Пастеризация субстрата и период кондиционирования [1989 Девочкин Л.А.

Субстрат, приготовленный способом спонтанной ферментации, подвергают термической обработке в закрытом помещении, которая включает пастеризацию субстрата и период кондиционирования. Пастеризация предусматривает обработку субстрата высокой температурой с целью уничтожения вредных для шампиньона организмов, развивающихся в субстрате в период ферментации и находящихся в культивационном помещении после окончания предыдущего оборота культуры, таких, как нематоды, клещи, грибные мухи и комарики, болезнетворные грибы и их споры и т. д.

Все перечисленные организмы, как правило, погибают при температуре выше 55°С и влажности, близкой к 100%, в течение 8-16 ч. При высокой температуре и низкой влажности воздуха некоторые вредные организмы, например нематоды, могут переходить в состояние анабиоза и выживать даже при длительной экспозиции высокой температуры. Поэтому в период пастеризации поддерживают высокую влажность воздуха, что гарантирует гибель вредных организмов.

Экспериментально установлено, что оптимальные условия для пастеризации субстрата - температура 60°С и влажность воздуха помещения около 100%. Для создания указанных параметров среды лучшим источником тепла и увлажнения воздуха служит насыщенный пар низкого давления. Пастеризация субстрата - безопасный и наиболее эффективный технологический прием борьбы с вредителями и болезнями шампиньона.

Применение высокой температуры для обработки субстрата имеет и отрицательную сторону. В период пастеризации погибают не только вредные организмы, но и в значительной степени полезная микрофлора, выживают только некоторые виды термофильных микроорганизмов, которые в дальнейшем должны обеспечивать перевод сложных форм органических соединений, находящихся в субстрате, в доступную для мицелия шампиньона форму. При температуре выше 65°С погибает значительная часть грибной флоры, актиномицеты, некоторые группы полезных бактерий переходят в состояние спор. Примерно такая же картина наблюдается и при продолжительной экспозиции обработки субстрата температурой 61-62°С. Кроме того, обработка субстрата температурой выше 60°С хотя и приводит к сокращению продолжительности периода пастеризации, но вызывает возрастание потерь азота, более сильное высушивание субстрата в связи с увеличением срока его охлаждения до температуры, при которой восстанавливается активность полезной микрофлоры. Поэтому нарушение установленного режима пастеризации потребует в дальнейшем более продолжительного времени для восстановления активности полезной микрофлоры.

Период кондиционирования, по существу, представляет собой завершающий этап ферментации субстрата в контролируемых условиях закрытого помещения. В этот период создают благоприятную температуру как для восстановления, так и активной жизнедеятельности полезной микрофлоры. Основная часть аммиака удаляется из субстрата, часть его переводится микроорганизмами в органические азотистые соединения. Субстрат становится более однородным, гомогенным по составу и селективным для шампиньона.

При традиционных способах выращивания шампиньона субстрат для пастеризации выдерживают в помещении для выращивания грибов в грядах или емкостях при самопроизвольном повышении температуры. Этот способ называют "отпотевание" субстрата.

В современном грибоводстве используют два способа пастеризации: так называемый классический способ - на стеллажах или в контейнерах и объемную пастеризацию, или пастеризацию в массе.

Пастеризация способом отпотевания субстрата. Сущность процесса отпотевания субстрата заключается в том, что после укладки в гряды (плоские, дву- или трехгребневые) субстрат выдерживают до посадки мицелия в течение 5-7 суток. За этот период благодаря наличию кислорода возрастает активность микроорганизмов, присутствующих в субстрате, и его температура повышается до 45-55°С. Наружный слой субстрата находится в непосредственном контакте с окружающим воздухом и остается холодным, а испаряющаяся из субстрата вода конденсируется на частицах поверхностного слоя и субстрат выглядит "потным". Находящиеся внутри субстрата вредные насекомые выползают из зоны высокой температуры на поверхность гряд, где их можно уничтожить пестицидами.

Пастеризация субстрата классическим способом. После наполнения субстратом стеллажей или установки контейнеров с субстратом в камеру пастеризации помещение очищают от частиц субстрата, моют пол и с целью контроля температуры устанавливают дистанционные термометры. Двери камеры закрывают и включают систему отопления, подачу пара и вентиляционную установку на режим полной рециркуляции воздуха. При автоматической системе регулирования параметров микроклимата подключают только датчики температуры, датчик влажности во избежание его порчи на период пастеризации в камере не устанавливают.

Если имеются значительные различия температуры субстрата по ярусам стеллажей (или контейнеров), то ее предварительно целесообразно выравнять с помощью сильной циркуляции воздуха без включения подачи пара в камеру. Эта операция рекомендуется и в том случае, если субстрат переувлажнен.

При влажности субстрата менее 70% в процессе тепловой обработки содержание воды падает ниже 65%, что недопустимо, так как может быть причиной снижения урожая. Поэтому перед началом пастеризации такой субстрат увлажняют разбрызгиванием воды на поверхность его слоя.

После включения подачи пара в камеру температура воздуха поднимается до 55-56°С в течение 2-3 ч. При этом в объеме камеры не должны образовываться зоны с различной температурой, что обеспечивается достаточно сильной циркуляцией воздуха при помощи вентиляционной установки.

Если при наполнении камеры субстрат окажется слишком влажным, то рекомендуется увеличить период подачи пара в камеру и при сильной циркуляции воздуха подсушить субстрат, не допуская, однако, повышения температуры воздуха более 60 и снижения менее 55°С.

После повышения температуры воздуха до 55-56°С прекращают подачу пара и отключают систему отопления. Субстрат, имея удельную теплоемкость в 3 раза большую, чем воздух, за этот период разогревается слабее и его температура достигает 45-50°С, а дальнейшее повышение температуры происходит за счет разницы температуры между воздухом и субстратом, а также за счет усиления микробиологических процессов с выделением биологического тепла. Как правило, в дальнейшем разогрев субстрата до температуры пастеризации (58-60°С) продолжается 5-8 ч после отключения подачи пара. Продолжительность периода пастеризации субстрата при 58-60°С составляет 6-8 ч при нормальном течении процесса и удовлетворительном качестве субстрата. Этот период может быть увеличен до 12-16 ч в том случае, если субстрат заражен нематодами или имеет какие-либо отклонения по качеству. Удлинение периода пастеризации не оказывает существенного отрицательного влияния на качество субстрата в конце периода его тепловой обработки.

Очень важно, чтобы в период пастеризации не было различий температуры субстрата в разных местах камеры, особенно между верхними и нижними ярусами стеллажей или контейнеров. С этой целью обеспечивают постоянную достаточную циркуляцию воздуха в камере пастеризации. Необходимость в подаче свежего воздуха для вентиляции, как правило, отсутствует. Однако если имеется опасность резкого повышения температуры субстрата, то целесообразно проводить периодическое вентилирование камеры с целью снижения температуры и ликвидации перегревов. Кратковременное повышение температуры субстрата до 62-63°С (в пределах 1 ч) допустимо и не вызывает отрицательных последствий.

В период пастеризации субстрата нужно своевременно проводить контроль температуры с интервалом 15-30 мин, а показания температуры записывать по специальной форме (паспорт культуры), позволяющей анализировать ход процесса пастеризации.

После завершения процесса включают подачу свежего воздуха для охлаждения до 43-45°С Считается нормальным, если вслед за охлаждением воздуха температура субстрата в течение 8-12 ч снижается до 55°С. Степень вентиляции свежим воздухом зависит в основном от температуры подаваемого воздуха и микробиологической активности субстрата. Контроль за изменением температуры в период охлаждения лучше всего осуществлять по наблюдениям за температурой субстрата. В случае быстрого снижения температуры подачу свежего воздуха несколько уменьшают и, наоборот, при очень медленном снижении температуры увеличивают количество подаваемого свежего воздуха.

При снижении температуры субстрата до 55-56°С процесс пастеризации заканчивается и начинается вторая стадия процесса тепловой обработки субстрата - период кондиционирования.

Кондиционирование проходит при медленно снижающейся температуре субстрата от 55 до 50°С, постоянной и достаточной подаче свежего воздуха. Температура субстрата и обеспечение кислородом в период кондиционирования определяют развитие и жизнедеятельность определенных групп микроорганизмов. При более высокой температуре (55-65°С) наиболее активно развиваются термофильные бактерии, затем при ее снижении на смену приходят актиномицеты, а также некоторые группы термофильных грибов. Однако доминирующая группа в период кондиционирования в субстрате - актиномицеты. Их активность зависит не только от температуры, но и от наличия в субстрате легкоусвояемых углеводов.

Медленное и равномерное снижение температуры в период кондиционирования обеспечивает высокую активность микрофлоры. Поэтому очень важно не допускать резких колебаний температуры субстрата в камере пастеризации. Идеальным считают равномерное снижение температуры на 1-1,5°С в сутки (рис. 31).

Рис. 31. Температура и вентиляция камеры в период пастеризации субстрата: I - наполнение субстратом; II - выравнивание температуры субстрата; III - разогрев и пастеризация субстрата; IV - охлаждение субстрата; V - период кондиционирования; VI - охлаждение субстрата; 1, 2 - соответственно температура субстрата и воздуха

Как правило, снижение температуры субстрата регулируется интенсивностью воздухообмена в камере. Однако приток свежего воздуха имеет и другую цель - обеспечение кислородом микроорганизмов для поддержания их высокой активности. Потребность в свежем воздухе в период кондиционирования зависит от многих факторов, и в первую очередь от активности микроорганизмов. Система вентиляции в этот период должна обеспечивать активное перемешивание воздуха в камере пастеризации при 10-15-кратном воздухообмене в течение часа. При этом потребность в свежем воздухе колеблется от 20 до 50 м³/ч на 1 т субстрата.

При тепловой обработке субстрата на стеллажах и в контейнерах воздухообмен в слое субстрата происходит за счет свободной конвекции, которая зависит от разницы температуры субстрата и окружающего воздуха. Установлено, что при пастеризации субстрата на стеллажах разность температуры субстрата и окружающего воздуха должна составлять 10-15, а в контейнерах - до 20°С.

Циркуляция воздуха в камере пастеризации обеспечивает не только выравнивание температуры в объеме помещения, но и достаточное смешивание свежего холодного воздуха с внутренним рециркуляционным, снижая концентрацию выделяющихся газов, таких, как углекислота и аммиак. Излишек воздуха из помещения выбрасывается в атмосферу через шахту вытяжной вентиляции. Однако вентиляция не должна препятствовать поддержанию необходимой температуры в субстрате. Если после нескольких часов вентилирования температура субстрата начинает быстро снижаться, то необходимо уменьшить подачу свежего воздуха. В случае падения температуры ниже нормы рекомендуется включить подачу пара и повысить ее до нормы и в то же время уменьшить подачу свежего воздуха. Если же температура субстрата снижается слишком медленно, то вентиляцию усиливают. Контроль за температурой в период кондиционирования проводят 1-2 раза в сутки.

Период кондиционирования продолжается 5-7 суток. За это время субстрат освобождается от аммиака, часть его выбрасывается в атмосферу при вентилировании помещения, другая часть ассимилируется микроорганизмами с превращением в белковые соединения. Субстрат теряет часть воды за счет испарения, часть углеродсодержащих соединений расходуется на энергетические процессы с выделением конечных продуктов жизнедеятельности микрофлоры в виде углекислого газа, воды и тепла. При общей продолжительности процесса тепловой обработки 9-10 суток потери массы субстрата в среднем составляют около 20% заложенной на пастеризацию, в том числе 18-19% воды и 1-2% сухого вещества. Таким образом, к моменту завершения периода кондиционирования влажность субстрата снижается на 5-6%, повышается относительное содержание общего азота на 0,1-0,4% (в пересчете на сухое вещество), показатель кислотности (рН) с 8 снижается до 7,2. На поверхности субстрата в результате активного развития актиномицетов появляется серовато-белый налет, исчезает запах аммиака.

После завершения периода кондиционирования субстрат охлаждают с помощью усиленной вентиляции до 25-27°С в течение 18-24 ч, затем приступают к посеву (посадке) мицелия.

Субстрат, готовый к посеву мицелия, характеризуется следующими показателями: структура однородная, солома тусклая, темно-коричневого цвета, довольно короткая, при скручивании жгута рвется без значительного усилия; на ощупь мягкий, однако еще довольно прочный; влажность около 65-68%, при сильном сжатии ладони рук становятся влажными, но остаются чистыми; на поверхности соломин видны серовато-белые пятна актиномицетов; исчезает клейкость, навозный и аммиачный запахи, появляется приятный сладковатый запах; рН около 7,5, содержание общего азота 1,8-2,3%.

Пастеризация субстрата в массе. Новый способ тепловой обработки субстрата, получивший название "пастеризация в массе", или "объемная пастеризация", за последнее десятилетие стал широко применяться в практике грибоводства. Сущность этого способа состоит в том, что уложенный рыхлым равномерным слоем высотой 1,8-2 м субстрат продувается очищенным воздухом заданной температуры. Продукты метаболизма удаляются из субстрата за счет принудительной конвекции, что позволяет более мобильно регулировать температуру субстрата и обеспечивать его кислородом воздуха.

Пастеризация субстрата в массе требует значительно меньшей площади помещения (1,2-1,3 м² площади пола для укладки 1 т субстрата) по сравнению с классическим способом (4-5 м²). Затраты тепла для разогрева субстрата также существенно снижаются, так как при вентиляции каждая частица массы субстрата контактирует с воздухом. Кроме того, более интенсивно используются камеры выращивания шампиньонницы не только в результате возрастания числа оборотов культуры в культивационном помещении, но и за счет увеличения массы субстрата на единицу площади при наполнении стеллажей. В связи с этим создается возможность получать более высокие урожаи.

К недостатку рассматриваемого способа пастеризации относится увеличение потерь массы субстрата по сравнению с пастеризацией в контейнерах или на стеллажах. Однако перечисленные положительные факторы свидетельствуют о целесообразности применения этого способа в грибоводстве.

Для проведения пастеризации субстрата в массе тоннель после наполнения субстратом закрывают, включают на несколько часов вентиляционную установку с целью выравнивания температуры в массе субстрата. За этот период возрастает активность микрофлоры субстрата и температура в нем повышается с 45 до 50°С. Затем включают подачу пара для разогрева субстрата до температуры пастеризации. При достижении температуры 56-57°С начинается процесс пастеризации, продолжительность которого, как и при пастеризации на стеллажах, составляет 6-8 ч. В этот период необходимо тщательно следить за температурой и не допускать ее повышения более чем до 58-60°С. Допускается пик температуры 62-63°С в течение 1-2 ч, что отрицательно не влияет на качество субстрата.

Следует отметить необходимость подачи небольшого количества свежего воздуха - 5-10% общего количества подаваемого вентиляционной установкой рециркуляционного воздуха - (10-20 м³/ч на 1 т). Это обусловлено тем, что без притока свежего воздуха при очень малом соотношении воздух: субстрат в тоннеле происходит быстрое накопление углекислого газа и его концентрация превысит допустимую (2%).

После завершения процесса пастеризации субстрат с помощью усиления вентиляции свежим холодным воздухом охлаждают до 52-54°С в течение 8-12 ч. С этого момента начинается период кондиционирования, в течение которого подачу свежего воздуха для подмешивания к рециркуляционному регулируют с таким расчетом, чтобы поддерживать температуру в пределах 50-54°С и в то же время иметь концентрацию углекислого газа не выше 2%. Ориентировочно потребность в свежем воздухе варьирует от 20 до 50 м³/ч на 1 т субстрата (рис. 32).

Рис. 32. Температура и вентиляция тоннеля в период пастеризации субстрата в массе. Обозначения те же, что на рис. 31

Окончание процесса кондиционирования субстрата определяют по концентрации аммиака в воздухе тоннеля, которая не должна превышать 10-15 мг/м³.

После завершения периода кондиционирования субстрат охлаждают до 25-26°С с помощью усиленной вентиляции свежим воздухом.

Температуру в процессе тепловой обработки субстрата контролируют по температуре потока воздуха под решатчатым полом тоннеля и по температуре воздуха над слоем субстрата в верхней зоне тоннеля. Температура субстрата по его слоям имеет минимальное варьирование и лежит всегда между температурой воздуха в верхней и нижней зонах тоннеля, разность которых, как правило, не превышает 3-3,5°С.