TWI409329B - Microbial solid - state fermentation reaction system with energy - saving and multi - functional automated production module - Google Patents

Description

具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統

本發明係有關於一種具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統，尤指一種充份利用自然能源、有效節省能源，及培養基質之發酵、乾燥及殺菌一貫化作業的技術。

按固態發酵技術具有節水、節能的優勢，近年來固態發酵技術已逐漸成為研究的新熱點。固態發酵是微生物培養的一種方式，使用固態物質當作培養基質，讓微生物生長在上面。在固態發酵中，固體培養基質是不溶於水的聚合物，不僅提供微生物所需營養，還作為細胞的固定物，能提供微生物所需一切營養的培養基質被認為是理想培養基質。培養基質在固態發酵中具有獨特的作用，它影響微生物發酵過程的質傳、熱傳及微生物的代謝功能等。近幾年，固態發酵越來越受到研究者的關注。研究顯示，固態發酵有很多優點，其中最大的優點是培養基質材料成本低、利用率高。由於農產品加工殘渣數量大，碳水化合物等營養素豐富，非常適合於絲狀真菌的生長，所以固態發酵是農產品加工固態廢料的良好利用途徑，且對環境污染小，可能會成為代替深層發酵生產發酵食品、酶及其他特殊細胞代謝產物的一種有效技術。然而，固態發酵過程存在培養基質成分不均、缺乏自由水及固體顆粒傳導性較差等缺點，因此對發酵過程的生物量、pH值、溫度和濕度等培養參數的控制難度較大，相應的微生物生長動力學及熱質量傳遞數學模型研究較少，限制了固態發酵生物反應器的可控操作，阻礙了固態發酵製程應用和擴大，如參考文獻[1]。

國內外對於氫能替代石化燃料的前景抱持著相當的期待，氫經濟社會的基礎可由再生資源，如生質原料，做為氫氣生產的主要來源，而不需再依賴高污染的化石燃料。氫氣的生產方法有3種，分別是熱化學法、電化學法及生物法。利用生物法產氫可在常溫常壓下進行，也可應用於廢水與廢棄物處理來獲得氫氣，同時有乾淨、節能、不消耗資源等優點，是一種符合永續發展的方法，因此引起各國的重視。以微生物生產氫氣，可分為光合作用和非光合作用兩種。其中光合作用微生物需要光能來累積生長所需的能量，並以水或有機物產氫。在光合作用微生物中，有許多可在厭氧情況下產氫，其中以紫色不含硫細菌效率最佳，它以光為能量來源，把有機物質如有機酸、醣類等完全分解，並產生氫氣，這種反應稱作光發酵反應。非光合微生物則藉由有機質厭氧發酵生產氫氣，因不需光源，所以稱作暗發酵反應。因此，暗發酵產氫是指厭氧微生物使有機質發酵時所伴隨的產氫作用，常被使用的厭氧產氫菌有梭孢桿菌屬、腸道菌屬等。在產氫發酵過程中，通常會伴隨乙酸、丁酸、乳酸、乙醇等產物。由於暗發酵產氫與光發酵產氫的作用對象不同，但有先後關係，因此若能先利用暗發酵把巨大分子的多醣類分解而快速產氫，在這過程中生成的有機酸及醇類，再經由光發酵繼續分解，進行第二階段產氫。如此，不但可降低末端排放的有機物含量，也可減少廢水處理成本並增加氫氣獲取量，應是最佳的生物產氫策略。

隨著能源危機與環境問題的日益嚴重，固態發酵技術以其特有的優點引起人們極大的興趣。固態發酵領域的研究及其在資源環境中的應用取得了進展，主要表現在生物燃料、生物農藥、生物轉化、生物解毒及生物修復等方面的應用，如參考文獻[1，2]。

(一)生物燃料(bio-fuel)：係利用工農業殘渣進行固態發酵所生產生物燃料(biofuel)主要為乙醇。乙醇是產量最大的發酵工業產品，是清潔燃料工業的代表，主要原料為各種可再生性糖類物質(如天然纖維素)。當前地球上“溫室效應”的罪魁禍首是CO2，人們迫切需要一種不產生CO2的新型燃料。目前能滿足這種需要的就是燃料乙醇。乙醇是可再生性能源。利用固態發酵技術生產乙醇有許多優點：可消除糖的萃取過程，節省成本；由於發酵過程減少用水量，而降低發酵罐體積，無廢水；降低能耗等。這是一個有潛力的生產乙醇方法，國外對其研究相當多，大多利用酵母菌發酵，也有研究用代謝葡萄糖的細菌菌株。纖維素原料是地球上最豐富的，並且是每年可再生的有機物質，充分利用生物技術把再生資源轉化為有高價值物質可以減輕人類面臨的能源、環境危機。

(二)生物農藥(bio-pesticide)：生物農藥是一種既不污染環境，又可殺死害蟲的辦法。大量的文獻表明，最近人們越來越重視利用昆蟲病原體真菌及寄生真菌來控制害蟲的方法。Despande利用固態發酵生產真菌殺蟲劑的方法(如參考文獻[3])，與液態發酵相比，不僅生產成本大大降低，而且藥物對害蟲的毒力也提高了。篩選具有殺蟲能力的真菌是開發可感染繁殖體(像分生孢子、牙粉孢子、衣原體孢子、卵孢子、受精卵孢子等)的第一步，對真菌與害蟲作用機理理解是生產有效生物農藥的主要研究領域如參考文獻[3]。有益真菌不但用途廣泛，對農業生物科技發展更有重大影響。因此，有益真菌類之量產具有其重要性。有益真菌類生物製劑的用途可歸納如下：

(1)生物轉化(bio-transformation)：固態發酵其中一個重要應用領域就是利用微生物轉化農作物及其廢渣，以提高它們的營養價值，減小對環境的污染。生物轉化利用的菌株一般為白腐菌。木薯非洲、亞洲及南美洲地區人民最重要的食物之一。但它的蛋白質、維生素、礦物質含量低，也缺乏含硫氨基酸。蘑菇是可食用絲狀真菌十分典型的代表，擁有可把許多不能食用的植物或其剩餘物降解轉化為有食用價值的食物的能力。可食用蘑菇種類繁多，目前已知的大約有2000多種，其中約80種已實現實驗室培育，約20種已利用固態發酵技術進行商業化生產。木質纖維素作物的剩餘物是動物飼料具有潛力的源泉，主要由纖維素、半纖維素及部分木質素組成，其蛋白含量低、難消化、味道差等特點限制它們作為理想飼料的應用；

(2)生物解毒(biological detoxification)：某些工農業殘渣含有對人體有害的化合物，如咖啡因、氰化氫、聚苯化合物、鞣酸等，對這些殘渣有效利用十分困難。由於它們可導致嚴重環境問題，所以對它們的處理對加工業來說是十分必要的事。最近，固態發酵已成為木薯皮、油菜籽粉、咖啡皮、咖啡漿等殘渣有效的解毒方法；及

(3)生物修復(Bio-remediation)：生物修復是利用微生物及其代謝過程(其產物消除或在體內富集有毒物質)來修復被人類長期生活和生產所污染和破壞的局部環境，使之重現生機的過程。由於目前環境污染日益嚴重，國外學者對生物修復研究相當投入。固態發酵生物技術是有毒化合物生物降解與環境生物修復的有益工具。

關於微生物固態發酵反應器的設計，已有許多不同形式的反應器應用在固態發酵過程，包括填充床反應器、轉鼓反應器、氣固相流體化床反應器，與攪拌式生物反應器，如參考文獻[4]。熱的移除是固態發酵反應器設計必須考量的主要問題，然而在通氣的液態深層發酵系統，氧氣的供給通常是必須克服的主要關鍵。最近，固態發酵反應器的重要發展，主要是在量化規模放大的方面，如生物現象的數學模式、質傳與熱傳的現象等。固態發酵反應器中所發生的現象可大致上分為大規模現象與小規模現象：(a)固態發酵的微觀現象(microscopic)：建立固態發酵中小規模現象的模式有兩個理由，一是需要描述固態發酵中真菌的生長狀況，另一則是想知道固態發酵中的小規模現象會如何限制生長。由於複雜的空間異質性，大部分反應器的模式都使用較簡單的表示法來描述生長機制，而小規模的傳送現象則被忽略，如參考文獻[5]。

(b)菌絲生長與死亡的動力模式：雖然已有固態發酵的linear、exponential、logistic生長機制的研究，大部分的反應器依然使用簡單的logistic equation來描述生長機制。這避免無限制的生長，也避免使用傳送現象方程式。以實驗性的研究描述生長機制可合理的預測生物反應器的效率。使用logistic equation描述生長，反應器的操作模式通常不把比生長速率(specific growth rate)與最大菌體濃度(maximum biomass concentration)設為常數，而把它們表示為局部溫度的函數。最近有研究將培養的溫度轉變模擬短暫的溫度變化，因為比生長速率不只是當時溫度的函數，而是與整個培養期間的溫度變化有關。Arrhenius-type relationships可用來描述死亡速率隨溫度增加而增加。最近有另一研究指出假設菌體的呼吸速率在發酵培養的末期會下降，此過程稱為失活(inactivation)，類似於因本質老化過程造成的死亡。失活的速率被表示為Arrhenius-type equation中溫度的函數。

(c)建立菌絲生長、擴散、粒子尺寸減小的模式：近十年來，在小規模現象影響固態發酵生長的研究有很重要的進展。這些現象包括微生物的生長行為，藉由擴散的部分質傳與培養基質粒子的縮小。Mitchell利用澱粉當作碳源，指出培養基質中glucoamylase的擴散會限制生長。大部分的glucoamylase會釋放在表面附近，所以表面附近的澱粉會很快的被水解利用，因此較深區域的生長會受葡萄糖釋放速率的限制。氧氣的限制在固態發酵系統中是一個不可避免的問題。嚴重的氧限制會存在單一細胞的biofilm中。在真菌固態發酵系統，位於培養基質表面的穿透性菌絲將會遭遇氧氣限制的問題。而且，就時間與位置而言，生長會受到可溶性營養物短缺的限制，特別是菌體的外層區域與發酵的末期。另一個小規模的重要現象就是培養基質粒子的縮小。粒子縮小最原始的模式是假設整體粒子(培養基質粒子加biofilm)的尺寸是保持不變的，而培養基質只在菌體-培養基質界面被消耗，而消耗速率被可獲得的氧所控制。但實驗結果顯示模式並不對，因為模式預測培養基質粒子最後會完全被消耗，然而實驗顯示發酵末期還有剩餘的培養基質粒子，這可解釋為培養基質粒子中的水解酵素擴散速率低，造成內部的大粒子較難接近酵素。

生物反應器工程(Bioreactor Engineering)是生物工程領域中一個十分重要和非常活躍的分支，是近十幾年來孕育的年輕學科。近年來由於固態發酵再次的被重視，對於固態發酵生物反應器的研究也越來越多，而且不只是著重在傳統生物反應器的設計，更添加了生物學的概念，真正將生物學的現代知識與工程學的現代知識融合成一體，發展出更接近微生物真正生長環境的固態發酵生物反應器，如參考文獻[5，6]。近十年來，有許多不同形式的生物反應器使用在固態發酵系統中。可依攪拌與通氣分為六類。依攪拌可分為三類：培養基質床可靜止，也可參與週期性的攪拌，或是連續式的攪拌。依通氣可分為兩類：空氣可在培養基質床循環，也可強制通氣通過培養基質。Mitchell et al如參考文獻.[7]將固態發酵反應器分類如圖1所示：

(1)實驗室等級：如Petri dishes，jars，wide mouth Erlenmeyer flasks，Roux bottles and roller bottles等型式。其構造簡單，大多無強制通氣或攪拌，僅調節培養溫度。代表性系統有：ORSTOM team bioreactor；INRA team bioreactor；幾種drum bioreactor。

(2)試量產與工業生產等級(固態培養基質重量在幾公斤至幾公噸範圍)：在將產量放大時，設計上會有下列問題產生，如：1.熱移除困難；2.菌絲易受機械攪拌破壞；3.必須減少人為汙染，品質才可以標準化，可量化生產；4.人力成本考量。由於試量產與工業生產等級固態發酵槽構造複雜，大多因通氣不足，造成熱傳與質傳上的問題。通常有兩種設計：1.在培養基質附近通氣；2.穿過培養基質通氣(又分成無混合、間歇或連續混合床)。

控制固態發酵反應器最重要的操作參數有床溫、pH、固態培養基質的水含量，因為菌體只能在此小範圍的操作參數中生長。培養基質床(fluidic bed)的攪拌與通氣也是重要的因素。最後，養分的濃度與代謝的氣體影響了生物量(biomass)與代謝物產生速率，然而，這些參數很難控制，如參考文獻[8]。

固態發酵系統之規模放大(scale-up)不僅僅是把小系統轉變成大系統的一種方法，也是將實驗室規模轉換成商業化規模的重要關鍵，提供大量的產物量，所以可能需要去評估產物和有毒物質。規模放大牽涉到的問題如參考文獻[9]所載包括：(1)菌量生成的變化：微生物的培養，在生長上容易產生變化，在較大的發酵槽裡，異種(Variant)的數量將會更高。(2)大規模接種體的生長：在大規模發酵槽中，較大量的接種體生產，形成明顯的單位操作系統，向來是由數個接菌體發酵槽來增加其容量。因此需要在生長培養基和培養參數上做一些必要的改變。(3)培養基滅菌：在大規模的培養基滅菌會引起許多問題，如溫度分佈、培養基的物化轉變、營養物質的熱退化、有毒物質的形成。(4)通氣：在實驗室中，通氣是在培養瓶中攪拌，然而在大規模發酵裡，則是使用強迫通氣(forces aeration)。(5)攪拌：在好氣發酵裡，攪拌是個很重要的因素，它確保了系統的均勻，包含溫度、氣體環境。間歇性的攪拌通常都會比連續性的攪拌要來的好，因為降低了菌體的傷害和打斷菌絲的機會。(6)熱移除：在發酵的過程中會產生大量的代謝熱，它的速度正比於系統中的代謝活性。此外，機械熱也會因會攪拌和通氣的注入而產生，所以在靜態固態發酵系統所產生的機械熱會比動態固態發酵系統還低許多。在較大的反應器會額外的使用熱交換器。蒸發冷卻(Evaporative cooling)常被拿來使用，它的熱移除效果都比熱傳導和熱對流好，且能夠移除約80%的熱。(7)固體的濕度：水對固體的物化性質有深深的影響，甚至影響到它的產率。在發酵槽內，培養基濕度和相對濕度最重要的因子，使用高濕度的培養基和空氣約90-98%，能夠有效的維持固體的濕度。(8)pH控制：在固態發酵系統中，雖然pH電極能夠測量濕潤固體的pH值，但在缺乏自由水的情況下，要偵測pH值是非常困難的。最好的pH控制方法是，酸和鹼在想要的濃度下融入水中，然後噴入發酵槽內，這種技術能克服規模放大上的問題。(9)污染控制：一般而言預防措施如果沒有做好，在規模放大的過程中容易發生污染問題。因此採取高比率的接種體來控制污染量。此外，低濕度、pH值的培養基也能夠很有用的降低污染物的成長。

如參考文獻[10]之研究顯示，成功的大規模商業化固態發酵過程的發展受到了未知的質傳與熱傳現象的限制。然而，在建立模式的進展上，對規模放大的固態發酵過程做了許多合理的量化(quantitative)研究。(1)規模放大的數學模式：對於傳統的填充床生物反應器而言，在發酵過程中，若有一溫度不超過反應器任何時間的任一溫度時，則顯示了填充床生物反應器高度的限制。增加進口氣體的表面流速與管柱的高度，可除去溫度限制塔高的因子，但可能導致過高的壓降與流體化。對於Zymotis填充床生物反應器而言，若熱量傳送板保持5cm的間隔，將使得隨塔增加的溫度達到最小值，而不需要過高的進口氣體表面流速。因此溫度不再是限制塔高的因子，幾公尺的塔高似乎可行，但須考量過高的塔高是否會造成過高的壓降。對於任何規模轉鼓反應器而言，成功的溫度控制需要通氣速率大於2 vvm(volumes of air per total volume of bioreactor per minute)，使用相對的乾空氣(e.g. 15%RH)，來促進headspace的空氣氣化。但須注意隨時補充水分，藉由間歇性的噴灑水氣到移動床(moving bed)上。(2)規模放大之dimensionless number的研究：對於填充床生物反應器與轉鼓反應器，能量平衡中的熱產生與熱移除項被提出來，而將比值當成一個無因次參數(dimensionless number)。無因次參數可用來建構操作圖，指出控制床溫所需的操作變數。(3)近年來規模放大的技術：近年來，對於固態發酵規模放大問題的了解增加許多，因此有一些策略被提出，然而有一些還沒經過實際的證明。儘管如此，數學模式所描述的固態發酵生物反應器的傳送現象將是一個指導規模放大過程的有力工具。

如附件1圖表所示為近五年國內有關微生物發酵與乾燥研究之碩士論文。另一方面，依據目前所知習用的固體發酵技術大致可分為下列幾種方式：

(1)太空包：其係為目前最廣為普及的培養技術，但是其仍然以人工培養方式為主，不但耗費人力，生產量也受到一定限制，太空包的容量為視袋體大小而定，袋子愈大通氣量愈差，產量約為1kg，產量若為2公斤以上則會因為厚度的關係而無法生長。太空包攪拌方式則是以人工翻動(一天約一次)為主。濕度控制方面則利用出口處排出多餘水分，因此，愈大包裝排水愈不易。太空包滅菌方式則是以人工分裝至太空包後滅菌培養溫度，且1公斤以上容易產生發酵熱。而接種方式則是採用搖動均勻的方式來接種真菌。

上述習用結構雖然具有於生產過程較不易污染，且施以小包裝接種較易均勻之優點，惟，仍然具有生產過程較耗費人力、生產量受到限制以及大量生產散熱勿易等缺失的產生。

(2)直立式發酵槽：其產量約100 kg(受限於培養基質厚度)，攪拌方式為機器上下翻堆的方式，濕度控制則以噴霧加水來控制，且底層具有排水裝置，因而水分較易流失。滅菌方式則以蒸氣濕式滅菌，由於水分不會堆積，所以滅過菌培養基質含水量低。培養溫度係以冷空氣注八方式來控溫，於接種真菌時會使邊緣較不易均勻的現象產生。代表性專利前案如本國專利第M350554號『通濕氣恆溫固態發酵槽』、第M313678號『非固定式固態發酵裝置』以及中國大陸新型專利第CN2440819Y『平床式生物深層固態發酵反應裝置』，該等習用結構雖然具有恆濕、溫等自動調節設備、具有排水設備以避免滅菌及培養過程中培養基質糊化以及可以降低發酵溫度等優點，惟，其仍然有水份容易散失、培養過程需補充水分、且接種較不易均勻以及大量培養受到培養基質厚度的限制等諸多缺失的產生。

(3)臥式發酵槽：其產量約300公斤，無排水設備，培養後期會因太過潮濕而無法產孢，攪拌方式為360度旋轉式機器翻堆，濕度控制則以噴霧加水控制方式為之，由於無排水裝置的緣故，所以水分不易排出，滅菌方式則是以蒸氣濕式來滅菌，所以水分易留在槽體內，因此，滅菌時注意培養基質糊化情形，培養溫度則以冷空氣注入方式來控溫，於接種真菌時會使邊緣較不易均勻的現象產生。代表性專利前案如本國專利第M364709號『微生物培養設備』，該習用結構雖然具有恆濕、溫等之自動控制設備及360度旋轉式機器翻堆等功能，因而具有水分不易散失、攪拌較為均勻以及原地滅菌等優點，惟，其並無排水設備，所以培養基質會在滅菌及培養過程中糊化，而且槽體因為無法排水而產生積水的情事。再者，該習用結構雖然設備比較成熟，在發酵過程中，滅菌、溫控、通氣、攪拌、加濕等操作相對容易，可以進行連續的工廠化生產，發酵原料體積最大可達到百噸級，但是卻不利於木黴菌產孢。

(4)盤式發酵：其容量視盤子大小而定，產量每盤約2公斤(盤子愈大產量愈高，解決厚度的問題，但較耗人力)，其培養基質厚度為薄層故不需翻動，濕度控制則以覆蓋塑膠袋或紗布防止水分散失，培養後期以人工翻動方式來排水。滅菌方式則是培養基質先滅菌，之後在無菌操作臺以人工方式將培養基質平舖在盤子上，且薄層發酵熱較易散失，其接種方式則以搖動均勻方式來接種真菌。代表性專利前案如本國專利第M53207號『量產固態發酵盤』所示，其係為目前所知最佳的木黴菌生產方法，係利用盤式的方式培養，不但可以克服培養基厚度所造成的發育問題，同時克服太空包生產產量受限的瓶頸，因而具有薄層不需要翻動、熱較易散失以及接種較為均勻等優點。惟，盤式發酵法仍有耗費人力問題而受到限制，而且無法原地滅菌，而且盤式發酵法大多未使用自動化生產監測監控系統，造成工人勞動強度大，滅菌困難、容易染菌、難於控制溫度以及濕度等製程上的諸多缺失產生。

本發明主要目的，在於提供一種可以放大生產的具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應器系統，不僅具有固態發酵與乾燥一貫化製程，而且可以多組串聯或是單一操作使用，藉以大幅節省電能的耗費，並降低操作設備的購置成本，以符合環保節能與綠色製造的需求，並可改善產熱與培養基質厚度的問題，藉以達到節能與原地滅菌之功效，因而具有改善微生物的發酵品質與良率、模組化串接、放大生產、自動化以及改善人力需求問題等諸多的特點。

為達上述功效本發明採用之技術手段係包括至少一反應器、一廢熱回收模組、一太陽能熱汽供應殺菌模組及一太陽能光電手段，反應器包括一具有腔室的箱體，腔室內供置入至少一容器，容器裝填一預定量之接種有微生物菌種的培養基質，廢熱回收模組包括一第一冷媒導管、一第二冷媒導管、一壓縮機、一水槽、一入水管、一出水管、一儲水筒、一膨脹閥及一預定量冷媒；第一冷媒導管設置於反應器內部，第二冷媒導管與第一冷媒導管連接形成一循環迴路，壓縮機及膨脹閥設置在循環迴路上，壓縮機用以驅使冷媒於循環迴路流動；入水管及出水管一端分別與水槽連接，入水管另一端與一冷水源連接，出水管另一端與儲水筒連接；太陽能熱汽供應殺菌模組包括一太陽能集熱手段、一水源供應組件及一空氣源，太陽能集熱手段利用太陽熱能而使水源供應組件之水與空氣源之空氣形成高溫水汽；太陽能光電手段將電能儲存於電力供應手段，以供應系統所需電源。

壹．本發明之構想

請參看第一至三圖所示，本發明是一種可以放大生產的具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統，不僅具有固態發酵與乾燥一體化功能，而且可以多組串聯操作使用，或是單組獨立操作使用，藉以大幅節省電能的耗費，並降低操作設備購置成本，藉以符合環保節能與綠色製造的需求，並可改善產熱與培養基質厚度的問題，藉以達到節能與原地滅菌之功效，因而具有可改善良率、模組化設計、放大生產、自動化以及改善人力需求問題等諸多的特點。

貳．本發明之基本具體實施例

請參看第一至三圖及第五圖所示，基於前述目的，本發明所設計的系統確實可達成發酵、升溫乾燥及殺菌一貫化。其一種具體基本實施例係包括至少一反應器(10)、一乾燥模組(2)、一太陽能熱汽供應殺菌模組(30)及一太陽能光電手段(41)。此反應器(10)包括一具有腔室(110)的箱體(11)，此腔室(110)內可供置入至少一容器(50)，該容器(50)可以裝填一預定量之接種有微生物菌種的培養基質(51)。乾燥模組(2)包括一太陽能熱氣供應模組(200)及一廢熱回收模組(20)，太陽能熱氣供應模組(200)包括一太陽能集熱手段(201)及一空氣源供應組件(202)，於乾燥時，空氣源供應組件(202)供應空氣，由太陽能集熱手段(201)加熱形成高溫乾燥空氣，並供應至腔室(110)內以配合進行乾燥。至於廢熱回收模組(20)則包括一第一冷媒導管(21)、一第二冷媒導管(22)、一壓縮機(23)、一水槽(24)、一入水管(25)、一出水管(26)、一儲水筒(27)、一膨脹閥(28)、一預定量冷媒及一排水手段(13)。第一冷媒導管(21)設置於反應器(10)內部，第二冷媒導管(22)則與第一冷媒導管(21)連接形成一裝填有冷媒的循環迴路，上述壓縮機(23)及膨脹閥(28)設置在該循環迴路上。具體的連結方式為，入水管(25)與出水管(26)一端分別與水槽(24)連接，入水管(25)另一端則與一冷水源連接，出水管(26)另一端與儲水筒(27)連接。當啟動乾燥時，一方面太陽能熱氣供應模組(200)之空氣源供應組件(202)供應空氣，由太陽能集熱手段(201)加熱形成高溫乾燥空氣，並將高溫乾燥空氣供應至腔室(110)內部以配合進行升溫乾燥，另一方面壓縮機(23)驅使冷媒於循環迴路流動，腔室(110)內水份凝結在第一冷媒導管(21)，滴落在腔室(110)底部，由設置在腔室(110)底部的排水手段(13)排除。其中，高溫乾燥空氣的熱量高於廢熱回收模組(20)在配合乾燥時所收走的熱量，故仍能達成升溫乾燥的目的。

太陽能熱汽供應殺菌模組(30)包括一太陽能集熱手段(31)及一水源供應組件(32)，其中，太陽能熱汽供應殺菌模組(30)之太陽能集熱手段(31)可與太陽能熱氣供應模組(200)之太陽能集熱手段(201)同一個，如第四圖所示。太陽能集熱手段(31)係利用太陽熱能使水源供應組件(32)之水形成高溫水汽，送入腔室(110)內部以進行殺菌。此外，太陽能光電手段(41)將電能經一電源處理電路(42)轉換處理後儲存於電力供應手段(40)，藉以供應系統所需的電源。當培養基質(51)發酵及乾燥完成時，即可將各容器(50)自反應器(10)內逐一取出，以供粉碎及包裝，進而達到精密監控以提升培養基質(51)的發酵品質。

冷媒於第一冷媒導管(21)時，吸收培養基質(51)所排放的廢熱而成為氣化的冷媒，進而將腔室(110)內的溼氣冷凝結為水，以達到冷卻與乾燥的作用。另一方面，冷媒經過水槽(24)之前則受到壓縮機(23)壓縮而成為高溫高壓的氣化冷媒，當高溫高壓的氣化冷媒進入水槽(24)時，則可將熱能排出以對水槽(24)的冷水進行加熱作用，此時，廢熱回收模組(20)再將熱水輸送至儲水筒(27)中。當高壓氣化冷媒通過膨脹閥(28)時，則可膨脹還原成低溫低壓的液態冷媒，如此重覆循環作用，即可調節腔室(110)內的溫度與濕度。

參．本發明各組件之具體實施例 3.1反應器

請參看第一至三圖及第八圖所示，本發明反應器(10)內的腔室(110)可供裝填有培養基質(51)的容器(50)置放，讓培養基質(51)得以實行一貫化發酵與乾燥製程，於一種較為具體的實施例中，可以依據使用需求來擴充反應器(10)的數量，使反應器(10)達到多組串聯操作使用，藉以節省電能的耗費，並降低操作設備購置成本等諸多目的，基於前述功效，反應器(10)的數量為複數個，且各反應器(10)係分別與乾燥模組(2)之太陽能熱氣供應模組(200)、廢熱回收模組(20)及太陽能熱汽供應殺菌模組(30)組接。當培養基質(51)於發酵階段時，可透過廢熱回收模組(20)，或是太陽能熱汽供應殺菌模組(30)使腔室(110)內的溫度維持在攝氏25~32度，濕度則維持在79~98%。當培養基質(51)於乾燥階段時，乾燥模組(2)之太陽能熱氣供應模組(200)及廢熱回收模組(20)配合運作而使腔室(110)內的溫度維持在攝氏38度，濕度則維持在13~10%的範圍。再者，可於每一腔室(110)設置一置放架(12)，此置放架(12)具有複數呈上下排列可供容器(20)置放的置放槽(120)，如第一、二圖所示，第一冷媒導管(21)係沿著置放槽(120)而彎繞設置，以獲得較佳且溫、溼度調節較為均勻的效果。

3.2環境條件控制手段

請參看第一、二、五圖及第六圖所示，本發明環境條件控制手段(60)主要用以感測各反應器(10)之腔室(110)的溫度、溼度、空氣流量等環境狀態，並可依據監測及比對結果來控制乾燥模組(2)之太陽能熱氣供應模組(200)及廢熱回收模組(20)的運轉。環境條件控制手段(60)係包含至少一用以感測腔室(110)溫度狀態的溫度感測器(61)、至少一用以感測腔室(110)溼度狀態的濕度感測器(62)、至少一用以感測腔室(110)空氣流量狀態的空氣流量感測器(63)，及一整合控制器(64)，其可對溫度狀態、濕度狀態及空氣流量狀態進行監測，並分別與溫度預設值、濕度預設值及空氣流量預設值進行比對，再依據比對結果輸出至少一控制訊號，藉以控制太陽能熱氣供應模組(200)及廢熱回收模組(20)的運轉，進而調節腔室(110)內的溫、溼度以及空氣流量。

請參看第一、二圖及第六圖所示，於一種更為具體的實施例中，環境條件控制手段(60)更包含至少一用以感測腔室(110)光照狀態的光源感測器(65)及至少一用以感測腔室(110)氣體成份的氣體分析儀(66)。並於腔室(110)內設有至少一光源組件(68)，並以整合控制器(64)對腔室(110)內的光照狀態進行監測，並與光照預設值進行比對，再依據比對結果控制光源組件(68)的光源亮度。光源組件(68)的具體實施例是複數組LED燈具，此複數組LED燈具可以分別架設在置放架(12)之複數個置放槽(120)的上方，如第一、二圖所示。

再者，氣體分析儀(65)用以分析腔室(110)內氣體成份而得知基質的pH值狀態，以供了解基質的發酵狀況，俾供做相應處理之參考或是進行腔室(110)內部溫度、濕度之調節控制。

3.3溫度與溼度的調控實施

請參看第一、二圖及第四圖所示，本發明腔室(110)內的溫、溼度調節是由廢熱回收模組(20)或是太陽能熱氣供應模組(200)來加以實現。儲水筒(27)具有一用以輸出熱氣的第一氣口(270)，此第一氣口(270)與一第一熱氣輸送手段(70)一端連接。太陽能熱汽供應殺菌模組(30)之太陽能集熱手段(31)則與一第二熱氣輸送手段(71)一端連接，此第一熱氣輸送手段(70)另端及第二熱氣輸送手段(71)另端分別與一第一控制閥(72)之二個入口連接，第一控制閥(72)的出口則連接一第三熱氣輸送手段(75)，第一控制閥(72)可受環境條件控制手段(60)的觸發選擇由太陽能熱汽供應殺菌模組(30)或是儲水筒(27)來供應第三熱氣輸送手段(75)內的熱氣；另一方面，第三熱氣輸送手段(75)另端及太陽能熱氣供應模組(200)之太陽能集熱手段(201)分別與一第二控制閥(76)之二個入口連接，第二控制閥(76)的出口則與反應器(10)之腔室(110)連接，第二控制閥(76)可受環境條件控制手段(60)的觸發選擇由第三熱氣輸送手段(75)或是太陽能熱氣供應模組(200)來供應腔室(110)的熱氣。

一般而言，在發酵與乾燥的階段是由儲水筒(27)來供應腔室(110)大約攝氏50~65度的高溼度熱氣，以對腔室(110)的溫、溼度進行調節。當培養基質(51)完成發酵乾燥製程而被取出時，則是由太陽能熱汽供應殺菌模組(30)來供應腔室(110)大約攝氏100~125度的高溼度熱氣，以對腔室(110)內部進行原地滅菌的步驟。

進一步來說，第一熱氣輸送手段(70)與第二熱氣輸送手段(71)各自包含有一氣管(73)及一送風機(74)，此送風機(74)可受環境條件控制手段(60)的控制將各氣管(73)內的熱氣導引至反應器(10)的腔室(110)內，且環境條件控制手段(60)包含至少二壓力感測單元(69)，當氣管(73)的壓力超過預設值時，環境條件控制手段(60)則關閉送風機(74)，以調節各氣管(73)的氣壓；又，為將第一冷媒導管(21)的冷凝水排至腔室(110)外，係於反應器(10)底部設有一排水手段(13)，可利用一電磁閥來控制排水手段(13)作動時機。於另一種可行實施例中壓力感測單元(69)亦可裝設在第三熱氣輸送手段(75)中，以監控及調節第三熱氣輸送手段(75)內的熱氣壓力，如第一、二圖所示。

請參看第一、二圖及第四圖所示，太陽能集熱手段(31)包含至少一用以吸收太陽光之幅射能的集熱管(310)。水源供應組件(32)包含至少一第一管體(320)及泵浦(321)，上述太陽能熱汽供應殺菌模組(30)則包含至少一第二管體(33)及一儲熱槽(35)，第一管體(320)一端與儲水筒(27)之出水口(271)連接，另端則與集熱管(310)一端連接，且第一管體(320)另端接設泵浦(37)，用以將儲水筒(27)內之熱水輸送至集熱管(310)進行再加溫，藉以避免儲水筒(27)內的熱水排放所致的資源浪費，並可大幅縮短太陽能集熱手段(31)製造熱氣的時間。

又，第二管體(33)一端與集熱管(310)另端連接，其另端則與儲熱槽(35)連接，且儲熱槽(35)頂部具有一第二氣口(350)，第二氣口(350)與第二熱氣輸送手段(71)一端連接，第三熱氣輸送手段(75)另端及太陽能熱氣供應模組(200)之太陽能集熱手段(201)分別與一第二控制閥(76)的二個入口連接，第二控制閥(76)的出口則與腔室(110)連通，而且第二控制閥(76)可受環境條件控制手段(60)的觸發而選擇由第三熱氣輸送手段(75)或是太陽能熱氣供應模組(200)之太陽能集熱手段(201)來供應腔室(110)內的熱氣。

肆．本發明具體實施例的運作 4.1微生物接種實施

請參看第七圖所示，本發明微生物菌種的具體實施例可以是一般的有益真菌(如木黴菌、白僵菌、黑僵菌、麴菌、紅槽菌或是冬蟲夏草)、光合微生物或是非光合微生物，並將有微生物之菌苗及基質(例如米)置入在液態發酵槽(80)中，以進行初步的發酵，再將稻穀放入一壓力鍋(81)中進行蒸煮，再經發泡機(82)冷卻後送至混合裝置(83)中，以將上述菌苗及基質與稻穀做一混合接種，以生成足量的培養基質(51)，如此即可將培養基質(51)裝填至容器(50)內，再將裝填有培養基質(51)的容器(50)送到反應器(10)內進行發酵與乾燥製程。

4.2具體的培養製程運作

請參看第一、二圖所示，舉有益真菌為例，於培養基質(21)置入腔室(110)的前三天為發酵期，在此期間腔室(110)的溫度必須控制在攝氏25~32度左右，至於濕度則需控制在百分之79~98%左右，由於培養基質(51)在發酵過程中會散發出代謝的熱量，所以須對腔室(110)內的溫度進行調降，本發明採用之手段係由環境條件控制手段(60)驅動廢熱回收模組(20)來調降腔室(110)內的溫度。由於第一冷媒導管(21)係沿著腔室(110)內的置放架(12)彎繞設置，且位於第一冷媒導管(21)內的液態冷媒藉由吸收培養基質(51)所排放的廢熱而成為氣化的冷媒，所以可將腔室(110)內的溼氣予以冷凝為水，並對腔室(110)的室溫進行冷卻作用，如此即可調降各容器(50)的床溫。

另一方面，經過水槽(24)之前的冷媒則受到壓縮機(23)的壓縮而成為高溫高壓的氣化冷媒，當高溫高壓的氣化冷媒進入水槽(24)時，高溫高壓的氣化冷媒則可將熱能排出以對水槽(24)的冷水予以加熱成為熱水，廢熱回收模組(20)再將熱水輸送至儲水筒(27)進行儲存及保溫，此時第一控制閥(72)受到環境條件控制手段(60)的觸發而使儲水筒(27)的熱氣藉由第一熱氣輸送手段(70)經第三熱氣輸送手段(75)供應至腔室(110)內，進而使腔室(110)的溫度維持在攝氏25~32度，濕度則維持在79~98%左右，當高壓氣化冷媒通過膨脹閥(28)時，則可膨脹還原成液態冷媒，如此重覆循環作用，即可達到調節腔室(110)內的溫度與濕度。在此同時，環境條件控制手段(30)驅使光源組件(68)將腔室(110)內的照度調節在2501ux、120D/N左右，藉以營造出有利於培養基質(51)發酵的環境空間。

於培養基質(51)置入的後三天為乾燥期，在此期間腔室(110)的濕度必須控制在百分之13~10%的範圍內，由於位於第一冷媒導管(21)內的冷媒可以吸收培養基質(51)所排放的廢熱而成為氣化的冷媒，所以將腔室(110)內的溼氣蒸發而冷凝成為水，同時關閉第一控制閥(72)，並啟動乾燥模組(2)之太陽能熱氣供應模組(200)及廢熱回收模組(20)配合運作，而使腔室(110)內的溫度維持在攝氏35~40度，濕度則維持在13~10%的範圍，如此即可達到乾燥作用。其中，若培養基質(51)進入乾燥階段，腔室(110)的溫度低於預設溫度(如攝氏38度)時，本發明可利用一反轉控制電路讓壓縮機(23)輸送冷媒的方向反轉，換言之，第一冷媒導管(21)內的冷媒受到壓縮機(23)壓縮而成為高溫高壓的氣化冷媒，當高溫高壓的氣化冷媒進入反應器(10)之腔室(110)時，則可將熱能排出以對腔室(110)內的空氣進行加溫，如此即可達到腔室(110)加熱乾燥的運作。

大約少於10天左右即可完成培養基質(21)的發酵與乾燥製程，並將置放架(12)上之容器(50)以如第九圖所示的取送手段(90)來依序取出，再將裝填有培養基質(51)的容器(50)送至包裝區進行粉碎及包裝的製程，在此同時，第一控制閥(72)受到環境條件控制手段(60)的觸發而使太陽能集熱手段(31)以約攝氏100~125度的高溫熱氣對腔室(110)內部進行噴灑，持續運作約20分鐘左右，即可完成腔室(110)內的滅菌作業。

4.3攪拌手段的實施

請參看第八圖所示，為達到攪拌培養基質(51)目的，本發明更包含一用以對各容器(50)上之培養基質(51)進行攪拌的攪拌手段(77)，此攪拌手段(77)可受環境條件控制手段(60)的控制而對容器(50)進行攪拌，至於攪拌手段(77)的具體實施例可以是一種裝設在容器(50)上的震動馬達或是超音波震動器，如此即可藉由震動馬達或是超音波震動器使容器(50)震動，以達到適時翻動培養基質(51)的功效。

4.4取送手段的實施

請參看第九圖所示，本發明經模組化串聯的複數個反應器(10)是沿著一運送路徑而排列設置，並於每一腔室(110)設置一置放架(12)，並於置放架(12)設置包括複數呈上下排列供容器(50)置放的置放槽(120)，及複數個樞設於置放架(12)底部的導輪(14)，並沿著上述之運送路徑設置二條平行並置以供一台車(90)滑行其上的導軌(15)，於本實施例中，第一冷媒導管(21)並非裝設在置放架(12)上，而是繞設於腔室(110)內的局部空間，以利置放架(12)被一抓取手段取出及置入，為達到自動化取送置放架(12)及容器(50)之目的，此台車(90)具有一平台(91)，可藉由上述抓取手段(本圖式例未示)將置放架(12)由腔室(110)取出後置放在平台(91)上，並於平台(91)設有複數個供複數個導輪(14)嵌合定位的嵌槽(92)，當置放架(12)的導輪(14)嵌合定位在嵌槽(92)時，即可一縱移手段(本圖式例未示)驅動台車(90)沿著二導軌(15)滑行移動至包裝區，以進行包裝與粉碎的製程。具體言之，抓取手段的實施例可以是一般的機械手臂，至於縱移手段可以包含一可提供動力源的電動馬達，及一受動力源驅動的動力傳遞機構，並以動力傳遞機構來帶動台車(10)的滑輪(本圖式例未示)轉動。

伍．結論

因此，藉由上述技術特徵的設置，本發明確實具有以下特點：

1.本發明可以工業化而放大生產，不僅具有固態發酵與乾燥一貫化製程，而且可以多組串聯或是單一操作使用，藉以大幅節省電能的耗費，並降低操作設備的購置成本，以符合環保節能與綠色製造的需求，並可改善產熱與培養基質厚度的問題，藉以達到節能與原地滅菌之功效，因而具有改善微生物的發酵品質與良率、模組化組接、放大生產、自動化以及改善人力需求問題等諸多的特點。

2.本發明由於採用自動化監測監控量產模式，所以可以減少人為汙染、可提高產量、加速發酵過程及減少人力成本，並可依據客戶需求而批次量產。

以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請　鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

(10)．．．反應器

(11)．．．箱體

(110)．．．腔室

(12)．．．置放架

(120)．．．置放槽

(13)．．．排水手段

(14)．．．導輪

(15)．．．導軌

(2)．．．乾燥模組

(200)．．．太陽能熱氣供應模組

(201)．．．太陽能集熱手段

(202)．．．空氣源供應組件

(21)．．．第一冷媒導管

(22)．．．第二冷媒導管

(23)．．．壓縮機

(24)．．．水槽

(25)．．．入水管

(26)．．．出水管

(27)．．．儲水筒

(270)．．．第一氣口

(28)．．．膨脹閥

(30)．．．太陽能熱汽供應殺菌模組

(31)．．．太陽能集熱手段

(310)．．．集熱管

(32)．．．水源供應組件

(320)．．．第一管體

(321)．．．泵浦

(33)．．．第二管體

(35)．．．儲熱槽

(350)．．．第二氣孔

(40)．．．電力供應手段

(41)．．．太陽能光電手段

(42)．．．電源處理電路

(50)．．．容器

(51)．．．培養基質

(60)．．．環境條件控制手段

(61)．．．溫度感測器

(62)．．．濕度感測器

(63)．．．空氣流量感測器

(64)．．．整合控制器

(65)．．．光源感測器

(66)．．．氣體分析儀

(68)．．．光源組件

(69)．．．壓力感測單元

(70)．．．第一熱氣輸送手段

(71)．．．第二熱氣輸送手段

(72)．．．第一控制閥

(73)．．．氣管

(74)．．．送風機

(75)．．．第三熱氣輸送手段

(76)．．．第二控制閥

(77)．．．攪拌手段

(80)．．．液態發酵槽

(81)．．．壓力鍋

(82)．．．發泡機

(83)．．．混合裝置

(90)．．．台車

(91)．．．平台

(92)．．．嵌槽

第一圖係係本發明反應器的監控調節實施示意圖。

第二圖係本發明反應器模組化串聯實施的示意圖。

第三圖係本發明反應器模組化串聯實施的外觀示意圖。

第四圖係本發明廢熱回收模組的連結控制方塊示意圖。

第五圖係本發明反應器模組化串聯實施的控制方塊示意圖。

第六圖係本發明環境條件控制手段的連結控制示意圖。

第七圖係本發明培養基質接種的流程示意圖。

第八圖係本發明反應器內的具體實施示意圖。

第九圖係本發明取送手段的具體實施示意圖。

附件1：圖表係近五年國內有關微生物發酵與乾燥研究之碩士論文。

附件2：係參考文獻。

(10)．．．反應器

(11)．．．箱體

(110)．．．腔室

(12)．．．置放架

(120)．．．置放槽

(13)．．．排水手段

(2)．．．乾燥模組

(20)．．．廢熱回收模組

(200)．．．太陽能熱氣供應模組

(202)．．．空氣源供應組件

(21)．．．第一冷媒導管

(22)．．．第二冷媒導管

(23)．．．壓縮機

(24)．．．水槽

(25)．．．入水管

(26)．．．出水管

(27)．．．儲水筒

(270)．．．第一氣口

(271)．．．出水口

(28)．．．膨脹閥

(30)．．．太陽能熱汽供應殺菌模組

(31)(201)．．．太陽能集熱手段

(310)．．．集熱管

(32)．．．水源供應組件

(320)．．．第一管體

(321)．．．泵浦

(33)．．．第二管體

(35)．．．儲熱槽

(350)．．．第二氣孔

(50)．．．容器

(51)．．．培養基質

(60)．．．環境條件控制手段

(64)．．．整合控制器

(68)．．．光源組件

(69)．．．壓力感測單元

(70)．．．第一熱氣輸送手段

(71)．．．第二熱氣輸送手段

(72)．．．第一控制閥

(73)．．．氣管

(74)．．．送風機

(75)．．．第三熱氣輸送手段

(76)．．．第二控制閥

Claims (10)

1. 一種具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統，用以進行發酵、乾燥及殺菌作業，其包括有：至少一反應器，其包括一箱體，該箱體內具有一腔室，該腔室內供置入至少一容器，該容器裝填一預定量之接種有微生物菌種的培養基質；一乾燥模組，其包括：一太陽能熱氣供應模組，其包括一太陽能集熱手段及一空氣源供應組件，於乾燥時，該空氣源供應組件供應空氣，由該太陽能集熱手段加熱形成高溫乾燥空氣，並供應至該腔室內以配合進行乾燥；及一廢熱回收模組，其包括一第一冷媒導管、一第二冷媒導管、一壓縮機、一水槽、一入水管、一出水管、一儲水筒、一膨脹閥、一預定量冷媒及一排水手段；該第一冷媒導管設置於該反應器之該腔室內部，該第二冷媒導管與該第一冷媒導管連接形成一循環迴路，該壓縮機及該膨脹閥設置在該循環迴路上，該壓縮機用以驅使該冷媒進入該第一冷媒導管以將該腔室內的部份熱量攜出至該第二冷媒導管；該入水管及該出水管一端分別與該水槽連接，該入水管另一端與一冷水源連接，該出水管另一端與該儲水筒連接；該冷水源供水至該水槽內，該第二冷媒導管局部位於該水槽內的水中；該第二冷媒導管中冷媒的熱量再由該水槽中的水攜出並經由出水管而至該儲水筒內儲存，且其內的冷媒經由該膨脹閥膨脹而進入該第一冷媒導管；一太陽能熱汽供應殺菌模組，其包括一太陽能集熱手段、一水源供應組件及一空氣源，該太陽能集熱手段用以收集太陽熱能，利用該太陽熱能而使該水源供應組件所供應之水與該空氣源所供應之空氣形成高溫水汽而供應至該腔室內；一環境條件控制手段，用以控制該乾燥模組與該太陽能熱汽供應殺菌模組運轉機制；及一太陽能光電手段，用以將太陽能轉換成電能，並儲存於一電力供應手段，以供應該系統所需電源。
2. 如請求項1所述之具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統，其中該環境條件控制手段包括有複數個連接埠，該反應器的數量為複數個，每一該反應器經由一該連接埠而分別與該廢熱回收模組及該太陽能熱汽供應殺菌模組連接。
3. 如請求項1或2所述之具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統，其中，該環境條件控制手段包含：至少一溫度感測器，用以感測該腔室的溫度狀態；至少一濕度感測器，用以感測該腔室的溼度狀態；至少一空氣流量感測器，用以感測該腔室的空氣流量狀態；一整合控制器，其對各該溫度狀態、各該濕度狀態及各該空氣流量狀態進行監測，並分別與溫度預設值、濕度預設值及空氣流量預設值進行比對，再依據比對結果輸出至少一控制訊號；至少一用以感測該腔室光照狀態的光源感測器，該腔室內設有至少一光源組件，該整合控制器可對光照狀態進行監測，並與光照預設值進行比對，再依據比對結果控制該光源組件的光源亮度；及至少一氣體分析儀，該氣體分析儀用以感測分析腔室內氣體成份而得知該基質的pH值狀態，以供了解該基質的發酵狀況，供做相應處理之參考或是進行該腔室內部溫度、濕度之調節控制。
4. 如請求項1所述之具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統，其中，該水源供應組件包含至少一第一管體及泵浦，該儲水筒具有一輸出熱氣的第一氣口，該第一氣口與一第一熱氣輸送手段一端連接，該太陽能熱汽供應殺菌模組之該太陽能集熱手段與一第二熱氣輸送手段一端連接，該第一熱氣輸送手段另端及該第二熱氣輸送手段另端分別與一第一控制閥之二個入口連接，該第一控制閥的出口連接一第三熱氣輸送手段，該第一控制閥可受該環境條件控制手段的觸發選擇由該太陽能熱汽供應殺菌模組或是該儲水筒來供應該第三熱氣輸送手段內的熱氣，該第三熱氣輸送手段另端及該太陽能熱氣供應模組之該太陽能集熱手段分別與一第二控制閥之二個入口連接，該第二控制閥的出口則與該反應器之該腔室連接，該第二控制閥可受該環境條件控制手段的觸發選擇由該第三熱氣輸送手段或是該太陽能熱氣供應模組來供應該腔室的熱氣。
5. 如請求項4所述之具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統，其中，該太陽能集熱手段包含至少一用以吸收太陽光之幅射能的集熱管，該太陽能熱汽供應殺菌模組更包含至少一第二管體及一儲熱槽，該第一管體一端與該儲水筒之出水口連接，其另端則與該集熱管一端連接，且該第一管體另端接設有該泵浦，用以將該儲水筒內之熱水輸送至該集熱管進行再加溫，該第二管體一端與該集熱管另端連接，其另端則與該儲熱槽連接，該儲熱槽頂部具有一與第二熱氣輸送手段連接的第二氣口。
6. 如請求項4所述之具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統，其中，該第一熱氣輸送手段與該第二熱氣輸送手段各自包含有一氣管及一送風機，該送風機可受該環境條件控制手段的控制將各該氣管內的熱氣經該第三熱氣輸送手段輸送至該反應器的該腔室內。
7. 如請求項6所述之具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統，其中，該環境條件控制手段包含至少二用以監測該氣管壓力狀態的壓力感測單元，當該氣管的壓力超過預設值時，該環境條件控制手段則關閉該送風機，藉以調節該氣管的氣壓，並於該反應器底部設置一排水手段。
8. 如請求項1所述之具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應系統，其中，該反應器的數量為複數個且沿著一運送路徑而排列，每一該腔室設置一置放架，該置放架具有複數呈上下排列供該容器置放的置放槽，該置放架設底部樞設有複數個導輪，並且沿著該運送路徑設置二條平行並置以供一台車滑行其上的導軌，該台車具有一平台，可藉由一抓取手段將該置放架由該腔室取出後置放在該平台上，並於該平台具有複數個供該複數個導輪嵌合定位的嵌槽。
9. 一種具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應方法，其包括有：提供如請求項1所述之系統；於該反應器之該腔室內置入一預定量之接種有微生物菌種的培養基質；以該環境條件控制手段控制該廢熱回收模組及該太陽能熱汽供應殺菌模組，使該腔室內的溫度維持在一第一預定溫度，濕度維持在一第一預定濕度，以進行發酵階段；於一預定發酵時間後，以該環境條件控制手段控制該廢熱回收模組及該太陽能熱汽供應殺菌模組，使該腔室內的溫度上升至一第二預定溫度，濕度下降至一第二預定濕度，以進行乾燥階段；及於一預定乾燥時間後，取出完成乾燥後之該培養基質，再以該環境條件控制手段控制該太陽能熱汽供應殺菌模組，使該腔室內充入熱汽，並使溫度上升至一第三預定溫度，以進行殺菌階段。
10. 如請求項9所述之具節能及多功能自動化生產模組之微生物固態發酵反應方法，其中，該第一預定溫度為攝氏25~32度，該第二預定濕度為79~98%，該第二預定溫度為攝氏35~40度，該第二預定濕度13~10%。