寧雨霏，邵 輝

（河北傳媒學(xué)院美術(shù)與設(shè)計學(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，就成為了西域各國進貢的珍品，是名符其實的食藥兼用真菌[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、栽培種的三級培養(yǎng)方式；而由于菌種生產(chǎn)環(huán)節(jié)過多，很容易產(chǎn)生污染，而且菌種生產(chǎn)周期長，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、二級培養(yǎng)發(fā)酵，菌種生產(chǎn)周期短、后期的菌絲活力強，生產(chǎn)成本相對較低[6]。因此，近年來液體菌種替代固體菌種的趨勢被廣泛認可，越來越多的工廠化生產(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，發(fā)酵罐染菌問題也需要從技術(shù)角度進一步的改進工藝和設(shè)備。

通過對阿魏蘑菇液體菌種的生產(chǎn)工藝進行研究，探討氣升式反應(yīng)器（也稱“氣升式發(fā)酵罐”）生產(chǎn)方法，并對其外觀進行設(shè)計，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個區(qū)域，內(nèi)部區(qū)域液體在導(dǎo)流筒內(nèi)自下往上流動，外部區(qū)域為導(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。在導(dǎo)流筒下部中心位置安裝有一個空氣噴嘴或環(huán)形空氣管，用加壓泵將滅菌后的空氣噴射進反應(yīng)器，促使導(dǎo)流筒內(nèi)部區(qū)域液體混合向上流動，這一過程中滅菌空氣中的氧氣與發(fā)酵液充分混合溶解反應(yīng)，到達發(fā)酵液最上部液面時，混合溶解反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳氣泡破裂，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入內(nèi)部區(qū)域，通過液體流動實現(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，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)，當菌絲長到培養(yǎng)基1/4左右時，放于搖床培養(yǎng)，使得長有菌絲部分的培養(yǎng)基與沒長菌絲的培養(yǎng)基均勻混合，以加快阿魏蘑菇菌絲的生長速度。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菌條件下完成）。最后進行雜菌檢測，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液體菌種制備成功，制備好的阿魏蘑菇一級液體菌種在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。因為采用高壓滅菌時需要保證高液位，閥門堵塞會使滅菌升溫異常。同時，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作用反而會使管道內(nèi)部承壓，高溫蒸汽無法到達造成管道滅菌失敗。這時可單獨采用高壓通氣的方式進行滅菌，單獨在管道一側(cè)進行加壓，并適當增加滅菌時間或者滅菌溫度。然后再將整個氣升式生物反應(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)器接種的過程是罐體開放與外界連通的過程，也是最容易染菌的環(huán)節(jié)，為確保阿魏蘑菇菌種安全無污染，在將一級菌種接入氣升式反應(yīng)器之前，需要確保接種口的無菌環(huán)境。首先用棉球蘸取75%的醫(yī)用酒精，對發(fā)酵罐的接種口進行擦拭消毒。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，點燃產(chǎn)生火焰圈，燃燒后立即關(guān)閉放氣閥。此時再打開接種口，在火焰圈的保護下，迅速將阿魏蘑菇一級液體菌種倒入并立即密封接種口。接種時要注意加強接種人員的操作技能，快速準確地按規(guī)程進行操作。接種后要定期檢查接種層流罩的凈化效果，必要時每天對層流罩進行平板沉降檢測。

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)過滅菌的空氣，特別要注意氣源進水引起的染菌風(fēng)險。在多個氣升式反應(yīng)器同時生產(chǎn)時，如果出現(xiàn)不同天數(shù)的發(fā)酵罐同時染菌一般可以判定為氣源引起的污染?？梢远ㄆ谟昧Ｗ佑嫈?shù)儀器對空氣含菌量進行測定，發(fā)現(xiàn)問題立即對空氣除菌工藝進行檢查。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濾除菌的方法。再通過排氣閥調(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投產(chǎn)

在阿魏蘑菇液體菌種生產(chǎn)過程中，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行培養(yǎng)，24 h后觀察到菌絲萌發(fā)正常，生長正常，即可判定液體菌種無污染，可以投入生產(chǎn)使用。

3 氣升式反應(yīng)器的外觀設(shè)計

現(xiàn)有的氣升式反應(yīng)器無論是導(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)流筒二個圓筒；外循環(huán)式是一個圓管為主管，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)計一般采用傳統(tǒng)的球形罐或柱形罐形狀，其主要設(shè)計原理是因為球形罐用料最小而體積最大，而設(shè)計成柱形罐則主要是因為加工工藝簡單，易于成型制造。在氣升式反應(yīng)器的外觀設(shè)計方面，需要注意以下幾個方面。

3.1 反應(yīng)器的散熱設(shè)計

由于好氧型發(fā)酵會產(chǎn)生大量的熱能，如采用酵母培養(yǎng)旺盛期發(fā)酵熱高達 （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題。在外觀設(shè)計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

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觀察窗，一個用于觀察發(fā)酵液面和反應(yīng)器上部情況，一個用于觀察液體內(nèi)部的循環(huán)流動情況。

3.3 反應(yīng)器的接種口、閥門等其它部件的外觀設(shè)計

接種口的大小要根據(jù)反應(yīng)器的罐體體積來確定，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、壓力測量口、排氣口等也多為圓形，這種外形雖然在加工制造時比較簡單，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渡，避免出現(xiàn)夾縫、加工死角等，這些地方很容易滋生細菌產(chǎn)生污染。高壓蒸汽和無菌空氣管道在設(shè)計時要注意與反應(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。

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)器來進行阿魏蘑菇的液體菌種生產(chǎn)成為了一個新的選擇。與攪拌式發(fā)酵相比，氧氣供應(yīng)充足，滿足了真菌生長所需要的氧氣持續(xù)供給。而且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，生產(chǎn)成本和設(shè)備價格低廉，十分適合我國目前食用菌生產(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。