CN110122184B - 一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，属于食用菌技术领域。本发明技术方案采用膨润土复合丙烯酸和丙烯酰胺物质，经聚合两者结合在一起，发生物理交联，产物具有良好的吸水保水耐盐性能，同时本发明技术方案在其表面包覆丝素蛋白并填充蛋白酶材料，在保水剂使用的初期，保水剂内部丝素蛋白大量分解并使大分子链酶解成小分子多肽结构，有效降低材料结构致密性能，使保水性能大幅下降，水份散失加快，在酶解后期，保水剂材料中小分子肽被菌棒吸收，作为养分后，保水性能大幅下将，低效保水，防止菌棒使用后期水份过多，有效控制在食用菌生长过程中水份的缓慢降低，从而有效改善保水剂材料的保水可控性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，属于食用菌技术领域。
背景技术
自1980年以后，我国食用菌培育开创了“菌棒”人工大量栽培的历史，其过程是由木屑、石膏、食糖、养分为基料，注以适当水分经在特殊的螺旋挤出机内挤压成型成直径10公分，长约40公分的棒状，套入特定塑料袋，再经蒸煮、热化、冷却老化、接种等过程，一般在平均气温25℃以下(通常是每年11月份至次年5月份)菌菇可以分期生菇。但其核心问题是菌棒脱除塑料套进入培育期后的保水性能，菌棒表面十分粗糙，表面积大，易于蒸发水份，而菌菇培育需要水份。对此，有关研究所、大专院校、企业、农技人员进行了大量探索研究，目前大致能付之实用的有“包膜保水法”和“成膜保水法”，前者是采用类似保鲜膜的薄膜，将菌棒包裹，菇苗冒出时，将该处膜撕破，以期菌菇可破膜而出，此法最大缺点是人工操作量大。一般农户培育规模从九千支到九万支菌棒，如果每棒用人工割膜会消耗大量的劳动力，其次，割膜前菌棒内完全不透气，菌棒内正常代谢的废气及温度排不出，导致菌棒发霉甚至腐烂，第三，由于菌菇破膜而出受到膜的阻力，往往菇形不整，有时还会产生菇身带膜现象。
“成膜保水法”是通过特定的固体材料(例如蜡、树脂等)在熔融状态下快速浸涂菌棒，这种方法可以在菌棒表面形成一层较薄的柔性膜层(一般＜0.3毫米)，这种膜层允许菌棒产生气体进行呼吸，菇苗可以按自身生长力破膜而出，且能有效的保持菌棒内水分而不大量被蒸发。
成膜保水法现在巳被大量农户采用，但由于管理困难，有很大部分农户直接从商贩处购买较廉价的工业蜡进行涂菌棒，而众所周知，工业蜡内含有一定量的稠环芳烃是强致癌物质，用于浸涂菌棒，难免被菌菇吸收贻害无穷。
在传统食用菌生产过程中，食用菌培养基后期失水严重，产量将会受到严重影响。为提高产量，必须经常对栽培料进行补水。人工补水不仅费时、费工，且水分补充不均匀、补水效果差，而食用菌保水剂作为一种高分子聚合物(聚丙烯酸钠盐)，它不溶于水，但能吸收相当于自身重量数百倍的水。除了本身可以反复释放和吸收水分外，还有一定的保温和透气功能。它保水缓释性强，耐高温、高压及低温，具有优异的水分调控功能，当食用菌生长需要时可供其吸收水分。
在食用菌栽培过程中，由于栽培料后期失水或补水困难，产量会受到严重影响。为了提高产量，必须经常对栽培料进行补水，这样一来就会增大人工投入成本且会出现因补水过多而发生腐根现象。为了解决这一问题，近年来保水剂在食用菌栽培中的应用越来越广泛，利用其反复释放和吸收水分的特性起到保水效果，但保水剂的应用成本较高，且一般保水剂的保水性能不稳定，在使用一段时间后会出现保水性能骤变的问题，从而需要补施保水剂才能满足栽培需求。
在传统食用菌生产过程中，一般采用菌棒进行栽培食用菌，现有的菌棒制作方法是将拌好的培养基料加水混合后填装进透明塑料袋，并压实、扎口密封后灭菌，然后在无菌或洁净的条件下接种发菌，考虑到菌丝生长对空气和水分的需求，需要对香菇、平菇等食用菌的菌棒进行打孔通气，如果处理不当会造成菌棒污染。而且在传统食用菌生产过程中，当菌棒出完两潮或三潮菇后培养基失水严重，为提高产量需要对菌棒进行补水，人工补水不仅费时费力，还会出现补水不均匀，补水效果差等问题，且极易带入杂菌造成污染。食用菌保水剂不溶于水，但能吸收水分，从而使培养基中的水分长期保存，达到食用菌在营养生长和生理生长期对水分的生理需求。
但是，目前食用菌生产中还未普遍使用保水剂，现有的食用菌保水剂主要以高分子聚合物，尤其是聚丙烯酸钠盐为主，具有较强的吸水、释水性能，此类经化学合成的保水剂虽然具有较好的保水效果，但是生物降解性较差，难以自然降解，长期使用会造成环境污染，影响人身体健康，同时补水材料堆积在食用菌培养基中，降低培养基的透气性，导致菌棒出现发霉腐烂现象，还会影响食用菌菌渣的废物再利用，限制了推广应用。因此，制备一种可控型食用菌菌棒保水剂，具有良好的生态环境效应和生产应用价值，应用前景十分广阔。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有保水剂的保水性能不稳定，在使用一段时间后会出现保水性能骤变，从而需要补施保水剂出现因补水过多而发生腐根现象的问题，提供了一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、3～5份蒙脱土、10～15份聚硅氧烷和1～2份硅烷偶联剂置于三口烧瓶中，保温反应，得反应分散液，再分别称量去离子水、反应分散液、羧甲基纤维素、腐殖酸置于三角烧瓶中，搅拌混合并调节pH至8.5，搅拌混合并超声分散，收集得基体分散液；
（2）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份基体分散液、10～15份丙烯酸、8～10份氢氧化钠溶液、3～5份丙烯酰胺、6～8份N，N-二甲基甲酰胺、1～2份过硫酸铵和6～8份膨润土置于三口烧瓶中，搅拌混合并收集混合液，保温反应，静置冷却至室温，过滤并收集反应液；
（3）按质量比1:5，将丙烯酸添加至丙烯酰胺中，搅拌混合并调节pH至8.0，收集混合液并按重量份数计，分别称量45～50份混合液、3～5份质量分数1％过硫酸铵、10～15份N，N-亚甲基双丙烯酰胺和6～8份质量分数10％丝素蛋白溶液搅拌混合，收集混合液；
（4）将混合液老化处理，得凝胶液，将胰蛋白酶颗粒添加至凝胶液中，搅拌混合并超声分散，收集分散浆液，将分散浆液与反应液搅拌混合并静置，收集混合凝胶液并保温干燥6～8h，破碎研磨过筛，即可制备得所述的可控型食用菌菌棒保水剂材料。
步骤（1）所述的保温反应温度为75～85℃。
步骤（1）所述的去离子水、反应分散液、羧甲基纤维素、腐殖酸之间混合比例为按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份反应分散液、10～15份羧甲基纤维素、3～5份腐殖酸。
步骤（1）所述的调节pH至8.5采用的是0.5mol/L氢氧化钠溶液。
步骤（2）所述的保温反应温度为65～75℃。
步骤（2）所述的氢氧化钠溶液浓度为质量分数1％。
步骤（3）所述的调节pH采用的是质量分数1％氢氧化钠溶液。
步骤（4）所述的老化处理温度为45～50℃。
步骤（4）所述的胰蛋白酶添加量为50U/g。
步骤（4）所述的分散浆液与反应液之间混合比例为按体积比1:1。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明技术方案采用膨润土复合丙烯酸和丙烯酰胺物质，膨润土是一种天然层状结构硅铝酸盐矿物粘土，具有吸附水分子、离子交换以及粘结性等性能，丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）有机单体能够吸附或进入到膨润土中，经聚合两者结合在一起，发生物理交联，产物具有良好的吸水保水耐盐性能，同时本发明技术方案在其表面包覆丝素蛋白并填充蛋白酶材料，在保水剂使用的初期，保水剂内部丝素蛋白大量分解并使大分子链酶解成小分子多肽结构，有效降低材料结构致密性能，使保水性能大幅下降，水份散失加快，在酶解后期，保水剂材料中小分子肽被菌棒吸收，作为养分后，保水性能大幅下将，低效保水，防止菌棒使用后期水份过多，有效控制在食用菌生长过程中水份的缓慢降低，从而有效改善保水剂材料的保水可控性能；
（2）本发明技术方案采用有机化改性蒙脱土材料改善跑道路面材料的结构性能，由于蒙脱土是一种硅酸盐天然矿物，自然储量丰富，性能优良，价格低廉，通过有机化改性蒙脱土材料并使其有效填充至保水剂材料内部，改善其在保水剂材料中的分散均匀性能，使其不易团聚，有效提高菌棒基质的孔隙度，尤其是非毛管孔隙度，由于其具有离子交换性、吸附性，可以吸附菌棒基质中的有机质，和菌棒基质中的阳离子发生交换，从而改善菌棒基质的孔隙特性，此外，保水剂在菌棒基质中吸水时体积膨胀、脱水时体积收缩，其在吸水－脱水过程中体积的巨大变化有利于改善菌棒基质孔隙度，同时通过保水剂中的有机官能团菌棒基质中的多价金属离子以及菌棒基质颗粒三者之间的桥联作用，改善菌棒基质通透性，防止表土结皮，平均粒径值越高，菌棒基质团聚程度和团聚体稳定性越高；
（3）本发明技术方案通过腐殖酸复合纤维素材料为改性材料对菌棒基质进行改性由于其自身有效的吸附水份和含有多种亲水性基团，当其质量增加时可增加合成物中亲水性基团数目，从而使吸液率增加，可调节菌棒基质水、热、气、肥等功能，还可为微生物提供充足的碳源和营养元素，菌棒基质微生物活跃，微生物量碳显著提高，另一方面，腐殖酸具有羧基、羰基、醇羟基等多种官能团，有较强离子交换和吸附能力，可吸附氨气，生成腐殖酸铵盐，减少氨挥发，提高氮肥利用率，显著提高菌棒基质微生物量氮含量，改善微生物繁殖性能，提高保水剂材料使用性能。
具体实施方式
按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、3～5份蒙脱土、10～15份聚硅氧烷和1～2份硅烷偶联剂置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于75～85℃下保温反应2～3h，得反应分散液，再按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份反应分散液、10～15份羧甲基纤维素、3～5份腐殖酸置于三角烧瓶中，搅拌混合并用0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8.5，搅拌混合并置于200～300W下超声分散10～15min，收集得基体分散液；按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份基体分散液、10～15份丙烯酸、8～10份质量分数1％氢氧化钠溶液、3～5份丙烯酰胺、6～8份N，N-二甲基甲酰胺、1～2份过硫酸铵和6～8份膨润土置于三口烧瓶中，搅拌混合并收集混合液，再在65～75℃下3～5h，静置冷却至室温，过滤并收集反应液；按质量比1:5，将丙烯酸添加至丙烯酰胺中，搅拌混合并用质量分数1％氢氧化钠溶液调节pH至8.0，收集混合液并按重量份数计，分别称量45～50份混合液、3～5份质量分数1％过硫酸铵、10～15份N，N-亚甲基双丙烯酰胺和6～8份质量分数10％丝素蛋白溶液搅拌混合，收集混合液并置于45～50℃下老化6～8h，得凝胶液，再按50U/g，将胰蛋白酶颗粒添加至凝胶液中，搅拌混合并置于200～300W下超声分散10～15min，收集分散浆液并按体积比1:1，将分散浆液与反应液搅拌混合并静置6～8h，收集混合凝胶液并置于55～65℃下保温干燥6～8h，破碎研磨过200目筛，即可制备得所述的可控型食用菌菌棒保水剂材料。
实例1
按重量份数计，分别称量45份去离子水、3份蒙脱土、10份聚硅氧烷和1份硅烷偶联剂置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于75℃下保温反应2h，得反应分散液，再按重量份数计，分别称量45份去离子水、10份反应分散液、10份羧甲基纤维素、3份腐殖酸置于三角烧瓶中，搅拌混合并用0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8.5，搅拌混合并置于200W下超声分散105min，收集得基体分散液；按重量份数计，分别称量45份去离子水、10份基体分散液、10份丙烯酸、8份质量分数1％氢氧化钠溶液、3份丙烯酰胺、6份N，N-二甲基甲酰胺、1份过硫酸铵和6份膨润土置于三口烧瓶中，搅拌混合并收集混合液，再在65℃下保温反应3h，静置冷却至室温，过滤并收集反应液；按质量比1:5，将丙烯酸添加至丙烯酰胺中，搅拌混合并用质量分数1％氢氧化钠溶液调节pH至8.0，收集混合液并按重量份数计，分别称量45份混合液、3份质量分数1％过硫酸铵、10份N，N-亚甲基双丙烯酰胺和6份质量分数10％丝素蛋白溶液搅拌混合，收集混合液并置于45℃下老化6h，得凝胶液，再按50U/g，将胰蛋白酶颗粒添加至凝胶液中，搅拌混合并置于200W下超声分散10min，收集分散浆液并按体积比1:1，将分散浆液与反应液搅拌混合并静置6h，收集混合凝胶液并置于55℃下保温干燥6h，破碎研磨过200目筛，即可制备得所述的可控型食用菌菌棒保水剂材料。
实例2
按重量份数计，分别称量48份去离子水、4份蒙脱土、13份聚硅氧烷和1.5份硅烷偶联剂置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于80℃下保温反应2.5h，得反应分散液，再按重量份数计，分别称量48份去离子水、13份反应分散液、13份羧甲基纤维素、4份腐殖酸置于三角烧瓶中，搅拌混合并用0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8.5，搅拌混合并置于250W下超声分散13min，收集得基体分散液；按重量份数计，分别称量47份去离子水、13份基体分散液、13份丙烯酸、9份质量分数1％氢氧化钠溶液、4份丙烯酰胺、7份N，N-二甲基甲酰胺、1.5份过硫酸铵和7份膨润土置于三口烧瓶中，搅拌混合并收集混合液，再在70℃下保温反应4h，静置冷却至室温，过滤并收集反应液；按质量比1:5，将丙烯酸添加至丙烯酰胺中，搅拌混合并用质量分数1％氢氧化钠溶液调节pH至8.0，收集混合液并按重量份数计，分别称量47份混合液、4份质量分数1％过硫酸铵、13份N，N-亚甲基双丙烯酰胺和7份质量分数10％丝素蛋白溶液搅拌混合，收集混合液并置于47℃下老化7h，得凝胶液，再按50U/g，将胰蛋白酶颗粒添加至凝胶液中，搅拌混合并置于250W下超声分散13min，收集分散浆液并按体积比1:1，将分散浆液与反应液搅拌混合并静置7h，收集混合凝胶液并置于60℃下保温干燥7h，破碎研磨过200目筛，即可制备得所述的可控型食用菌菌棒保水剂材料。
实例3
按重量份数计，分别称量50份去离子水、5份蒙脱土、15份聚硅氧烷和2份硅烷偶联剂置于三口烧瓶中，搅拌混合并置于85℃下保温反应3h，得反应分散液，再按重量份数计，分别称量50份去离子水、15份反应分散液、115份羧甲基纤维素、5份腐殖酸置于三角烧瓶中，搅拌混合并用0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8.5，搅拌混合并置于300W下超声分散15min，收集得基体分散液；按重量份数计，分别称量50份去离子水、15份基体分散液、15份丙烯酸、10份质量分数1％氢氧化钠溶液、5份丙烯酰胺、8份N，N-二甲基甲酰胺、2份过硫酸铵和8份膨润土置于三口烧瓶中，搅拌混合并收集混合液，再在75℃下保温反应5h，静置冷却至室温，过滤并收集反应液；按质量比1:5，将丙烯酸添加至丙烯酰胺中，搅拌混合并用质量分数1％氢氧化钠溶液调节pH至8.0，收集混合液并按重量份数计，分别称量50份混合液、5份质量分数1％过硫酸铵、15份N，N-亚甲基双丙烯酰胺和8份质量分数10％丝素蛋白溶液搅拌混合，收集混合液并置于50℃下老化8h，得凝胶液，再按50U/g，将胰蛋白酶颗粒添加至凝胶液中，搅拌混合并置于300W下超声分散15min，收集分散浆液并按体积比1:1，将分散浆液与反应液搅拌混合并静置8h，收集混合凝胶液并置于65℃下保温干燥8h，破碎研磨过200目筛，即可制备得所述的可控型食用菌菌棒保水剂材料。
将本发明制备的可控型食用菌菌棒保水剂材料及市售菌棒保水剂进行检测，具体检测结果如下表表1：
测试方法：
将本发明实例1-3制备的可控型食用菌菌棒保水剂材料涂覆于菌棒上与菌棒未作涂覆的空白菌棒作为对比试验，进行测试；
表1可控型食用菌菌棒保水剂材料性能表征
由表1可知本发明制备的可控型食用菌菌棒保水剂材料，保水性能好，且具有可控性，能有效防止菌棒使用后期水份过多造成腐根现象的发生，具有广阔的市场价值和应用前景。
Claims (10)
1.一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、3～5份蒙脱土、10～15份聚硅氧烷和1～2份硅烷偶联剂置于三口烧瓶中，保温反应，得反应分散液，再分别称量去离子水、反应分散液、羧甲基纤维素、腐殖酸置于三角烧瓶中，搅拌混合并调节pH至8.5，搅拌混合并超声分散，收集得基体分散液；
（2）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份基体分散液、10～15份丙烯酸、8～10份氢氧化钠溶液、3～5份丙烯酰胺、6～8份N，N-二甲基甲酰胺、1～2份过硫酸铵和6～8份膨润土置于三口烧瓶中，搅拌混合并收集混合液，保温反应，静置冷却至室温，过滤并收集反应液；
（3）按质量比1:5，将丙烯酸添加至丙烯酰胺中，搅拌混合并调节pH至8.0，收集混合液并按重量份数计，分别称量45～50份混合液、3～5份质量分数1％过硫酸铵、10～15份N，N-亚甲基双丙烯酰胺和6～8份质量分数10％丝素蛋白溶液搅拌混合，收集混合液；
（4）将混合液老化处理，得凝胶液，将胰蛋白酶颗粒添加至凝胶液中，搅拌混合并超声分散，收集分散浆液，将分散浆液与反应液搅拌混合并静置，收集混合凝胶液并保温干燥6～8h，破碎研磨过筛，即可制备得所述的可控型食用菌菌棒保水剂材料。
2.根据权利要求1所述的一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的保温反应温度为75～85℃。
3.根据权利要求1所述的一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的去离子水、反应分散液、羧甲基纤维素、腐殖酸之间混合比例为按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份反应分散液、10～15份羧甲基纤维素、3～5份腐殖酸。
4.根据权利要求1所述的一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的调节pH至8.5采用的是0.5mol/L氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求1所述的一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的保温反应温度为65～75℃。
6.根据权利要求1所述的一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的氢氧化钠溶液浓度为质量分数1％。
7.根据权利要求1所述的一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的调节pH采用的是质量分数1％氢氧化钠溶液。
8.根据权利要求1所述的一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的老化处理温度为45～50℃。
9.根据权利要求1所述的一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的胰蛋白酶添加量为50U/g。
10.根据权利要求1所述的一种可控型食用菌菌棒保水剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的分散浆液与反应液之间混合比例为按体积比1:1。
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