, чтобы весь субстрат прогрелся до заданной температуры (в пределах 65–100 °C в течение нескольких часов или минут), после чего либо начинают охлаждение, либо приступают к снижению его влажности. Если охлаждение начинают до снижения влажности субстрата (промывают холодной водой), то результат часто бывает неважный. Возможно, из – за вымывания ферментов и антибиотических веществ развившейся термофильной микрофлоры, возможно, из – за развития других микроорганизмов, которым термофилы не могут противостоять при быстром остужении и вымывании. При остывании и одновременном самостоятельном стоке избытка влаги результаты часто получаются лучше. Однако следует учесть, что при остывании субстрата до температуры 40–45 °C начинается развитие всяких микроорганизмов, которых всегда достаточно в субстрате при пастеризации. Чем раньше удастся провести инокуляцию после снижения температуры ниже этого уровня, тем больше будет шансов на успех. Особенно хорошие результаты получаются при принудительном снижении влажности, когда субстрат остынет до температуры 40–45 °C. Во время проведения операций по отжиму и разрыхлению субстрата его температура быстро снижается до 30–35 °C, то есть он практически готов к инокуляции без принудительного охлаждения.

Чистые виды субстрата, такие как крафт – картон или бумага без признаков развития микрофлоры (у которых наличие спор микроорганизмов возможно лишь на поверхности), требуют ниже температуру воды. Крафт – картон иногда не нуждается в термической обработке – лишь промывке горячей (выше 45–50 °C) водой и выдержке в ней до нескольких часов. Крафт – картон лучше держать в горячей воде подольше, пока он не раскиснет – целлюлозная и клеящая составляющие не станут однородной массой. При пастеризации в большом объёме воды (обильной промывке) результаты получаются лучше. Хлопковый шрот, хлопковый орешек этого года урожая, подсолнечниковый шрот, а также субстрат сомнительного качества лучше промывать в большом объёме максимально горячей воды.

Сухая пастеризация

При сухой пастеризации субстрат уже имеет достаточную влажность. Хотя теплоносителем также чаще всего является вода и её пар, прямого контакта субстрата и теплоносителя не происходит. Таким образом, во время сухой пастеризации не происходит промывки и увеличения влажности субстрата. Обычно субстрат уже затарен в ёмкости, позволяющие обеспечить сохранение влажности и чистоты субстрата после пастеризации.

Поскольку во время сухой пастеризации субстрат уже имеет необходимую влажность, то перед началом пастеризации обычно применяют дополнительные приёмы по подготовке субстрата, такие как промывка или ферментация. Как мы уже отметили, после пастеризации субстрат богат различными микроорганизмами, которые переходят в активное состояние по мере охлаждения субстрата. Поэтому, чтобы снизить количество операций по обработке субстрата после пастеризации, которые увеличивают риск развития конкурирующих с вешенкой микроорганизмов, субстрату ещё до пастеризации придают необходимые механические свойства (доступность для необходимого тепло – и воздухообмена, проникновения и развития мицелия вешенки). Давайте на примере рассмотрим возможную технологию обработки субстрата с использованием сухой пастеризации.

Рис. 11. Основная термическая подготовка субстрата может также осуществляться текучим паром. Этот способ часто называют мягкой стерилизацией, но по существу – это пастеризация (сухая пастеризация). Основная особенность метода заключается в том, что субстрат перед основной подготовкой уже обладает необходимой плотностью и влажностью – он забит герметично в ёмкости. Таким образом, пар конденсируется на поверхности, в результате чего происходит постепенный разогрев субстрата. В результате в субстрате активизируются термофильные микроорганизмы, ускоряются ферментные реакции до того, как субстрат достигнет высокой температуры

Рис. 12. Эффективно проходит процесс, если вместо пара использовать горячую воду

Сухую свежую солому злаковых без признаков развития микроорганизмов (блестящего соломистого цвета) и без предварительной резки промывают горячей водой (не ниже 40 °C) до такого состояния, что соломина приобретает гибкость и самостоятельно держит влажность 65–70 %, после чего ей дают некоторое время, чтобы стечь. Овсяная или ячменная солома менее жёсткая, чем пшеничная. При использовании пшеничной можно поранить руки. Как солома стекла (стабильно держит оставшуюся влагу), её затаривают в ёмкости из полимерного материала с соотношением объёма забитого субстрата к площади его поверхности 3–5 см. Длина ёмкости не должна превышать 30–35 см. Для более плотного размещения субстрата в объёме солому скручивают при затаривании. Ёмкости герметично закрывают. Потом пастеризационные ёмкости заполняют и закрепляют, чтобы они не всплыли, подают в ёмкость горячую воду (не ниже 70 °C). Вместо воды можно с успехом использовать текучий пар (в результате кипения воды при атмосферном давлении). Для получения качественной пастеризации по мере остывания воду можно менять либо подогревать. Через 8–12 часов воду сливают. Так как вода не имеет прямого контакта с субстратом, она остаётся пригодной для повторного использования. Ёмкости с пастеризованным субстратом перемещают в чистый от микроорганизмов бокс, где происходит его остывание и инокуляция мицелием вешенки. Инокуляция производится с торцевых концов ёмкостей, и мицелий, захватив в первую очередь торцы, тем самым перекрыв конкурирующей микрофлоре доступ к воздуху, растёт навстречу друг другу. Поэтому от длины ёмкости и плотности забивки зависит продолжительность зарастания субстрата. После инокуляции концы ёмкости закрывают, но не герметично, чтобы оставался доступ кислорода для вешенки. От того, насколько герметичны стенки ёмкости, зависит предупреждение развития микрофлоры, а от того, насколько достаточно кислорода для роста вешенки – насколько быстро произойдёт зарастание субстрата.

Несмотря на относительную простоту и экономичность этой технологии, у сухой пастеризации есть несколько недостатков:

• высокая требовательность к чистоте субстрата и качеству ёмкостей для него;

• так как солома не измельчена, то эффективность использования объёма, а следовательно и урожайность с площади культивационных помещений невысока;

• после зарастания субстрата мицелий с торцов и в середине имеет разный возраст, что затягивает выход основной массы урожая, а учитывая невысокую плотность субстрата, значительная часть мицелиальной массы идёт не на формирование урожая, а на заполнение пустот;

• так как расстояние от торцов до середины ёмкости часто превышает 15 см, то плодовые тела часто проявляют признаки недостатка воздуха, формируя крупную ножку.

Впрочем, лучше попробовать, чтобы определить её применимость в ваших конкретных условиях.

Теперь в целом о пастеризации. Так как пастеризация сама по себе незначительно улучшает качества питательных веществ в субстрате, то после неё масса урожая смещается с первой волны на последующие (по сравнению с ферментацией или стерилизацией). Часто из – за активизации развития микрофлоры после первой волны плодоношения в целом урожайность субстрата после пастеризации ниже, чем после термической стерилизации. Однако простота технологического оборудования и относительная дешевизна являются бесспорными аргументами её сторонников.