CN104630020B - 一种固态生物反应装置和用该装置制备丝状菌孢子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固态生物反应装置，该装置包括主罐体，主罐体上设置有顶部排气口、底部进气口和物料进出口，其中，固态生物反应装置还包括收集器，收集器通过顶部排气口与主罐体相连。本发明还公开了一种利用固态生物反应装置制备丝状菌孢子的方法，该方法包括：将培养基质通过物料进出口送入主罐体内，并由底部进气口通入蒸汽对固态生物反应装置及培养基质进行蒸汽灭菌，将丝状菌菌种接种至主罐体内与无菌的培养基质接触而对丝状菌菌种进行培养，以获得成熟的丝状菌孢子，然后通过底部进气口往主罐体中通入干燥空气，以使丝状菌孢子通过顶部排气口进入收集器内。本发明的固态生物反应装置能够实现丝状菌孢子的机械化和规模化制备。

Description

一种固态生物反应装置和用该装置制备丝状菌孢子的方法
技术领域
本发明属于生物工程领域，具体地，涉及一种固态生物反应装置以及利用该固态生物反应装置制备丝状菌孢子的方法。
背景技术
在工业发酵领域，菌种的扩大培养是发酵工艺的重要环节。除酒精酵母和乳酸菌等极少数微生物有专业的菌种生产工厂，生产直接用于发酵生产的商品菌种以外，在发酵企业，从斜面菌种到一级种子罐的菌种扩大培养过程，一直是机械化程度最低的工艺过程，占用大量的手工劳动。
丝状菌有丝状的菌体结构（菌丝），如丝状真菌和放线菌，丝状菌是极其重要的工业微生物。大多数抗生素是由放线菌发酵制造的；白僵菌和绿僵菌的孢子是重要的微生物杀虫剂；60%以上的酶制剂由丝状菌发酵制造；柠檬酸、葡萄糖酸、衣康酸等许多有机酸是用丝状菌生产的。比如，黑曲霉不仅用来生产柠檬酸、衣康酸、葡萄糖酸，还可以生产30种以上的酶制剂，我国《食品添加剂使用标准》GB 2760-2011中黑曲霉来源的食品用酶制剂就有26种之多。
丝状菌培养一般使用孢子接种，而丝状菌一般需要表面培养（如固体培养）产生孢子。
丝状菌的深层发酵要向发酵罐或种子罐内接入大量的菌种孢子。黑曲霉发酵，要以大量的黑曲霉孢子接种，工业上使用的黑曲霉孢子菌种多是利用1-2L的三角瓶采用静置扣瓶法固体发酵制备的麸曲孢子。随着产量的增加和发酵罐的大型化，生产上使用麸曲孢子的量很大，比如柠檬酸的发酵生产，现在中国大多采用容积400-500m3的大型发酵罐，每个发酵罐要使用1-2L三角瓶培养的麸曲孢子100-200瓶。我国柠檬酸的年产量超过100万吨，年使用麸曲孢子200万瓶以上。
用三角瓶制备麸曲孢子，尚不能实现机械化，人工劳动量大，生产效率低。丝状菌孢子的规模化制备技术一直是发酵行业亟待解决的共性问题。
发酵生产大量地使用三角瓶培养的麸曲孢子，除上述问题以外，还有以下几个难以克服的问题：首先，三角瓶麸曲孢子制备过程手续繁多，又难以逐瓶检验麸曲孢子的质量，极易污染杂菌而导致发酵罐染菌；其次，每个发酵罐接入数十瓶乃至数百瓶麸曲孢子，在接种过程中劳动量大，染菌机会多；再次，接种孢子的同时，麸曲中的麸皮也随之接入发酵罐，增加了发酵液的杂质，不适合对发酵液的杂质含量有较高要求的发酵；此外，制备大量麸曲孢子，还要建设大型的恒温曲房，建筑投资较大。
奥高布殊生物商品公司（Vogelbusch Biocommodities GmbH）销售的用于生产孢子（特别是丝状微生物孢子）的设备——孢子箱（VB Spore Box），包括培养箱、测量和监控部分、空压机，还配套琼脂培养基灭菌器和真空收集装置。在一个类似手套箱的容器中，使用浅盘固体培养丝状微生物，浅盘的总使用面积7.56m2，控制系统的温度、压力、湿度和气流速度，以真空收集干燥孢子，孢子从繁殖到收获入瓶都在封闭的系统中，该装置使用化学熏蒸灭菌。培养基要在另外的灭菌器中灭菌后，无菌地移入该孢子箱中，在孢子箱内无菌地逐盘接种，待培养的微生物孢子成熟，手工使用负压从浅盘表面收集纯孢子。以该孢子箱生产黑曲霉孢子，每批可以生产大约0.8-1.4kg，生产周期大约14天，即培养5天，干燥5天，另外4天用于收获、清洗和下一批的准备。该孢子箱结构和配置复杂；清洗和准备时间长；手工劳动量依然较大；对设备、环境及操作的无菌要求极高，在化学熏蒸灭菌过程及培养基从杀菌釜移入该装置等过程的操作中，稍有不慎，就会造成杂菌污染；化学熏蒸灭菌后，不仅必须彻底排净灭菌剂，避免化学灭菌剂的残留对待培养微生物的影响，还必须吸附或中和灭菌剂，防止化学灭菌剂污染环境；浅盘固体培养使用琼脂培养基，培养基的成本高；使用负压收集孢子，对设备防止杂菌污染的要求极高；部分孢子不能被收集到孢子收集瓶中。
发明内容
本发明的目的是克服现有的丝状菌孢子生产设备难以实现机械化和规模化的缺陷，提供一种有利于实现丝状菌孢子的机械化和规模化生产的固态生物反应装置以及利用该固态生物反应装置制备丝状菌孢子的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种固态生物反应装置，该固态生物反应装置包括主罐体，所述主罐体上设置有顶部排气口、底部进气口和物料进出口，其中，所述固态生物反应装置还包括收集器，所述收集器通过顶部排气口与主罐体相连。
本发明还提供了一种利用上述固态生物反应装置制备丝状菌孢子的方法，该方法包括：将培养基质通过物料进出口送入主罐体内，并由底部进气口通入蒸汽对所述固态生物反应装置及培养基质进行蒸汽灭菌，将丝状菌菌种接种至主罐体内与无菌的培养基质接触而对丝状菌菌种进行培养，以获得成熟的丝状菌孢子，然后通过底部进气口往主罐体中通入干燥空气，以使丝状菌孢子通过顶部排气口进入收集器内。
本发明的固态生物反应装置：（1）能够实现丝状菌孢子的机械化和规模化制备，大幅度节省了人工劳动，生产效率高；（2）封闭性好，能够有效避免外界对孢子培养的污染，在培养致病菌或对环境有害的菌时，也容易保证环境的安全；（3）收集的孢子中混杂的培养基质少，且能够尽可能多地收集孢子，避免浪费；（4）结构简单紧凑，可以进行在位蒸汽灭菌，环保快捷。
而且，本发明的丝状菌孢子制备方法工艺简便，整个培养过程在封闭系统中进行，染菌几率低；通过底部进气口控制通风即可有效地实现孢子的大量收集，特别有利于实现丝状菌孢子的机械化和规模化生产。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一种优选实施方式的固态生物反应装置的示意图；
图2是根据本发明一种优选实施方式的培养过程中支撑球与培养基质的空间位置示意图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
以下多处以采用本发明的固态生物反应装置制备丝状菌孢子为例对本发明的固态生物反应装置进行说明，但并不表示本发明的固态生物反应装置仅限用于制备丝状菌孢子。
如图1所示，本发明提供了一种固态生物反应装置，该固态生物反应装置包括主罐体1，所述主罐体1上设置有顶部排气口、底部进气口和物料进出口10，其特征在于，所述固态生物反应装置还包括收集器3，所述收集器3通过顶部排气口与主罐体1相连。
本发明中，所述顶部排气口可以通过排气管2与主罐体1相连。所述排气管2优选为三通管，该三通管的一端与主罐体1相连，一端与收集器3相连，另一端与过滤器5c相连。连接过滤器的一端可以作为主罐体1的排气管道，不仅能防止外界微生物污染主罐体1中的物料，而且能够防止主罐体1中的物料（如丝状菌孢子）通过顶部排气口进入外界环境，污染环境或危害操作人员的健康。所述三通管的各端可以设置有阀，如阀22c、阀22d和阀22g。另外，为了检测从主罐体1内排出的气体的湿度，排气管道的末端可以设置有温湿度计探头25a。主罐体1上可以直接设置有温湿度计探头25b，从而能够更准确地获知主罐体1内部的湿度。
本发明中，所述主罐体1中还可以设置有筛网17，所述筛网17设置于顶部排气口的下方，用于抑制主罐体1中平均粒径在1mm以上的物料通过顶部排气口。筛网17可以有效地减少随丝状菌孢子进入收集器3中的培养基质的量。
而且，所述主罐体1中还可以设置有支撑孔板18，所述支撑孔板18为能够支撑主罐体1中的物料并允许气体依次经底部进气口和支撑孔板18而与物料接触的带孔支撑板。支撑孔板18可以增大进气面积，从而有利于蒸汽灭菌（灭菌彻底）和培养过程中的通气（物料与空气充分接触）。
此外，所述主罐体1中还可以设置有搅拌结构，所述搅拌结构为包括搅拌桨19和搅拌轴15的结构。其中，搅拌轴15优选通过轴封20连入主罐体1内。而且，搅拌轴可以与马达相连，从而更好地调控搅拌结构，适应不同的需求。本发明对所述搅拌结构的具体设置方式没有特别的限制，即，所述搅拌结构可以为各种常见的搅拌结构。
根据本发明的一种优选实施方式，所述主罐体1中还设置有筛网17、支撑孔板18和搅拌结构。另外，主罐体1的底部可以设置有罐底阀16，以方便蒸汽灭菌和水分的排出。
本发明中，所述固态生物反应装置优选包括所述支撑孔板18和多个支撑球27。使用支撑球能够有效防止主罐体1中的物料堵塞支撑孔板和/或尽量避免搅拌桨对物料的破坏。为了使支撑球有效地发挥上述作用，本领域技术人员能够很容易地对支撑孔板上的孔的大小和形状以及支撑球的大小和形状进行选择，例如，对于球形的支撑球，最好将支撑孔板上的孔设置成非圆形的孔，例如多边形（如三角形等）、椭圆形和不规则图形中的一种或多种。
更优选地，所述支撑球27的数量使得支撑球至少能够覆盖整个支撑孔板18，从而将主罐体1中的物料与支撑孔板18隔开。如图2所示，在实际使用时，支撑球27置于支撑孔板18上，能够将主罐体1中的物料28与支撑孔板18隔开，但并不会影响气体通过支撑孔板与主罐体1中的物料接触，因而，支撑球的存在能够有效防止主罐体1中的物料堵塞支撑孔板18，从而特别有利于通气。而且，支撑球27的存在能够减少搅拌桨19与主罐体1中的物料28的直接接触，因而能够有效降低搅拌时搅拌桨对物料的破坏，特别是对于丝状菌孢子的制备，这样的设置能够避免菌丝受损，继而防止丝状菌孢子产量受到影响。
进一步优选地，所述支撑球的密度大于主罐体中的物料的密度，从而促使支撑球在整个培养过程中都直接与支撑孔板接触，更好地发挥其防止物料堵塞支撑孔板的作用。对支撑球的材质没有特别的要求，只要其能够承受蒸汽灭菌的温度和压力即可，且可以为空心的，也可以是实心的。
本发明中，主罐体1上的底部进气口可以为一个或多个。当底部进气口为一个时，可以先通过该底部进气口通入蒸汽进行灭菌，而在接种后通过该底部进气口通入无菌空气进行通气。考虑到操作的方便，优选地，所述主罐体1的底部进气口与三通管的一端相连，且该三通管的另外两端分别与蒸汽管13和空气管14a相连。为了使灭菌更为彻底，所述收集器3上也可以连接有蒸汽管。为了保持收集器3的干燥，所述收集器3上还可以连接有空气管14d。
其中，所述空气管14a可以与换热器21和加湿器23相连，从而有利于空气进入主罐体1前，使空气的温度和湿度达到一定值，进而调控主罐体1中的物料的温度和湿度。为了更稳定地控制主罐体1中的温度，所述主罐体1外部可以设置有夹套或盘管，夹套或盘管的具体设置方式为本领域技术人员所公知。所述空气管14a还可以与过滤器5b相连，从而除去空气中的微生物。所述空气管14a还可以与空气流量控制器24相连，从而能够更方便地控制进入主罐体1中的空气的流量。
本发明中，所述收集器3还可以依次与过滤器5a和真空发生器6相连。启动真空发生器能够促进丝状菌孢子进入收集器3。为了方便灭菌等，过滤器5a和真空发生器6之间可以设置有阀22e和阀22f。
本发明中，所述收集器3可以为各种封闭的容器。优选地，所述收集器3为旋风分离器，旋风分离器上的物料入口通过排气管2与主罐体1上的顶部排气口相连。更优选地，旋风分离器的顶部出口依次与过滤器5a和真空发生器6相连。对旋风分离器的具体使用方法没有特殊的要求，且本领域技术人员能够根据进入收集器中的物料的性质进行适当的选择，在此不再赘述。
为了更方便地收集旋风分离器中收集的丝状菌孢子等，优选地，所述旋风分离器底部连接有可拆卸的汇集瓶4。为了更充分地回收进入旋风分离器中的孢子，更优选地，所述旋风分离器的主体部分设置有振动器26。通过启动振动器，能够促使部分粘附于旋风分离器壁和过滤器5a上的丝状菌孢子进入汇集瓶4。
本发明中，为了更方便地获知主罐体1中的压力和温度，所述主罐体1上还可以设置有压力表7和温度计8。为了更方便地往主罐体1中接入丝状菌菌种，所述主罐体1上还可以设置有接种口9。为了便于观察主罐体1内丝状菌的生长状况及孢子生成情况，所述主罐体1上还可以设置有灯孔11和视镜12。在实际操作过程中，灯孔11和视镜12容易被物料覆盖，因此为了方便观察，可以将空气管14b和空气管14c分别连接到灯孔11和视镜12处，在需要的时候通入无菌空气吹冲粘附于灯孔和视镜上的物料，从而对主罐体1中的培养情况进行观察。
此外，为了进行蒸汽灭菌、无菌操作及便于控制各个连接单元的需要，可以设置有多个阀，本领域技术人员能够很容易地对阀进行设置，例如，设置于空气管14a上的阀22a和阀22b；设置于排气管2上的阀22c、阀22d和阀22g；设置于过滤器5a和真空发生器6之间的阀22e和阀22f，在此不再赘述。
本发明还提供了一种利用上述本发明的固态生物反应装置制备丝状菌孢子的方法，所述固态生物反应装置包括主罐体1，所述主罐体1上设置有顶部排气口、底部进气口和物料进出口10，其特征在于，所述固态生物反应装置还包括收集器3，所述收集器3通过顶部排气口与主罐体1相连；所述方法包括：将培养基质通过物料进出口送入主罐体1内，并由底部进气口通入蒸汽对所述固态生物反应装置及培养基质进行蒸汽灭菌，将丝状菌菌种接种至主罐体1内与无菌的培养基质接触而对丝状菌菌种进行培养，以获得成熟的丝状菌孢子，然后通过底部进气口往主罐体1中通入干燥空气，以使丝状菌孢子通过顶部排气口进入收集器3内。
本发明中，所述顶部排气口可以通过排气管2与主罐体1相连。所述排气管2优选为三通管，该三通管的一端与主罐体1相连，一端与收集器3相连，另一端与过滤器5c相连。连接过滤器的一端可以作为主罐体1的排气管道，不仅能防止外界微生物污染主罐体1中的物料，而且能够防止主罐体1中的物料（主要为丝状菌孢子）通过顶部排气口进入外界环境，污染环境或危害操作人员的健康。所述三通管的各端可以设置有阀，如阀22c、阀22d和阀22g。另外，为了检测从主罐体1内排出的气体的湿度，排气管2的末端可以设置有温湿度计探头25a。主罐体1上可以直接设置有温湿度计探头25b，从而能够更准确地获知主罐体1内部的湿度。
本发明中，所述主罐体1中还可以设置有筛网17，所述筛网17设置于顶部排气口的下方，用于抑制主罐体1中平均粒径在1mm以上的物料（除丝状菌孢子以外的物料）通过顶部排气口。筛网17可以有效地减少随丝状菌孢子进入收集器3中的培养基质的量。
而且，所述主罐体1中还可以设置有支撑孔板18，所述支撑孔板18为能够支撑主罐体1中的物料并允许气体依次经底部进气口和支撑孔板18而与物料接触的带孔支撑板，培养基质（或物料）置于所述支撑孔板18上。支撑孔板18可以增大进气面积，从而有利于蒸汽灭菌（灭菌彻底）和培养过程中的通气（物料与空气充分接触）。
此外，所述主罐体1中还可以设置有搅拌结构，所述搅拌结构为包括搅拌桨19和搅拌轴15的结构。在接种时可以启动搅拌结构，以使丝状菌菌种与培养基质混合更为均匀。在培养过程中可以启动搅拌结构，以对物料进行搅拌（丝状菌的培养一般采用间歇性的搅拌方式，以防止菌丝大幅受损），从而促进通气并防止物料结块。其中，搅拌轴15优选通过轴封20连入主罐体1内。而且，搅拌轴可以与马达相连，从而更好地调控搅拌结构，适应不同的丝状菌孢子制备的需求。本发明对所述搅拌结构的具体设置方式没有特别的限制，即，所述搅拌结构可以为各种常见的搅拌结构。
根据本发明的一种优选实施方式，所述主罐体1中还设置有筛网17、支撑孔板18和搅拌结构。另外，主罐体1的底部可以设置有罐底阀16，以方便蒸汽灭菌和水分的排出。
本发明中，所述固态生物反应装置优选包括所述支撑孔板18和多个支撑球27。使用支撑球能够有效防止主罐体1中的物料堵塞支撑孔板和/或尽量避免搅拌桨对物料的破坏。为了使支撑球有效地发挥上述作用，本领域技术人员能够很容易地对支撑孔板上的孔的大小和形状以及支撑球的大小和形状进行选择，例如，对于球形的支撑球，最好将支撑孔板上的孔设置成非圆形的孔，例如多边形（如三角形等）、椭圆形和不规则图形中的一种或多种。
更优选地，所述支撑球27的数量使得支撑球至少能够覆盖整个支撑孔板18，从而将主罐体1中的物料与支撑孔板18隔开。如图2所示，支撑球27置于支撑孔板18上（即，支撑球在培养基质之前被送入主罐体1内），能够将主罐体1中的物料28与支撑孔板18隔开，但并不会影响气体通过支撑孔板与主罐体1中的物料接触，因而，支撑球的存在能够有效防止主罐体1中的物料堵塞支撑孔板18，从而特别有利于通气。而且，支撑球27的存在能够减少搅拌桨19与主罐体1中的物料28的直接接触，因而能够有效降低搅拌时搅拌桨对物料的破坏，这样的设置能够避免丝状菌的菌丝受损，继而防止丝状菌孢子产量受到影响。
进一步优选地，所述支撑球的密度大于主罐体中的物料的密度，从而促使支撑球在整个培养过程中都直接与支撑孔板接触，更好地发挥其防止物料堵塞支撑孔板的作用。对支撑球的材质没有特别的要求，只要其能够承受蒸汽灭菌的温度和压力即可，且可以为空心的，也可以是实心的。
本发明中，主罐体1上的底部进气口可以为一个或多个。当底部进气口为一个时，可以先通过该底部进气口通入蒸汽进行蒸汽灭菌，而在接种后通过该底部进气口通入无菌空气。考虑到操作的方便，优选地，所述主罐体1的底部进气口与三通管的一端相连，且该三通管的另外两端分别与蒸汽管13和空气管14a相连，通过蒸汽管13往固态生物反应装置中通入蒸汽进行蒸汽灭菌，通过空气管14a往主罐体1中通入无菌空气。为了使灭菌更为彻底，所述收集器3上也可以连接有蒸汽管。为了保持收集器3的干燥，所述收集器3上还可以连接有空气管14d。
其中，所述空气管14a可以与换热器21和加湿器23相连，从而有利于空气进入主罐体1前，使空气的温度和湿度达到一定值，进而调控主罐体1中的物料的温度和湿度。为了更稳定地控制主罐体1中的温度，所述主罐体1外部可以设置有夹套或盘管，夹套或盘管的具体设置方式为本领域技术人员所公知。所述空气管14a还可以与过滤器5b相连，从而除去空气中的微生物。所述空气管14a还可以与空气流量控制器24相连，从而能够更方便地控制进入主罐体1中的空气的流量。
本发明中，所述收集器3还可以依次与过滤器5a和真空发生器6相连，在往主罐体1中通入干燥空气时，启动真空发生器6以促进丝状菌孢子进入收集器3。为了方便灭菌等，过滤器5a和真空发生器6之间可以设置有阀22e和阀22f。
本发明中，所述收集器3可以为各种封闭的容器。优选地，所述收集器3为旋风分离器，旋风分离器上的物料入口通过排气管2与主罐体1上的顶部排气口相连。更优选地，旋风分离器的顶部出口依次与过滤器5a和真空发生器6相连。对旋风分离器的具体使用方法没有特殊的要求，且本领域技术人员能够根据进入收集器中的物料的性质进行适当的选择，在此不再赘述。
为了更方便地收集旋风分离器中收集的丝状菌孢子等，优选地，所述旋风分离器底部连接有可拆卸的汇集瓶4。为了更充分地回收进入旋风分离器中的孢子，更优选地，所述旋风分离器的主体部分设置有振动器26。通过启动振动器，能够促使部分粘附于旋风分离器壁和过滤器5a上的丝状菌孢子进入汇集瓶4。
本发明中，为了更方便地获知主罐体1中的压力和温度，所述主罐体1上还可以设置有压力表7和温度计8。为了更方便地往主罐体1中接入丝状菌菌种，所述主罐体1上还可以设置有接种口9。为了便于观察主罐体1内丝状菌的生长状况及孢子生成情况，所述主罐体1上还可以设置有灯孔11和视镜12。在培养过程中，灯孔11和视镜12容易被物料覆盖，因此为了方便观察，可以将空气管14b和空气管14c分别连接到灯孔11和视镜12处，在需要的时候通入无菌空气吹冲粘附于灯孔和视镜上的物料，从而对主罐体1中的培养情况进行观察。
此外，为了进行蒸汽灭菌、无菌操作及便于控制各个连接单元的需要，可以设置有多个阀，本领域技术人员能够很容易地对阀进行设置，例如，设置于空气管14a上的阀22a和阀22b；设置于排气管2上的阀22c、阀22d和阀22g；设置于过滤器5a和真空发生器6之间的阀22e和阀22f，在此不再赘述。
本发明中，为了使丝状菌孢子进入收集器3，本领域技术人员能够对干燥空气的流量进行选择，但优选地，相对于容积为300L的主罐体，往主罐体1中通入干燥空气的流量为0.1-600L/min。其中，本发明的干燥空气是指基本不含水分的空气，如露点温度低于20℃的空气（露点温度定义为0.101MPa下水分的凝结温度，其值越低，表明空气越干燥）。为了促进丝状菌孢子进入收集器3，在往主罐体1中通入干燥空气时，可以启动搅拌结构，并以较高的搅拌速度进行搅拌。
本发明中，根据待培养的微生物的种类，本领域技术人员能够很容易地确定培养基质的配方和用量、培养的条件（温度、湿度、通气量和时间）等，故在此不再赘述。
本发明利用固态生物反应装置制备丝状菌孢子的方法中，所述培养基质是指能够供丝状菌附着，并为丝状菌的生长提供营养的颗粒状物质，可以为本领域常用的各种培养基质，优选情况下，所述培养基质的平均粒径为4-40mm（优选为15-20mm），且所述培养基质为玉米芯、秸秆和甘蔗渣中的至少一种，优选地，所述培养基质为破碎至平均粒径在15-20mm范围内的玉米芯。需要说明的是，为了提供更适合的养分，在进行蒸汽灭菌之前，还可以添加碳源和/或氮源（如麸皮浸提液、葡萄糖或(NH4)2SO4等）到主罐体1内。其中，碳源和/或氮源可以随培养基质一起被添加至主罐体1中，也可以与培养基质先后添加至主罐体1中，为了使其分布更均匀，获得更佳的培养效果，优选地，将培养基质送入主罐体1内之前，用含有碳源和/或氮源的水溶液（如麸皮浸提液）浸泡培养基质0.1-24h。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，使用的丝状菌菌种为黑曲霉（菌株号ATCC 10864，接种量为30个孢子/g培养基质）。培养基质（10kg）的组成为：颗粒状玉米芯5kg（平均粒径在5mm以上的玉米芯的重量占其总重量的95%）、麸皮浸提液5kg、pH值为5.5-6.0，其中麸皮浸提液的制备方法为：麸皮和水按照1∶20的重量比混合，加热至沸腾，然后以棉布过滤除去颗粒物，滤液即为麸皮浸提液。
实施例1
使用根据本发明一种优选实施方式的固态生物反应装置进行丝状菌孢子的制备。
使用的固态生物反应装置包括主罐体1（容积为300L），所述主罐体1上设置有顶部排气口、底部进气口和物料进出口，所述固态生物反应装置还包括旋风分离器3，旋风分离器上的物料入口通过排气管2（三通管，一端与主罐体1相连，一端与旋风分离器3相连，另一端与过滤器5c相连）与主罐体1上的顶部排气口相连，而旋风分离器的顶部出口依次与过滤器5a和真空发生器6相连，所述旋风分离器底部连接有可拆卸的汇集瓶4且主体部分设置有振动器26；所述主罐体1中还设置有筛网17、支撑孔板18和搅拌结构，所述筛网17（孔径为1mm）设置于顶部排气口的下方，用于抑制主罐体1中平均粒径在1mm以上的物料通过顶部排气口，所述支撑孔板18为能够支撑主罐体1中的物料并允许气体依次经底部进气口和支撑孔板18而与物料接触的带孔支撑板（其上的孔为边长为1cm的等腰三角形），所述搅拌结构为包括搅拌桨19和搅拌轴15的结构（搅拌桨19与支撑孔板18的间距为1mm，搅拌轴15与马达相连）；所述主罐体1的底部进气口与三通管的一端相连，且该三通管的另外两端分别与蒸汽管13和空气管14a相连，其中，所述空气管14a连接有换热器21、加湿器23、过滤器5b和空气流量控制器24；所述主罐体1上还设置有压力表7、温度计8、接种口9、温湿度计探头25b、灯孔11和视镜12；所述固态生物反应装置还包括多个直径为2cm的支撑球27（为密度3.6g/cm3的实心瓷球），所述支撑球置于支撑孔板18上且其数量使得支撑球能够覆盖搅拌桨；此外，使用的固态生物反应装置还包括设置于空气管上的阀22a和阀22b，设置于排气管2上的阀22c、阀22d和阀22g，设置于过滤器5a和真空发生器6之间的阀22e和阀22f。
在制备丝状菌孢子时，将培养基质（送入量为10kg）通过物料进出口送入主罐体1内置于支撑球上，并由蒸汽管13通入蒸汽对所述固态生物反应装置及培养基质进行蒸汽灭菌（121℃，0.1MPa，40min），待培养基质的温度降至37℃时，边搅拌（搅拌速度10r/min）边将丝状菌菌种经接种口9接种至主罐体1内与无菌的培养基质混合，搅拌20min后暂停搅拌并通空气对丝状菌菌种进行培养，控制空气的流量为0.5L/min，以获得成熟的丝状菌孢子，5天后通过空气管14a往主罐体1中通入干燥空气（露点温度为10℃），控制干燥空气的流量0.5L/min，2天后，加大空气流量至100L/min、控制搅拌速度为20r/min并开启真空发生器6，以使丝状菌孢子通过排气管2进入旋风分离器3内，经旋风分离后，丝状菌孢子进入汇集瓶4中，最后，启动振动器26使部分粘附于旋风分离器壁和过滤器5a上的丝状菌孢子进入汇集瓶4，最终获得丝状菌孢子0.8kg；
在通空气对丝状菌菌种进行培养的过程中，启动搅拌结构对物料进行间歇性搅拌，控制搅拌速度为3r/min，每12h搅拌2min；通过压力表7和温度计8获知主罐体1中的压力和温度，通过温湿度计探头25b获知主罐体内的湿度，以调节通入的空气的湿度和温度（控制主罐体1中的温度为37℃，压力为0.02-0.1MPa，湿度为70-100%），操作人员可以通过灯孔11和视镜12观察主罐体1内丝状菌的生长状况及孢子生成情况。
从以上实施例可以看出，本发明的方法能够实现丝状菌孢子的机械化和规模化制备，大幅度节省了人工劳动，生产效率高。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (13)

1.一种固态生物反应装置，该固态生物反应装置包括主罐体(1)，所述主罐体(1)上设置有顶部排气口、底部进气口和物料进出口，其特征在于，所述固态生物反应装置还包括收集器(3)，所述收集器(3)通过顶部排气口与主罐体(1)相连；所述主罐体(1)中还设置有支撑孔板(18)和搅拌结构，所述支撑孔板(18)为能够支撑主罐体(1)中的物料并允许气体依次经底部进气口和支撑孔板(18)而与物料接触的带孔支撑板；所述搅拌结构为包括搅拌桨(19)和搅拌轴(15)的结构；所述固态生物反应装置包括所述支撑孔板(18)和多个支撑球(27)，所述支撑球(27)的数量使得支撑球至少能够覆盖整个支撑孔板(18)，从而将主罐体(1)中的物料与支撑孔板(18)隔开。
2.根据权利要求1所述的固态生物反应装置，其中，所述主罐体(1)中还设置有筛网(17)，所述筛网(17)设置于顶部排气口的下方，用于抑制主罐体(1)中平均粒径在1mm以上的物料通过顶部排气口。
3.根据权利要求1所述的固态生物反应装置，其中，所述支撑球的密度大于主罐体中的物料的密度。
4.根据权利要求1所述的固态生物反应装置，其中，所述主罐体(1)的底部进气口与三通管的一端相连，且该三通管的另外两端分别与蒸汽管(13)和空气管(14a)相连。
5.根据权利要求1所述的固态生物反应装置，其中，所述收集器(3)还依次与过滤器(5a)和真空发生器(6)相连。
6.根据权利要求5所述的固态生物反应装置，其中，所述收集器(3)为旋风分离器，旋风分离器上的物料入口通过排气管(2)与主罐体(1)上的顶部排气口相连；而旋风分离器的顶部出口依次与过滤器(5a)和真空发生器(6)相连。
7.根据权利要求6所述的固态生物反应装置，其中，所述旋风分离器底部连接有可拆卸的汇集瓶(4)，所述旋风分离器的主体部分设置有振动器(26)。
8.一种利用固态生物反应装置制备丝状菌孢子的方法，其特征在于，所述固态生物反应装置为权利要求1-7中任意一项所述的固态生物反应装置；
所述方法包括：将培养基质通过物料进出口送入主罐体(1)内，并由底部进气口通入蒸汽对所述固态生物反应装置及培养基质进行蒸汽灭菌，将丝状菌菌种接种至主罐体(1)内与无菌的培养基质接触而对丝状菌菌种进行培养，以获得成熟的丝状菌孢子，然后通过底部进气口往主罐体(1)中通入干燥空气，以使丝状菌孢子通过顶部排气口进入收集器(3)内。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述主罐体(1)的底部进气口与三通管的一端相连，且该三通管的另外两端分别与蒸汽管(13)和空气管(14a)相连，通过蒸汽管(13)往固态生物反应装置中通入蒸汽进行蒸汽灭菌，通过空气管(14a)往主罐体(1)中通入无菌空气。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述收集器(3)还依次与过滤器(5a)和真空发生器(6)相连，在往主罐体(1)中通入干燥空气时，启动真空发生器(6)以促进丝状菌孢子进入收集器(3)。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述培养基质的平均粒径为4-40mm，且所述培养基质为玉米芯、秸秆和甘蔗渣中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述培养基质的平均粒径为15-20mm。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述培养基质为破碎至平均粒径在15-20mm范围内的玉米芯。
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