CN110453519A - 一种食用菌菌渣的制浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种食用菌菌渣的制浆方法，包括以下步骤：（1）将风干后的菌渣棒破碎成小块，去除杂物；（2）预处理：在常温下将破碎后的菌渣与水按照1：3‑1：6的质量比，浸泡30‑60分钟，然后将菌渣升温至95‑100℃，充分搅拌，保温30‑50分钟；（3）磨浆：将预处理后的菌渣进行分阶段磨浆，磨浆浓度为15‑30%；（4）筛选：磨浆后，用长缝筛浆机进行筛选处理，筛选筛缝宽度为0.25‑0.5mm，制得满足质量要求的机械浆。制浆造纸工艺成熟，废弃物环保处理稳定可靠，菌渣制浆产生的废液、废渣等易于处理。制备的机械浆在造纸和农业方面的应用，可以用于生产包装瓦楞芯纸和可降解农业育苗杯。

Description

一种食用菌菌渣的制浆方法

技术领域

本发明涉及一种食用菌菌渣的制浆方法，属于食用菌栽培废弃物利用技术领域。

背景技术

近年来，我国食用菌产业发展迅速，产能增长很快，逐步实现了食用菌养殖加工工厂化、产业化和规模化。我国是食用菌的生产大国，占世界食用菌总产量的70%以上。同时食用菌栽培所产生的废料也越来越多，每年食用菌的废料约有1580万吨。由于菌渣种类复杂，我国菌渣的综合利用率较低，大部分菌渣被随意堆放或燃烧，不仅造成了环境污染，而且滋生杂菌和病原菌给食用菌产业区带来细菌污染的安全隐患。菌渣废料多渠道综合利用对于减少原料的浪费，提高农民收入、保护环境势在必行。

在我国，食用菌主要为香菇、平菇、黑木耳、双胞菇、金针菇等五种，占我国食用菌总产量的80%以上，其中香菇的产量占食用菌总产量的27%。平菇、双胞菇等为草腐菌类，主要以麦草等草类原料培养，双胞菇在培养基上面覆盖5cm左右的泥土，菌渣泥土含量高，秸秆类纤维物质含量低，比较适合农用肥应用。香菇、木耳为木腐菌类，所使用的原料主要是枝桠材、木屑、锯沫和等木材类原料，菌渣中含有的纤维素物质多，杂质较少，质量稳定，可以满足原料制浆造纸原料的基本要求。

试验分析结果，香菇菌渣的冷水抽出物为25.53%，热水抽出物为30.93%，苯醇抽出物为8.04%，1%NaOH抽出物为57.66%，香菇菌渣中综纤维素含量为54.25%，纤维素含量为34.35%，木素含量为17.51%，含有较多的纤维素、半纤维素。香菇菌渣中纤维的平均纤维长度0.83mm，平均纤维宽度20.77μm，长宽比为40.0，纤维细胞的细胞壁厚3.16μm，胞腔直径9.98μm，胞腔比为0.63，和常用的制浆原料杨木、桉木接近。从香菇菌渣、木耳菌渣的化学成分和纤维形态分析，香菇菌渣、木耳菌渣可以满足作为制浆造纸原料的基本特性。

目前较常用的菌渣循环利用模式是“植物基材-食用菌-菌渣-菌渣有机肥-种植业”，该模式中菌渣主要通过生产有机肥，有机肥用于种植的循环模式，减少废弃物燃烧的环境污染。菌渣用于生产菌渣生物有机肥过程中，菌渣用发酵堆肥，菌渣使用量最大为70%，并配用畜禽粪便、复合微生物菌剂等，引入了新的污染源。

采用微生物发酵工艺生产有机肥料：参见《利用食用菌菌渣生产有机肥料的研究》中国土壤肥料(2008，1)，孙建华，袁玲，张翼，西南大学资源环境学院，文章编号：1673-6257（2008）01-0052-04；参见专利申请号CN200910229213.0“一种由食用菌菌渣制备的防病有机肥”；参见专利申请号CN200610045209.5“利用食用菌菌渣制作有机肥的生产方法”。 以上三种方式的不足在于：细菌继续繁殖，疾病传播对周边环境造成严重影响，微生物发酵工艺的缺点是，发酵周期较长，一般为20-50天，甚至更长，设备投资大，生产成本高，在使用过程中还需配合化学肥料、畜禽粪便、各类菌剂等，引入其他污染源。

发明内容

本项目为山东省重点研发计划项目 项目编号：2018GSF117011。

本发明将食用菌菌渣作为造纸的原料，不仅解决了菌渣的处理问题，而且现有技术中并没有将菌渣应用于制浆造纸方面，本方法创造性的将其应用于制浆造纸，缓解了造纸原料的匮乏，制成的纸张不仅质量优良，满足人们的需求，而且原料有较高的利用率。

采用食用菌菌渣制浆，是将食用菌的真菌培养和食用菌种植过程作为造纸生物制浆的微生物处理阶段。食用菌菌渣中的纤维素、半纤维素和木质素，受到不同程度降解，菌棒中布满菌丝体，纤维组织得到润涨、撕裂等作用，菌渣变得更加疏松、柔软，可以不用或者少用化学药品对菌渣原料进行处理，直接通过机械方法制造符合使用要求的纸浆，生物制浆与机械法制浆的有机结合。菌渣制浆，流程较短，工艺简单，缓解目前造纸原料严重匮乏的局面，提高菌渣的经济价值，并减少了菌渣原料的储存带来的环境污染。

菌渣发酵堆放，占地面积大，堆放时间长，原料发酵对温度、水分的控制要求比较严格，处理难度大，不适用大规模生产。本技术直接利用食用菌菌渣制浆，没有化学药品带给环境带来污染。制浆造纸工艺成熟，废弃物环保处理稳定可靠，菌渣制浆产生的废液、排渣等易于处理。

菌渣废料数量大，食用菌生产逐步实现为产业化、规模化，区域集中，菌渣棒易于收集。而制浆原料的严重短缺，进一步制约了造纸产业的发展。采用菌渣制浆，可以实现大规模生产，能够满足中低档纸张产品的原料需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本专利是一种食用菌菌渣综合利用领域的新方法，食用菌菌渣废料数量大，只有少部分用于生产有机肥料、绝大多数被堆积用于燃烧，存放面积大，环境污染严重。使用菌渣制浆，用量大，能够很快形成规模化生产，制浆效率高，可以提高菌渣的利用价值，满足人民物质文化生活的需要，减少环境污染。

本专利技术方案如下：

一种食用菌菌渣的制浆方法，包括以下步骤：

（1）将风干后的食用菌菌渣棒破碎成小块，去除杂物；

（2）预处理：在常温下将破碎后的菌棒与水按照1：3-1：6的质量比，浸泡30-60分钟，然后将菌渣升温至95-100℃，充分搅拌，保温30-50分钟；

对菌渣预处理：该处理过程将细菌的灭活、非纤维成分分离、纤维软化过程三合一。

此过程中较高温度杀死残留的食用菌菌种、菌丝体，使菌渣中的生物酶失去活性，纤维组织不再继续受到生物降解；

此过程中溶解出菌渣原料在食用菌培养过程因纤维素、半纤维素、木素等物质被生物酶酶解成的小分子的糖类、蛋白质、淀粉类、有机酸等非纤维类物质，使纤维与非纤维物质得到分离，有利于净化和提高纸浆质量。

此过程中使菌渣纤维组织吸水、软化、润涨，在磨浆过程中易于解离纤维，减少纤维断裂及损伤，增加纤维强度，降低磨浆能耗，提高纸浆纤维的质量。

（3）磨浆：将预处理后的菌棒进行分阶段磨浆，磨浆浓度为15-30%；磨浆的过程充分利用纤维间的揉搓作用，减少纤维的切断。

（4）筛选：磨浆后，用长缝筛浆机进行筛选处理，筛选筛缝宽度为0.25-0.5mm，制得满足质量要求的机械浆。

优选地，步骤（3）中磨浆的过程为：第一段为高温磨浆，温度为90-100℃，磨浆间隙为1-3mm；第二段为常温磨浆，磨浆间隙为0.5-1.5mm；第三段为常温磨浆，磨浆间隙为0.3-1.0mm。

得到的食用菌菌渣机械浆得率为60-70%，预浸液pH为3.8-4.8，具有较强的酸性。食用菌菌渣机械浆打浆度为35-55°SR，湿重为0.7-1.0g，平均纤维长度为0.71-0.83mm。食用菌菌渣机械浆纤维较短，纸浆纤维大部分起毛、脱毛，滤水性能变差。

上述所述的制浆方法制备的机械浆在造纸及农业育苗杯方面的应用。

有益效果

1.本发明解决了制浆原料严重短缺的问题，食用菌种植后的菌渣数量巨大，收集容易，能够缓解造纸原料紧缺局面。

2.本发明的菌渣经过生物处理，菌渣原料的纤维结构更加疏松，易于吸水、润胀，部分影响纤维制浆的木素被降解，可以不用或者使用少量化学药品，机械制浆能源单耗低，纤维容易分散、解离。

3.制得的香菇菌渣机械浆得率为60%-70%，菌渣原料的较高的利用率，有效的降低了菌渣堆放的污染负荷。制浆造纸工艺系统比较完善，菌渣机械制浆过程中溶出的小分子糖类、蛋白质、淀粉类、有机酸等非纤维类物质可以直接用于生物肥料，无有害物质排出。

附图说明

图1木块纤维形态；

图2香菇菌渣纤维形态；

图3香菇菌渣机械浆纤维形态图；

图4菌渣机械浆配抄瓦楞芯纸主要指标；

图5磨浆的工艺流程。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

1菌渣原料

用于香菇种植的原料很多，主要使用桃木、李木、苹果木等果木，榆木等硬杂木及麦麸等多种混合原料。这些原料除含有纤维素、半纤维素、多糖类等物质外，还含有食用菌必须的蛋白质、氨基酸等有机质，营养物质丰富，满足香菇菌类生长的需要。与制浆造纸常用的原料（如杨木、桉木、松木等）不同的是，这些木材质地坚硬，纤维较短，纤维素含量相对较低。

食用菌培养一般经过：原料混合、菌棒装袋制作、高温灭菌、菌种接种、出菇管理、采收、养菌、二次出菇等过程。在培养香菇的过程中，真菌借助菌丝或菌丝体在木材内蔓延，菌丝端头能分泌酶，通过自身分泌生物酶的酶解作用，分解木材细胞壁组织中的纤维素、半纤维素和木质素，使长链大分子断裂，同时还能消化胞腔中的内含的淀粉、糖类等。菌棒中纤维素、半纤维素被降解，含量降低，木材纤维形态遭到破坏，纤维变短等，使菌棒重量减轻幅度达到50%-70%。

本实验所用木块、香菇菌渣、木耳菌渣均由山东博华高效生态农业科技有限公司提供。

木块主要成分为苹果木、榆木等木材枝桠材，规格为3-5mm。

香菇菌棒、木耳菌棒的主要原料配比及降解情况见表1。

表1 食用菌菌棒原料配比及降解情况

按照相关标准，对木块、香菇菌渣、木耳菌渣进行化学成分分析，结果如表2。

表2 菌渣中原料的化学成分分析

分析结果表明：

1.1菌渣溶液抽出物量不同程度提高

香菇、木耳培养后的菌渣与木块相比，其溶液抽出物（冷水抽出物、热水抽出物，1%NaOH抽出物，苯醇抽出物）均有大幅度增加。这是因为在食用菌培养过程中，木材原料中的纤维素、半纤维素、木素等物质均被生物酶酶解成为小分子的糖类、蛋白质、淀粉、有机酸类物质，转变成食用菌的营养成分，从而增加了抽出物的含量。

1.2 食用菌渣纤维素、木质素含量大幅度降低。

在食用菌培养过程中，木材纤维原料中的综纤维素、半纤维素、木质素均因降生物降解而减少。由表2和表3可以看出，与降解前的菌棒相比，木耳菌渣中综纤维素减少73.5%，纤维素减少77.4%，木素减少54.4%；香菇菌渣中综纤维素减少58.6%，纤维素减少56.5%，木素减少63.5%。两种菌渣相比，香菇菌渣生物降解程度相对轻微，综纤维素、纤维素降解幅度相对较少，木质素的降解比例较大。由于生物降解作用，菌渣原料的纤维结构变得松散，有利于对制浆过程中药品的浸透和纤维组织的离解。

表3：菌渣原料主要化学组分减量分析

2 菌渣的纤维形态分析

对香菇菌棒降解前后的纤维形态进行分析，结果如表4、图1、图2所示。

表4 原料纤维形态分析结果

分析结果表明：经过降解后的菌渣与硬杂木块相比，纤维平均长度由0.94mm降低到0.83mm，纤维壁厚度由2.30μm降到2.19μm，细胞腔直径8.98增加到9.37mm，则由从而导致纤维的长宽比、壁腔比菌渣纤维的壁腔比均有下降。这是因为香菇培养期间，菌丝分泌的生物酶，降解了木材组织中的纤维素、半纤维素、木素，使纤维木材纤维出现横向断裂，纵向分丝，细胞壁出现孔洞、裂纹，变薄现象。导致纤维强度降低，纤维间的结构疏松，纤维组织更易于吸水、渗透、润胀。

根据食用菌的原料结构及菌渣的特点，本项目选用香菇棒为制浆原料。试验采用的木块、香菇菌棒（三茬香菇菌棒）、木耳菌棒均取自山东博华高效生态农业科技有限公司食用菌基地。

菌渣制浆工艺及流程

3.1.1备料

将原料菌棒去除表面遗留的塑料杂物，在常温、干燥环境自然风干，然后菌棒破碎，均匀分散开，形成2cm左右的菌渣块。

3.1.2菌渣预浸

预浸是将菌渣放于带盖的常压容器中进行。液比1：4， 预浸温度95-100℃，时间60min。

3.1.3磨浆

将浸渍保温处理的原料，在约95℃条件下高浓磨浆，三段磨浆，磨浆浓度15-25%。磨浆设备采用GNM300高浓磨浆机，磨盘直径ø300mm，主轴转速3000转/min，给料螺旋转速30-45转/min，斜齿，齿宽3mm，磨齿间距5.5mm。第一段为高温磨浆，温度为90-100℃，磨浆间隙为2.0mm；第二段为常温磨浆，磨浆间隙为1.0mm；第三段为常温磨浆，磨浆间隙为0.50mm。

3.1.4筛选

磨后的纸浆，用长缝筛浆机进行筛选处理，筛出韧皮物质及未裂解的纤维束等，然后挤干备用。筛选条件：筛缝宽度为0.25mm。

试验结果与分析

对筛选的香菇菌渣纸浆进行检测分析，结果如表5,纤维形态如图3.

表5 香菇菌渣机械制浆结果

根据检测纸浆检测分析结果可以看出，香菇菌渣机械浆得率为59%，预浸液PH为3.88，具有较强的酸性。在食用菌培养过程中，木材原料中的纤维素、半纤维素、木素等物质均被生物酶酶解成为小分子的糖类、蛋白质、淀粉，有机酸类物质，在热水预浸过程中溶出物质较多。同时有部分韧皮类纤维物质不易被酶解，在磨浆过程中也不易解离形成筛余物。

香菇菌渣机械浆打浆度为56^oSR，湿重为0.9g,平均纤维长度为0.71mm。香菇菌渣机械浆纤维较短，纸浆大部分起毛脱毛。

香菇菌渣机械制浆配抄瓦楞芯纸应用试验

根据食用菌菌渣机械浆滤水较差、纤维长度较短、强度较低的性能特点，与包装箱废纸浆配抄瓦楞芯纸试验。

5.1试验条件

原料：快递包装纸箱废纸浆：打浆度20^oSR，纤维湿重6.4g

香菇菌渣机械浆（MP）：打浆度56^oSR，纤维湿重0.9g

辅料配比：阳离子淀粉 1.0% PAM 0.01%

干燥温度：90℃

具体步骤：

5.1.1将质量分数50%菌渣机械浆与50%打浆疏解合格的包装箱废纸浆混合均匀：

5.1.2按照工艺技术要求配用少量填料，添加APAM和阳离子淀粉，抄造成合格的纸片；

5.1.3用压榨机对纸页加压压榨50-60S；

5.1.4纸页干燥、平衡水分，按照国家相关标准与方法对纸样进行检测。

5.2试验结果与分析

根据瓦楞芯纸性能要求，将香菇菌渣机械浆与废纸浆按照不同配比混合，按照工艺要求添加助留剂、施胶剂等助剂混合均匀后进行抄片，然后经过压榨、干燥等工序，制成符合要求的纸页。按照按相关标准与方法对纸样进行检测，结果如表6，图4.

表6 菌渣机械浆配抄瓦楞芯纸主要指标

随着菌渣机械浆用量的增加，纸样抗张指数、撕裂指数、环压指数等指标逐渐降低。菌渣在生物酶的作用下发生了酶解，纤维被降解，纤维壁被破坏，纤维强度降低。同时在菌渣机械法制浆过程中，纤维长度受到切断。包装废纸浆的强度和平均长度优于菌渣机械浆。

采用50%-60%的菌渣机械浆与包装废纸配抄，具有较好抄造性能。采用50%菌渣机械浆与包装废纸配抄，检测纸样的主要物理指标为：纵向裂断长4.65km，横向环压指数6.07N•m/g；采用60%菌渣机械浆与包装废纸配抄，检测纸样的主要物理指标为：纵向裂断长2.71km，横向环压指数5.93 N•m/g，纸样的纵向裂断长、横向环压指数等主要指标，均能达到或超过瓦楞芯纸国家标准合格品要求。

实施例2

将制备的菌渣机械浆用于生产可降解育苗杯。

食用菌菌渣机械浆，用于生产蔬菜、苗木育苗杯、育苗盘等纸浆模塑产品。育苗杯（盘）杯厚1-2mm，具有保水、保温和耐水性能，在移栽时连苗带钵一起移栽，省去脱钵过程，省工、省时，不伤苗，有利幼苗成活，纸浆可降解育苗杯能完全代替塑料育苗杯。食用菌菌渣含有丰富的营养物质，在制浆过程中被保留，纸浆育苗杯易生物降解，菌渣中的营养物质成为农作物的营养源，不带来环境污染。育苗杯本身具备较好的干湿强度。

具体步骤：

2.1将质量分数50-70%菌渣机械浆与30-50%包装箱废纸浆混合均匀：

2.2按照一定的比例添加干湿强剂等，调节到合适的浓度；

2.3采用真空模塑工艺，使混合的纸浆纤维成形为模具形状的纸杯，真空度为-0.6-0.8kg/cm²；

2.4采用蒸汽加热模具的方式使湿纸杯加压干燥定型，形成厚度约1-2mm的纸杯，干燥温度为120-160℃，干燥时间为30-60S。 可降解育苗纸杯经加压干燥后，具备较好的韧性和较高的挺度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种食用菌菌渣的制浆方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将风干后的食用菌渣棒破碎成小块，去除杂物；

（2）预处理：在常温下将破碎后的菌棒与水按照1：3-1：6的质量比，浸泡30-60分钟，然后将菌渣升温至95-100℃，充分搅拌，保温30-50分钟；

（3）磨浆：将预处理后的菌棒进行分阶段磨浆，磨浆浓度为15-30%；

（4）筛选：磨浆后，用长缝筛浆机进行筛选处理，筛选筛缝宽度为0.25-0.5mm，制得满足质量要求的机械浆。

2.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于，步骤（3）中磨浆的过程为：第一段为高温磨浆，温度为90-100℃，磨浆间隙为1.0-3.0mm；第二段为常温磨浆，磨浆间隙为0.5-1.5mm；第三段为常温磨浆，磨浆间隙为0.3-1.0mm。

3.根据权利要求1所述的制浆方法，其特征在于，所述的食用菌为香菇或木耳。

4.一种权利要求1-2之一所述的制浆方法制备的机械浆，得到的食用菌菌渣机械浆得率为60-70%，食用菌菌渣机械浆打浆度为35-55°SR，湿重为0.7-1.0g，平均纤维长度为0.71-0.83mm。

5.一种权利要求3所述的机械浆在造纸或农业育苗杯方面的应用。

6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，采用质量分数50%-60%的菌渣机械浆与40-50%包装废纸配抄制成瓦楞芯纸。

7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，将质量分数50-70%菌渣机械浆与30-50%包装箱废纸浆制成可降解育苗杯。