本發(fā)明涉及食用菌培養(yǎng)，具體為一種食用菌發(fā)酵設(shè)備及發(fā)酵方法。

背景技術(shù)：

1、食用菌（如香菇、靈芝、杏鮑菇等）富含蛋白質(zhì)、多糖及生物活性物質(zhì)，在食品、醫(yī)藥及保健品領(lǐng)域具有重要價(jià)值。傳統(tǒng)固體發(fā)酵依賴菌絲在基質(zhì)（如木屑、秸稈）中自然生長，存在周期長（30-60天）、染菌率高（10-15%）、難以規(guī)?；葐栴}。深層液體發(fā)酵技術(shù)通過將菌絲體懸浮于液體培養(yǎng)基中，在受控環(huán)境下實(shí)現(xiàn)快速增殖（周期縮短至5-10天），成為工業(yè)化生產(chǎn)的核心方向。然而，該技術(shù)對(duì)無菌環(huán)境、氧氣供應(yīng)及過程控制的嚴(yán)苛要求，使得通氣凈化系統(tǒng)的性能直接決定發(fā)酵成敗。

2、在液體發(fā)酵過程中，菌絲體通過呼吸作用消耗氧氣，同時(shí)合成代謝產(chǎn)物（如多糖、蛋白質(zhì)、酶類）。氧氣供應(yīng)不足會(huì)導(dǎo)致菌絲生長受限、代謝產(chǎn)物積累停滯，甚至引發(fā)自溶或污染；而過度供氧則可能造成泡沫堆積、能耗增加。因此，精準(zhǔn)控制通氣量與氣體無菌性是提升發(fā)酵效率和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

3、通氣系統(tǒng)不僅需提供高純度無菌空氣，還需確保氣體成分（如濕度、溫度、氧濃度）與菌種特性匹配。例如，某些食用菌菌絲在生長初期需較高濕度（70-80%rh）以維持細(xì)胞活性，而滅菌階段則需高溫干燥氣體以殺滅雜菌。因此，空氣凈化技術(shù)的高效性、可控性與集成度直接影響發(fā)酵過程的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性

4、盡管通氣對(duì)食用菌發(fā)酵至關(guān)重要，但傳統(tǒng)空氣凈化裝置普遍存在以下技術(shù)瓶頸，限制了發(fā)酵效率的提升：單級(jí)過濾效率不足：多數(shù)設(shè)備依賴單一高效濾膜攔截微生物，但未處理的氣溶膠（含細(xì)菌、噬菌體）易穿透濾膜，且濾膜在高濕度下易堵塞，更換成本高昂；滅菌能耗高：高溫蒸汽滅菌（121℃,?30分鐘）雖能滅活微生物，但直接加熱空氣需消耗大量能源（電耗1.2-2?kwh/m3），且缺乏余熱回收設(shè)計(jì)，熱效率僅40-50%；模塊分散與協(xié)同性差：現(xiàn)有技術(shù)多將除塵、滅菌、過濾模塊獨(dú)立安裝（如噴淋塔+滅菌罐+濾箱），管路復(fù)雜且壓損高（總壓降＞500?pa），供氣效率下降30%，此外，多系統(tǒng)獨(dú)立控制易出現(xiàn)參數(shù)失配（如溫度與濕度波動(dòng)），導(dǎo)致滅菌不徹底，因此，設(shè)計(jì)實(shí)用性強(qiáng)和集成化的一種食用菌發(fā)酵設(shè)備及發(fā)酵方法是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種食用菌發(fā)酵設(shè)備及發(fā)酵方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種食用菌發(fā)酵設(shè)備，包括發(fā)酵罐和套設(shè)于其外部的外罐，發(fā)酵罐與外罐之間形成保溫夾層，保溫夾層內(nèi)通過豎直設(shè)置的隔絕板依次劃分為預(yù)過濾腔、加熱腔及過濾腔，預(yù)過濾腔位于發(fā)酵罐底部，其內(nèi)部設(shè)有無菌水噴淋件和進(jìn)氣管，進(jìn)氣管貫穿外罐側(cè)壁并延伸至預(yù)過濾腔外部，加熱腔內(nèi)設(shè)有螺旋盤繞的輸送管，輸送管的兩端分別連通預(yù)過濾腔和過濾腔，且輸送管上安裝有氣液分離器，過濾腔內(nèi)設(shè)有紫外線滅菌燈并通過連接管一連通至發(fā)酵罐頂部的深度過濾箱，發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)有由驅(qū)動(dòng)件驅(qū)動(dòng)的空心軸，空心軸頂部通過連接管二與深度過濾箱連通，空心軸外壁安裝有攪拌進(jìn)氣件，加熱腔內(nèi)設(shè)有加熱件，加熱件的余熱傳導(dǎo)至進(jìn)氣管以預(yù)熱進(jìn)氣，發(fā)酵罐頂部設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器的測溫端延伸至發(fā)酵罐內(nèi)部。

3、根據(jù)上述技術(shù)方案，無菌水噴淋件包括循環(huán)管、循環(huán)泵及噴淋頭，循環(huán)管對(duì)稱設(shè)置于預(yù)過濾腔外壁，其一端延伸至預(yù)過濾腔底部，另一端延伸至預(yù)過濾腔頂部并與隔絕板內(nèi)的分流通道連通，噴淋頭均勻布設(shè)于隔絕板下端且與循環(huán)管連通，循環(huán)泵設(shè)置于循環(huán)管上。

4、根據(jù)上述技術(shù)方案，深度過濾箱包括箱體、活性炭板及疏水性濾膜，活性炭板和疏水性濾膜通過磁性卡扣結(jié)構(gòu)可拆卸安裝于箱體內(nèi)，箱體固定連接于發(fā)酵罐頂部。

5、根據(jù)上述技術(shù)方案，加熱件包括螺旋盤繞的換熱管一、套設(shè)于進(jìn)氣管外的余熱筒及換熱管二，換熱管一一端貫穿外罐連接至外部熱源，另一端延伸至余熱筒與進(jìn)氣管之間的換熱空間，換熱管二連通換熱空間與外部冷卻系統(tǒng)。

6、根據(jù)上述技術(shù)方案，驅(qū)動(dòng)件包括伺服電機(jī)、傳動(dòng)齒輪一、傳動(dòng)齒輪二及齒輪箱，伺服電機(jī)固定安裝于發(fā)酵罐頂部，其輸出軸固定安裝有傳動(dòng)齒輪一，傳動(dòng)齒輪二固定套接在空心軸上，傳動(dòng)齒輪一和傳動(dòng)齒輪二嚙合連接，齒輪箱密封包裹伺服電機(jī)、傳動(dòng)齒輪一及傳動(dòng)齒輪二。

7、根據(jù)上述技術(shù)方案，攪拌進(jìn)氣件包括升降筒、空心攪拌桿及進(jìn)氣孔，升降筒通過往復(fù)升降件活動(dòng)套設(shè)于空心軸外，空心攪拌桿呈圓周陣列布設(shè)于升降筒外壁，進(jìn)氣孔沿空心攪拌桿軸向?qū)ΨQ分布，且與空心軸內(nèi)部氣路連通，往復(fù)升降件通過伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。

8、根據(jù)上述技術(shù)方案，往復(fù)升降件包括活動(dòng)連接板、外擴(kuò)桿、外擴(kuò)環(huán)、升降柱、傳動(dòng)齒輪三及限位組件，活動(dòng)連接板活動(dòng)連接于升降筒頂部，外擴(kuò)桿呈圓周陣列傾斜固定于活動(dòng)連接板上表面，且外擴(kuò)桿末端共同連接有外擴(kuò)環(huán)，外擴(kuò)環(huán)的直徑大于活動(dòng)連接板的直徑，以形成導(dǎo)向支撐結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)齒輪三固定安裝于升降柱頂部，并與傳動(dòng)齒輪二嚙合連接，升降柱通過往復(fù)螺紋結(jié)構(gòu)與活動(dòng)連接板傳動(dòng)連接，限位組件包括設(shè)于空心軸側(cè)壁的弧形限位條，用于限制升降筒的旋轉(zhuǎn)自由度。

9、根據(jù)上述技術(shù)方案，發(fā)酵罐包括可拆卸連接的罐蓋、罐體及罐座，罐座底部呈圓周陣列設(shè)置有支撐腿，罐體頂部分別設(shè)有進(jìn)液管和蒸汽進(jìn)管，罐座底部分別設(shè)有出液管和蒸汽排管。

10、根據(jù)上述技術(shù)方案，外罐側(cè)壁設(shè)有與加熱腔連通的進(jìn)水管一、出水管一，以及與預(yù)過濾腔連通的進(jìn)水管二、出水管二，外罐側(cè)壁還設(shè)有透明觀察窗。

11、一種食用菌發(fā)酵方法，包括以下步驟：

12、s1，空氣預(yù)處理與加濕：通過進(jìn)氣管向預(yù)過濾腔通入空氣，啟動(dòng)無菌水噴淋件對(duì)空氣進(jìn)行加濕除塵；

13、s2，氣液分離與加熱滅菌：空氣經(jīng)輸送管進(jìn)入加熱腔，通過氣液分離器進(jìn)行氣液分離并通過加熱件加熱至滅菌溫度；

14、s3，二次滅菌與深度過濾：滅菌后空氣進(jìn)入過濾腔進(jìn)行紫外線二次滅菌，再經(jīng)深度過濾箱過濾后導(dǎo)入空心軸；

15、s4，動(dòng)態(tài)攪拌與溶氧控制：驅(qū)動(dòng)件同步驅(qū)動(dòng)空心軸旋轉(zhuǎn)及攪拌進(jìn)氣件沿軸向往復(fù)升降，通過空心攪拌桿的進(jìn)氣孔釋放無菌氣體，維持發(fā)酵液溶氧量在目標(biāo)范圍內(nèi)；

16、s5，閉環(huán)溫度調(diào)控：通過溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)酵罐內(nèi)多區(qū)域溫度分布，基于溫度梯度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)加熱件功率，確保發(fā)酵罐內(nèi)恒溫發(fā)酵環(huán)。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：

18、（1）高效節(jié)能的熱能利用：加熱件的余熱通過余熱筒預(yù)熱進(jìn)氣管內(nèi)的空氣，顯著降低外部能源消耗，保溫夾層減少發(fā)酵罐的熱量散失，維持恒溫環(huán)境，提升能效，加熱腔內(nèi)的螺旋輸送管與換熱管一緊密接觸，最大化熱交換效率，縮短加熱時(shí)間；

19、（2）四階段空氣凈化鏈：預(yù)過濾腔：無菌水噴淋加濕除塵，去除大顆粒雜質(zhì)（如粉塵、孢子）；加熱腔：高溫加熱（60-65℃）滅活部分微生物，氣液分離器干燥氣體；過濾腔：紫外線滅菌燈殺滅殘留微生物；深度過濾箱：活性炭板吸附有機(jī)污染物，疏水性濾膜攔截微生物尸體，確保最終氣體無菌，空氣處理與發(fā)酵過程完全封閉，避免外部污染，適用于高潔凈度要求的菌絲體培養(yǎng)；

20、（3）動(dòng)態(tài)三維攪拌系統(tǒng)：空心攪拌桿的往復(fù)升降件實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和升降的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，打破發(fā)酵液分層（如菌絲沉淀或泡沫堆積），提升混合均勻性，進(jìn)氣孔1403釋放微小氣泡，增強(qiáng)溶解氧傳遞效率，維持溶氧量在目標(biāo)范圍；

21、（4）攪拌與供氣一體化：空心軸、驅(qū)動(dòng)件和攪拌進(jìn)氣件集成設(shè)計(jì)，減少獨(dú)立部件，降低設(shè)備復(fù)雜度；

22、（5）閉環(huán)溫度調(diào)控系統(tǒng)：溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)酵罐內(nèi)多區(qū)域溫度，結(jié)合加熱件的動(dòng)態(tài)功率調(diào)節(jié)（通過換熱管一和換熱管二），確保恒溫環(huán)境；

23、（6）多菌種適用性：適用于靈芝、香菇等高附加值菌種的液體發(fā)酵，通過調(diào)節(jié)加熱溫度、供氣量、攪拌速度等參數(shù)，可適配不同食用菌的發(fā)酵需求；

24、（7）模塊化設(shè)計(jì)：預(yù)過濾腔、加熱腔、過濾腔集成于外罐與發(fā)酵罐的夾層中，節(jié)省空間，減少外部管道依賴，深度過濾箱、無菌水噴淋件等組件可拆卸，便于更換濾膜、清潔或維修；

25、（8）閉環(huán)控制：溫度傳感器實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)，plc系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)加熱件、循環(huán)泵與驅(qū)動(dòng)件，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)溫度、濕度、攪拌速度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫與溶氧控制。