Pasteurization-assisted solid-state bioconversion of Caragana korshinskii residues by Irpex lacteus n6

在华北地区干旱和半干旱的景观中，一种被称为柠黄荆（Caraxia korshinskii）的耐旱灌木在固持土壤和恢复脆弱生态系统中发挥着至关重要的作用。这种属于豆科的植物在极少数其他植物能够生存的环境中茁壮成长，既能抵御干旱，也能耐受严寒，其深根能够固定大地，防止风蚀。然而，随着这些灌木丛趋于成熟，植株会变得木质化且坚硬，每年都会积累一层厚厚的修剪废弃物。尽管每年产生的这类材料高达数百万吨，但大部分只是被简单地焚烧或任其腐烂，这代表了一个错失的机会。挑战在于植物的结构：其纤维被锁在一个坚硬的、富含木质素的基质中，这使得动物难以消化。为了将这种坚韧的残留物转化为有用的动物饲料，科学家们转向了自然界自身的“回收者”：真菌。某些真菌，特别是白腐菌类，拥有一种独特的能力，能够分泌酶来分解木质素——即连接植物纤维的“胶水”，从而有效地释放出其中锁住的营养物质。这一生物过程提供了一种比工业中常用的剧烈化学处理更温和、更可持续的替代方案，有可能将一种废弃物转化为牲畜的有价值资源。

内蒙古农业大学的研究人员致力于寻找完成这一特定任务的完美真菌伙伴。他们从这些灌木生长的原生栖息地中收集了十一种不同的名为黑齿白腐菌（Irpex lacteus）的野生菌株。目标是确定哪些本土菌株能够最好地定殖在坚硬的灌木残留物上并实现高效分解。团队首先测试了每种菌株在碎裂灌木材料床上的扩散速度。虽然所有菌株都能生长，但其中两种（分别标记为 n4 和 n6）扩张速度最快，仅用一周时间就覆盖了测试表面。为了理解其中的原因，科学家检查了这些真菌产生的酶。他们使用简单的显色测试来观察真菌攻击植物不同部分的能力。其中一项测试测量了氧化类似于木质素物质的能力，而另一项则检查了溶解纤维素（植物的主要结构纤维）的能力。结果显示，虽然有些菌株擅长一类，而另一些擅长另一类，但菌株 n6 脱颖而出，表现得最为全面。它产生了分解木质素“胶水”和纤维素纤维所需的最高水平的特定酶，使其成为进一步研究的最强候选者。

在确定了最佳菌株后，研究人员随后专注于如何最有效地培养它。他们测试了各种条件以观察什么能促进真菌茁壮成长，实验了不同的温度、酸度和食物来源。他们发现，该真菌在 30 摄氏度的温暖温度和微酸性的环境中生长得最好。在食物方面，该真菌偏好麦芽糖（一种糖类）和胨（一种源自蛋白质的营养物质）作为其主要食粮。为了准备足够的真菌量来处理大量的灌木废弃物，团队还需要一种方法让它在谷物介质上快速生长。他们测试了五种不同的谷物——荞麦、高粱、玉米、小米和小麦——以观察哪种能支持最快的生长。事实证明，荞麦是明显的赢家，它能让真菌比在其他任何谷物上都更迅速、更密集地扩散。这一发现为生产用于主实验所需的真菌启动培养物提供了一种实用的方法。

研究的最后阶段涉及让真菌在实际的灌木残留物上发挥作用。研究人员以两种不同的方式准备了碎裂的植物材料，以观察哪种方法效果更好。一组样本使用高压蒸汽进行灭菌，这是一种杀灭所有其他微生物的标准方法，但需要消耗大量能量。另一组样本则经过巴氏杀菌处理，这是一种较温和的热处理方法，可以在不完全灭菌的情况下减少竞争性微生物。随后，两组样本都接种了由荞麦培养的黑齿白腐菌 n6 菌株，并进行了 56 天的发酵。结果令人瞩目。经过温和的巴氏杀菌处理并接种真菌的样本表现出了最显著的改善。与未经处理的巴氏杀菌对照组相比，发酵后的材料中的纤维含量显著下降。中性洗涤剂纤维（代表总的不可消化细胞壁）减少了近 17%。酸性洗涤剂纤维（衡量更坚硬、更难消化的部分的指标）也下降了约 16.5%。最令人印象深刻的是，酸性洗涤剂木质素（使植物如此难以食用的顽固成分）减少了近 50%。

除了分解坚硬的纤维外，该过程还提高了饲料的营养价值。处理后材料中的粗蛋白含量从约 8% 上升到 12% 以上，而提供动物快速能量的水溶性碳水化合物则增加了五倍多。这些变化表明，真菌不仅软化了植物结构，还将自身的生物量添加到了混合物中，从而丰富了最终产品。研究表明，利用当地来源的真菌结合简单的巴氏杀菌步骤，是升级这种丰富的灌木废弃物的可行途径。虽然研究证实了该材料变得更易消化且更有营养，但作者指出，仍需进一步测试以观察动物实际的采食量和利用情况。尽管如此，这项工作为将这种大规模、未充分利用的废弃物流转化为可持续畜牧业潜在解决方案提供了坚实的基础。