寧雨霏，邵 輝

（河北傳媒學(xué)院美術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，河北 石家莊 051430）

阿魏蘑菇（Pleurotus ferulae） 又稱阿魏蘑、阿魏側(cè)耳[1]，是一種原產(chǎn)自干旱草原上的野生蕈菌，在我國(guó)新疆分布較廣。目前已經(jīng)人工馴化成功，成為了不可多得的美味食用菌[2]。阿魏蘑菇子實(shí)體肉厚、色白，香味濃郁，有草原牛肝菌的美稱，味道極其鮮美，是不可多得的美味佳肴。阿魏蘑菇還有很高的藥用價(jià)值，有消積、開胃健脾、殺蟲等功效，還是治療關(guān)節(jié)炎的良藥[3]。自唐代起，就成為了西域各國(guó)進(jìn)貢的珍品，是名符其實(shí)的食藥兼用真菌[4]。

由于野生阿魏蘑菇受季節(jié)和氣候影響較大、產(chǎn)量小，已經(jīng)不能滿足人們的需要，人工栽培成為了主要來(lái)源途徑。人工栽培首先需要生產(chǎn)菌種，這是阿魏蘑菇栽培中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前主要的食用菌菌種生產(chǎn)方式有2種，即固體菌種和液體菌種[5]。固體菌種生產(chǎn)多采用母種、原種、栽培種的三級(jí)培養(yǎng)方式；而由于菌種生產(chǎn)環(huán)節(jié)過(guò)多，很容易產(chǎn)生污染，而且菌種生產(chǎn)周期長(zhǎng)，大批量生產(chǎn)的成本較高；而液體菌種的生產(chǎn)從母種到一級(jí)、二級(jí)培養(yǎng)發(fā)酵，菌種生產(chǎn)周期短、后期的菌絲活力強(qiáng)，生產(chǎn)成本相對(duì)較低[6]。因此，近年來(lái)液體菌種替代固體菌種的趨勢(shì)被廣泛認(rèn)可，越來(lái)越多的工廠化生產(chǎn)開始使用液體菌種。但液體菌種生產(chǎn)也有一定的風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)酵罐染菌問(wèn)題也需要從技術(shù)角度進(jìn)一步的改進(jìn)工藝和設(shè)備。

通過(guò)對(duì)阿魏蘑菇液體菌種的生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究，探討氣升式反應(yīng)器（也稱“氣升式發(fā)酵罐”）生產(chǎn)方法，并對(duì)其外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便更好地適應(yīng)阿魏蘑菇的液體菌種生產(chǎn)。

1 氣升式反應(yīng)器工作原理

氣升式反應(yīng)器是應(yīng)用較為廣泛的液體菌種生產(chǎn)反應(yīng)設(shè)備[7]，有氣升環(huán)流式、空氣噴射式和鼓泡式等多種類型。氣升環(huán)流式反應(yīng)器，是一種技術(shù)成熟的氣升式反應(yīng)器，已經(jīng)應(yīng)用于許多的生物發(fā)酵反應(yīng)器設(shè)計(jì)中其主體的剖面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中的氣升環(huán)流式反應(yīng)器中套裝有導(dǎo)流筒，可以將反應(yīng)器中的液體分成內(nèi)、外2個(gè)區(qū)域，內(nèi)部區(qū)域液體在導(dǎo)流筒內(nèi)自下往上流動(dòng)，外部區(qū)域?yàn)閷?dǎo)流筒外與反應(yīng)器內(nèi)壁的區(qū)域，液體在外部區(qū)域自上而下往下流動(dòng)。在導(dǎo)流筒下部中心位置安裝有一個(gè)空氣噴嘴或環(huán)形空氣管，用加壓泵將滅菌后的空氣噴射進(jìn)反應(yīng)器，促使導(dǎo)流筒內(nèi)部區(qū)域液體混合向上流動(dòng)，這一過(guò)程中滅菌空氣中的氧氣與發(fā)酵液充分混合溶解反應(yīng)，到達(dá)發(fā)酵液最上部液面時(shí)，混合溶解反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳?xì)馀萜屏?，排出氣體到反應(yīng)器液面上部空間。內(nèi)部區(qū)域的發(fā)酵液排氣后密度加大，由外部區(qū)域依靠重力自然下沉再次進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域，通過(guò)液體流動(dòng)實(shí)現(xiàn)了混合和發(fā)酵反應(yīng)的循環(huán)。氣升式反應(yīng)器上還安裝有必要的排氣閥、疏水閥、接種口等裝置，用于發(fā)酵生產(chǎn)工藝控制。

2 阿魏蘑菇液體菌種的氣升式反應(yīng)器生產(chǎn)工藝

2.1 阿魏蘑菇一級(jí)液體菌種培養(yǎng)

先配制阿魏蘑菇PD液體培養(yǎng)基，以1 000 mL水為基準(zhǔn)，加入葡萄糖16 g、豆粕粉4 g，磷酸二氫鉀3 g、蛋白胨2 g，硫酸鎂1.5 g混勻。取阿魏蘑菇菌種，接種至PDA培養(yǎng)基平板上活化10 d，用接種針挑取1 cm2左右的菌種接種到液體培養(yǎng)基液面，置于25℃的培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)，當(dāng)菌絲長(zhǎng)到培養(yǎng)基1/4左右時(shí)，放于搖床培養(yǎng)，使得長(zhǎng)有菌絲部分的培養(yǎng)基與沒長(zhǎng)菌絲的培養(yǎng)基均勻混合，以加快阿魏蘑菇菌絲的生長(zhǎng)速度。在轉(zhuǎn)速為200 r·min-1、溫度25℃的搖床上繼續(xù)培養(yǎng)7 d，得菌絲體懸浮液（注意以上操作均在無(wú)菌條件下完成）。最后進(jìn)行雜菌檢測(cè)，取100 μL阿魏蘑菇菌絲體懸浮液接種至PDA培養(yǎng)基平板，用無(wú)菌的三角棒涂勻，在25℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5 d。如觀察培養(yǎng)基平板沒有污染雜菌則證明一級(jí)液體菌種制備成功，制備好的阿魏蘑菇一級(jí)液體菌種在4℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

2.2 阿魏蘑菇液體菌種培養(yǎng)基制備

制備液體培養(yǎng)基，以上述阿魏菇一級(jí)液體菌種的體積為100%比例配制液體培養(yǎng)基，取6%的葡萄糖、1%的玉米淀粉、1%的蛋白胨，0.1%的麥芽糊精、0.1%的酵母提取物、0.2%的磷酸氫二鉀和0.2%的硫酸鎂混合，將混合液體加熱到95℃后放入氣升式反應(yīng)器中，0.15 MPa下高壓滅菌30 min，冷卻到室溫后即可接種。

2.3 氣升式反應(yīng)器滅菌操作

氣升式反應(yīng)器在進(jìn)行發(fā)酵前應(yīng)注意在導(dǎo)流筒內(nèi)注滿水，并檢查排氣閥、疏水閥、噴氣嘴和排氣管道是否徹底排氣。因?yàn)椴捎酶邏簻缇鷷r(shí)需要保證高液位，閥門堵塞會(huì)使滅菌升溫異常。同時(shí)，還應(yīng)著重檢查噴氣管道內(nèi)部是否能夠接觸到高壓蒸汽，由于管道內(nèi)部是密閉空間，管道兩端的壓力同時(shí)作用反而會(huì)使管道內(nèi)部承壓，高溫蒸汽無(wú)法到達(dá)造成管道滅菌失敗。這時(shí)可單獨(dú)采用高壓通氣的方式進(jìn)行滅菌，單獨(dú)在管道一側(cè)進(jìn)行加壓，并適當(dāng)增加滅菌時(shí)間或者滅菌溫度。然后再將整個(gè)氣升式生物反應(yīng)器（除氣泵外）連同培養(yǎng)基一同放入高壓滅菌鍋中105℃滅菌8 h即可。

2.4 接種操作

氣升式反應(yīng)器接種的過(guò)程是罐體開放與外界連通的過(guò)程，也是最容易染菌的環(huán)節(jié)，為確保阿魏蘑菇菌種安全無(wú)污染，在將一級(jí)菌種接入氣升式反應(yīng)器之前，需要確保接種口的無(wú)菌環(huán)境。首先用棉球蘸取75%的醫(yī)用酒精，對(duì)發(fā)酵罐的接種口進(jìn)行擦拭消毒。再打開氣升式反應(yīng)器的放氣閥使其內(nèi)部壓力降至零；其次，在接種口的外部放置一圈95%的酒精棉球，點(diǎn)燃產(chǎn)生火焰圈，燃燒后立即關(guān)閉放氣閥。此時(shí)再打開接種口，在火焰圈的保護(hù)下，迅速將阿魏蘑菇一級(jí)液體菌種倒入并立即密封接種口。接種時(shí)要注意加強(qiáng)接種人員的操作技能，快速準(zhǔn)確地按規(guī)程進(jìn)行操作。接種后要定期檢查接種層流罩的凈化效果，必要時(shí)每天對(duì)層流罩進(jìn)行平板沉降檢測(cè)。

2.5 氣升式反應(yīng)器阿魏蘑菇液體菌種的生產(chǎn)

在接種口密封后，即可進(jìn)入菌種的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。為氣升式反應(yīng)器接上氣泵，充入的空氣一定要是經(jīng)過(guò)滅菌的空氣，特別要注意氣源進(jìn)水引起的染菌風(fēng)險(xiǎn)。在多個(gè)氣升式反應(yīng)器同時(shí)生產(chǎn)時(shí)，如果出現(xiàn)不同天數(shù)的發(fā)酵罐同時(shí)染菌一般可以判定為氣源引起的污染?？梢远ㄆ谟昧Ｗ佑?jì)數(shù)儀器對(duì)空氣含菌量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即對(duì)空氣除菌工藝進(jìn)行檢查。目前空氣除菌多采用紫外給輻射法、化學(xué)藥物或加熱殺菌等方法，也可以用靜電吸附或過(guò)濾除菌的方法。再通過(guò)排氣閥調(diào)節(jié)罐體內(nèi)部的壓力，使罐體內(nèi)部的壓力維持在0.03 Mpa；罐體內(nèi)部的溫度控制在20℃～25℃、通氣量為1.0 L·min-1左右、培養(yǎng)時(shí)間為5 d左右即可得阿魏蘑菇液體菌種。

2.6 阿魏蘑菇液體菌種的檢測(cè)投產(chǎn)

在阿魏蘑菇液體菌種生產(chǎn)過(guò)程中，液體菌種是否污染是其能否用于后期生產(chǎn)的關(guān)鍵。一般在液體菌種出罐前一天，需要從反應(yīng)器中取樣到菌包上進(jìn)行培養(yǎng)，24 h后觀察到菌絲萌發(fā)正常，生長(zhǎng)正常，即可判定液體菌種無(wú)污染，可以投入生產(chǎn)使用。

3 氣升式反應(yīng)器的外觀設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的氣升式反應(yīng)器無(wú)論是導(dǎo)流筒式還是外循環(huán)式，其圓形導(dǎo)流筒式的主體是罐體和導(dǎo)流筒二個(gè)圓筒；外循環(huán)式是一個(gè)圓管為主管，側(cè)邊用一旁通管連接而形成循環(huán)通道，或上面有通道相連的彎成U型的圓管。氣升式反應(yīng)器的外觀設(shè)計(jì)一般采用傳統(tǒng)的球形罐或柱形罐形狀，其主要設(shè)計(jì)原理是因?yàn)榍蛐喂抻昧献钚《w積最大，而設(shè)計(jì)成柱形罐則主要是因?yàn)榧庸すに嚭?jiǎn)單，易于成型制造。在氣升式反應(yīng)器的外觀設(shè)計(jì)方面，需要注意以下幾個(gè)方面。

3.1 反應(yīng)器的散熱設(shè)計(jì)

由于好氧型發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，如采用酵母培養(yǎng)旺盛期發(fā)酵熱高達(dá) （3.0～4.0）× 105kJ·m-3h-1，雖然阿魏蘑菇液體菌種生產(chǎn)中發(fā)熱量不大，但也需要注意罐體的散熱問(wèn)題。在外觀設(shè)計(jì)材料上如果選擇不銹鋼制作基本上就可以解決傳熱和散熱問(wèn)題，有條件的可以在外部安裝換熱設(shè)備，以保證阿魏蘑菇液體菌種發(fā)酵溫度的穩(wěn)定。

3.2 反應(yīng)器觀察窗的設(shè)計(jì)

采用不銹鋼制造的反應(yīng)器可以承載發(fā)酵反應(yīng)壓力，但觀察罐內(nèi)發(fā)酵情況比較困難。因此，一般要在氣升式反應(yīng)器外部要開設(shè)有觀察孔或觀察窗，采用透明有機(jī)玻璃材質(zhì)，厚度要足夠抵抗反應(yīng)器的工作壓力。而且開設(shè)的位置要上下至少兩個(gè)觀察窗，一個(gè)用于觀察發(fā)酵液面和反應(yīng)器上部情況，一個(gè)用于觀察液體內(nèi)部的循環(huán)流動(dòng)情況。

3.3 反應(yīng)器的接種口、閥門等其它部件的外觀設(shè)計(jì)

接種口的大小要根據(jù)反應(yīng)器的罐體體積來(lái)確定，接種口要有密封性良好的蓋子，外觀上多采用圓形；而閥門、溫度、壓力測(cè)量口、排氣口等也多為圓形，這種外形雖然在加工制造時(shí)比較簡(jiǎn)單，但在銜接處要注意一定的打磨光滑，接頭最好呈圓弧或圓角過(guò)渡，避免出現(xiàn)夾縫、加工死角等，這些地方很容易滋生細(xì)菌產(chǎn)生污染。高壓蒸汽和無(wú)菌空氣管道在設(shè)計(jì)時(shí)要注意與反應(yīng)器外部罐體的接口，一般應(yīng)選擇反應(yīng)器外部的平面處作為管道接口，一是避免形成衛(wèi)生死角，二是減少焊接操作難度，減少因焊接質(zhì)量而產(chǎn)生的滲漏染菌風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

隨著食用菌液體制種生產(chǎn)工藝的普及，使用氣升式反應(yīng)器來(lái)進(jìn)行阿魏蘑菇的液體菌種生產(chǎn)成為了一個(gè)新的選擇。與攪拌式發(fā)酵相比，氧氣供應(yīng)充足，滿足了真菌生長(zhǎng)所需要的氧氣持續(xù)供給。而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)成本和設(shè)備價(jià)格低廉，十分適合我國(guó)目前食用菌生產(chǎn)的現(xiàn)狀，值得普及推廣這種新型的菌種生產(chǎn)方式和設(shè)備。