阿魏蘑菇液体菌种的气升式反应器生产方法及外观设计*

宁雨霏，邵 辉

（河北传媒学院美术与设计学院，河北 石家庄 051430）

阿魏蘑菇（Pleurotus ferulae） 又称阿魏蘑、阿魏侧耳[1]，是一种原产自干旱草原上的野生蕈菌，在我国新疆分布较广。目前已经人工驯化成功，成为了不可多得的美味食用菌[2]。阿魏蘑菇子实体肉厚、色白，香味浓郁，有草原牛肝菌的美称，味道极其鲜美，是不可多得的美味佳肴。阿魏蘑菇还有很高的药用价值，有消积、开胃健脾、杀虫等功效，还是治疗关节炎的良药[3]。自唐代起，就成为了西域各国进贡的珍品，是名符其实的食药兼用真菌[4]。

由于野生阿魏蘑菇受季节和气候影响较大、产量小，已经不能满足人们的需要，人工栽培成为了主要来源途径。人工栽培首先需要生产菌种，这是阿魏蘑菇栽培中的关键环节。目前主要的食用菌菌种生产方式有2种，即固体菌种和液体菌种[5]。固体菌种生产多采用母种、原种、栽培种的三级培养方式；而由于菌种生产环节过多，很容易产生污染，而且菌种生产周期长，大批量生产的成本较高；而液体菌种的生产从母种到一级、二级培养发酵，菌种生产周期短、后期的菌丝活力强，生产成本相对较低[6]。因此，近年来液体菌种替代固体菌种的趋势被广泛认可，越来越多的工厂化生产开始使用液体菌种。但液体菌种生产也有一定的风险，发酵罐染菌问题也需要从技术角度进一步的改进工艺和设备。

通过对阿魏蘑菇液体菌种的生产工艺进行研究，探讨气升式反应器（也称“气升式发酵罐”）生产方法，并对其外观进行设计，以便更好地适应阿魏蘑菇的液体菌种生产。

1 气升式反应器工作原理

气升式反应器是应用较为广泛的液体菌种生产反应设备[7]，有气升环流式、空气喷射式和鼓泡式等多种类型。气升环流式反应器，是一种技术成熟的气升式反应器，已经应用于许多的生物发酵反应器设计中其主体的剖面结构如图1所示。

图1中的气升环流式反应器中套装有导流筒，可以将反应器中的液体分成内、外2个区域，内部区域液体在导流筒内自下往上流动，外部区域为导流筒外与反应器内壁的区域，液体在外部区域自上而下往下流动。在导流筒下部中心位置安装有一个空气喷嘴或环形空气管，用加压泵将灭菌后的空气喷射进反应器，促使导流筒内部区域液体混合向上流动，这一过程中灭菌空气中的氧气与发酵液充分混合溶解反应，到达发酵液最上部液面时，混合溶解反应产生的二氧化碳气泡破裂，排出气体到反应器液面上部空间。内部区域的发酵液排气后密度加大，由外部区域依靠重力自然下沉再次进入内部区域，通过液体流动实现了混合和发酵反应的循环。气升式反应器上还安装有必要的排气阀、疏水阀、接种口等装置，用于发酵生产工艺控制。

2 阿魏蘑菇液体菌种的气升式反应器生产工艺

2.1 阿魏蘑菇一级液体菌种培养

先配制阿魏蘑菇PD液体培养基，以1 000 mL水为基准，加入葡萄糖16 g、豆粕粉4 g，磷酸二氢钾3 g、蛋白胨2 g，硫酸镁1.5 g混匀。取阿魏蘑菇菌种，接种至PDA培养基平板上活化10 d，用接种针挑取1 cm2左右的菌种接种到液体培养基液面，置于25℃的培养箱中避光培养，当菌丝长到培养基1/4左右时，放于摇床培养，使得长有菌丝部分的培养基与没长菌丝的培养基均匀混合，以加快阿魏蘑菇菌丝的生长速度。在转速为200 r·min-1、温度25℃的摇床上继续培养7 d，得菌丝体悬浮液（注意以上操作均在无菌条件下完成）。最后进行杂菌检测，取100 μL阿魏蘑菇菌丝体悬浮液接种至PDA培养基平板，用无菌的三角棒涂匀，在25℃的培养箱中培养5 d。如观察培养基平板没有污染杂菌则证明一级液体菌种制备成功，制备好的阿魏蘑菇一级液体菌种在4℃冰箱中保存备用。

2.2 阿魏蘑菇液体菌种培养基制备

制备液体培养基，以上述阿魏菇一级液体菌种的体积为100%比例配制液体培养基，取6%的葡萄糖、1%的玉米淀粉、1%的蛋白胨，0.1%的麦芽糊精、0.1%的酵母提取物、0.2%的磷酸氢二钾和0.2%的硫酸镁混合，将混合液体加热到95℃后放入气升式反应器中，0.15 MPa下高压灭菌30 min，冷却到室温后即可接种。

2.3 气升式反应器灭菌操作

气升式反应器在进行发酵前应注意在导流筒内注满水，并检查排气阀、疏水阀、喷气嘴和排气管道是否彻底排气。因为采用高压灭菌时需要保证高液位，阀门堵塞会使灭菌升温异常。同时，还应着重检查喷气管道内部是否能够接触到高压蒸汽，由于管道内部是密闭空间，管道两端的压力同时作用反而会使管道内部承压，高温蒸汽无法到达造成管道灭菌失败。这时可单独采用高压通气的方式进行灭菌，单独在管道一侧进行加压，并适当增加灭菌时间或者灭菌温度。然后再将整个气升式生物反应器（除气泵外）连同培养基一同放入高压灭菌锅中105℃灭菌8 h即可。

2.4 接种操作

气升式反应器接种的过程是罐体开放与外界连通的过程，也是最容易染菌的环节，为确保阿魏蘑菇菌种安全无污染，在将一级菌种接入气升式反应器之前，需要确保接种口的无菌环境。首先用棉球蘸取75%的医用酒精，对发酵罐的接种口进行擦拭消毒。再打开气升式反应器的放气阀使其内部压力降至零；其次，在接种口的外部放置一圈95%的酒精棉球，点燃产生火焰圈，燃烧后立即关闭放气阀。此时再打开接种口，在火焰圈的保护下，迅速将阿魏蘑菇一级液体菌种倒入并立即密封接种口。接种时要注意加强接种人员的操作技能，快速准确地按规程进行操作。接种后要定期检查接种层流罩的净化效果，必要时每天对层流罩进行平板沉降检测。

2.5 气升式反应器阿魏蘑菇液体菌种的生产

在接种口密封后，即可进入菌种的生产环节。为气升式反应器接上气泵，充入的空气一定要是经过灭菌的空气，特别要注意气源进水引起的染菌风险。在多个气升式反应器同时生产时，如果出现不同天数的发酵罐同时染菌一般可以判定为气源引起的污染。可以定期用粒子计数仪器对空气含菌量进行测定，发现问题立即对空气除菌工艺进行检查。目前空气除菌多采用紫外给辐射法、化学药物或加热杀菌等方法，也可以用静电吸附或过滤除菌的方法。再通过排气阀调节罐体内部的压力，使罐体内部的压力维持在0.03 Mpa；罐体内部的温度控制在20℃～25℃、通气量为1.0 L·min-1左右、培养时间为5 d左右即可得阿魏蘑菇液体菌种。

2.6 阿魏蘑菇液体菌种的检测投产

在阿魏蘑菇液体菌种生产过程中，液体菌种是否污染是其能否用于后期生产的关键。一般在液体菌种出罐前一天，需要从反应器中取样到菌包上进行培养，24 h后观察到菌丝萌发正常，生长正常，即可判定液体菌种无污染，可以投入生产使用。

3 气升式反应器的外观设计

现有的气升式反应器无论是导流筒式还是外循环式，其圆形导流筒式的主体是罐体和导流筒二个圆筒；外循环式是一个圆管为主管，侧边用一旁通管连接而形成循环通道，或上面有通道相连的弯成U型的圆管。气升式反应器的外观设计一般采用传统的球形罐或柱形罐形状，其主要设计原理是因为球形罐用料最小而体积最大，而设计成柱形罐则主要是因为加工工艺简单，易于成型制造。在气升式反应器的外观设计方面，需要注意以下几个方面。

3.1 反应器的散热设计

由于好氧型发酵会产生大量的热能，如采用酵母培养旺盛期发酵热高达 （3.0～4.0）× 105kJ·m-3h-1，虽然阿魏蘑菇液体菌种生产中发热量不大，但也需要注意罐体的散热问题。在外观设计材料上如果选择不锈钢制作基本上就可以解决传热和散热问题，有条件的可以在外部安装换热设备，以保证阿魏蘑菇液体菌种发酵温度的稳定。

3.2 反应器观察窗的设计

采用不锈钢制造的反应器可以承载发酵反应压力，但观察罐内发酵情况比较困难。因此，一般要在气升式反应器外部要开设有观察孔或观察窗，采用透明有机玻璃材质，厚度要足够抵抗反应器的工作压力。而且开设的位置要上下至少两个观察窗，一个用于观察发酵液面和反应器上部情况，一个用于观察液体内部的循环流动情况。

3.3 反应器的接种口、阀门等其它部件的外观设计

接种口的大小要根据反应器的罐体体积来确定，接种口要有密封性良好的盖子，外观上多采用圆形；而阀门、温度、压力测量口、排气口等也多为圆形，这种外形虽然在加工制造时比较简单，但在衔接处要注意一定的打磨光滑，接头最好呈圆弧或圆角过渡，避免出现夹缝、加工死角等，这些地方很容易滋生细菌产生污染。高压蒸汽和无菌空气管道在设计时要注意与反应器外部罐体的接口，一般应选择反应器外部的平面处作为管道接口，一是避免形成卫生死角，二是减少焊接操作难度，减少因焊接质量而产生的渗漏染菌风险。

4 结论

随着食用菌液体制种生产工艺的普及，使用气升式反应器来进行阿魏蘑菇的液体菌种生产成为了一个新的选择。与搅拌式发酵相比，氧气供应充足，满足了真菌生长所需要的氧气持续供给。而且结构简单，操作方便，生产成本和设备价格低廉，十分适合我国目前食用菌生产的现状，值得普及推广这种新型的菌种生产方式和设备。