食用菌基质散状电子束灭菌及接种装包生产系统的制作方法

本技术属于食用菌工厂化栽培生产，具体涉及一种食用菌基质散状电子束灭菌及接种装包生产系统。

背景技术：

1、食用菌富含蛋白质、氨基酸等众多营养元素，且低脂肪、低热量、易消化，符合人类健康饮食需求，现已成为人类的主要食品之一。目前中国食用菌年产量已突破四千万吨，其产值比重在农业中居第5位，仅次于粮、油、果、菜，已经成为发展经济、改善民生、乡村振兴的重要产业之一。近年来，食用菌工厂化栽培生产模式逐渐成熟、工厂规模越来越大。食用菌工厂化栽培生产的一般流程为：食用菌栽培基质配料—栽培基质装袋形成菌包—菌包高温灭菌—菌包强冷—菌包接种—菌包发菌培养—出菇管理—采收包装及出厂。截至2022年底，全国食用菌工厂化生产企业已达400余家，每年还以不低于10％的比例增长或者进行产能升级。对现有食用菌工厂化生产技术及模式不断进行新技术、新模式的替代升级，具有重要的社会经济及生态意义。其中，食用菌菌包高温灭菌及接种是食用菌生产质量控制的关键环节，同时又存在高能耗、高污染、高成本、生产效率受限等痛点及技术缺陷，具体如下：食用菌栽培基质装袋成为菌包后再高温灭菌，菌包高温灭菌一般使用天然气加热水产生的高温蒸汽，能耗大、碳排放高、灭菌周期长、存在废水废热排放；菌包高温灭菌后需要冷气强冷降温以快速达到接种所需温度，造成二次能耗、生产周期延长，且需配置专用的制冷净化车间；菌包接种多采用打孔接菌，接菌面积小，发菌培养周期长，需占用大量净化车间，并决定着食用菌生产供应周期效率。

2、辐照技术应用是一种利用电离辐射(γ射线、电子束或x射线)作用于物质时的较强穿透能力，以及在穿透深度内与物质相互作用所产生的物理、化学和生物效应而实现加工目的的现代高新技术。辐照灭菌技术是辐照技术应用的一种，是通过采用合适的电离辐射穿透性照射物质而杀死其中微生物的非加热消毒灭菌技术。辐照灭菌技术自二十世纪初开始便已逐步在食品、药品、医疗卫生用品等产品消毒灭菌领域得到应用，现已在全球大部分国家实现广泛的商业化、工业化应用。国际及国内相关政府机构及权威组织对工业辐照灭菌用装置及技术工艺进行了一系列法规及标准要求或推荐。其中，世界卫生组织、国际原子能机构、国际粮农组织在2003年联合宣布辐照食品是消化安全、营养适当的，并不必要设置剂量上限；世界卫生组织将食品辐照技术列为二十一世纪国际重点推广项目；中国针对工业辐照装置实施行政许可管理，现已批准投入使用的工业辐照装置达千台/座，其中用于辐照消毒灭菌的辐照装置约占15％。

3、中国实用新型专利cn214902650u公开了一种食药用菌培养料装袋接种一体机，所述装置能够将灭菌后的常温散状食用菌基质进行一体化自动接菌种和装袋，且接菌种是以向培养袋内袋表层和基质中间同时喷射液体菌种的方式进行，相对于现有菌包接种技术，几十倍得扩大了接种面积，使得后期食用菌发菌培养过程中，菌种能够同时从培养袋基质内部和表面同时萌发，菌丝生长迅速，大大缩短了食用菌发菌培养阶段的占时，提高了食用菌栽培生产效率。该专利技术的工业应用，需要基于一套能够提供散状食用菌基质高效率、低能耗、大产能、连续化灭菌处理的前端生产系统来实现。在工业领域常用的6大灭菌法及新型灭菌技术中，采用高温蒸汽湿热灭菌法进行散状食用菌基质时，因直接接触食用菌基质会造成营养流失、吸水过多、需二次冷却等不利结果，不适用于进行工业化的大规模散状食用菌基质灭菌；湿热蒸汽间歇灭菌法应用于散状食用菌基质灭菌面临的问题同湿热灭菌法类似；微波灭菌法、超高压灭菌法因灭菌均匀性、成本经济性、产能产量等问题在本行业中经尝试未取得有效进展；过滤灭菌法、化学药剂灭菌法、使用火焰或者干空气的干热灭菌法更无法在散状食用菌基质灭菌过程上使用；电离射线辐射灭菌法在室温或低温下进行、灭菌过程几乎不升温，有利于维持产品营养成分、不会留下任何残留物，不失为进行工业化的大规模散状食用菌基质灭菌可使用的方法。目前还未见有利用工业加工用电离辐射(不超过10mev能量的电子束、不超过5mev能量的x射线、钴源γ射线)进行散状食用菌基质灭菌的相关现有技术。

4、中国发明专利cn109601252a公开了一种绿色生产食用菌基质菌包的方法，旨在采用γ射线辐照或者采用电子束辐照和臭氧水处理装好基质的菌包，实现未灭菌菌包的灭菌处理，改变了传统的采用高温长时间蒸煮、热蒸汽灭菌的方式；相对于热杀菌，灭菌时间节约了30个小时左右，能耗节约60-80％。该技术要求食用菌基质先装袋形成菌包后再灭菌，具有一定不足：其中因菌包尺寸较大及含水量较高，需要穿透能力较强的射线，如10mev高能电子束或γ射线，灭菌装置昂贵、前期投入成本高、相同灭菌程度所需电离辐射的产生成本较高；且因不同品种食用菌的菌包样式、尺寸差异大，技术的普适性不强。该技术未提供散状食用菌基质灭菌的方法，不能够用于匹配于中国实用新型专利cn214902650u公开的一种食药用菌培养料装袋接种一体机使用的工业化的大规模散状食用菌基质灭菌。

5、综上，食用菌工厂化栽培生产技术领域亟需一种能够实现大规模工厂化食用菌基质灭菌及制菌包环节的生产能耗及成本大幅度降低、生产效率及产能规模大幅提高的技术方案。

技术实现思路

1、本实用新型解决的技术问题：提供一种食用菌基质散状电子束灭菌及接种装包生产系统，本实用新型目的在于，通过将电子束灭菌与现有的食药用菌培养料装袋接种一体机结合形成配套装置及技术对食用菌基质先进行散装灭菌后再接种包装，将大功率、中低能电子束辐照灭菌技术应用于食用菌栽培基质的大规模工厂化生产中的灭菌环节，以散状食用菌基质常温下电子束辐照灭菌处理替代现有的食用菌基质在装包后进行高温蒸汽灭菌的生产方式，能够明显降低灭菌相关环节的单位生产能耗和经济成本，有利于降低碳排放和废水废热排放、提升工厂化生产中的绿色环保性；通过合理的工艺流程设计，可实现先进行食用菌基质散料状态下的电子束辐照灭菌、再在洁净条件下将灭菌处理过的无菌食用菌基质进行喷涂接种及装袋的一体化全自动作业；应用可显著降低食用菌菌包的生产成本、提高产能产效，也因菌包接种面积的明显增大而显著提高食用菌菌包的发菌速度，进一步节约发菌车间的前期硬件投入、土地空间占用和运营成本。

2、为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案：

3、食用菌基质散状电子束灭菌及接种装包生产系统，该系统包括电子加速器系统装置、食用菌基质配料装置、送料装置、电子束辐照传输及洁净度控制装置、自动接种装包一体化装置；

4、所述电子加速器系统装置包括电子加速器系统、辐射安全防护及屏蔽系统、臭氧抽排及烟雾探测系统；所述辐射安全防护及屏蔽系统内部设有屏蔽体迷道和屏蔽体辐照厅，所述屏蔽体辐照厅两边均连通有屏蔽体迷道；所述电子加速器系统设于屏蔽体中且用于产生食用菌基质灭菌处理所需的电子束；所述臭氧抽排及烟雾探测系统设置在屏蔽体迷道中而将辐射安全防护及屏蔽系统与外界连通，用于抽排电子束电离空气而产生的臭氧、氮氧化合物；

5、所述食用菌基质配料装置用于配置所需食用菌基质，并将食用菌基质送出至送料装置；

6、所述送料装置嵌入式设于入口一边的屏蔽体迷道中，所述送料装置从屏蔽体迷道的入口侧进入，所述送料装置与食用菌基质配料装置连接而用于将食用菌基质配料装置送出的散状食用菌基质在普通级空气洁净度环境下输送到电子束辐照传输及洁净度控制装置；

7、所述电子束辐照传输及洁净度控制装置安装于送料装置之后并经屏蔽体辐照厅从出口一侧的屏蔽体迷道的出口伸出而接入自动接种装包一体化装置；所述电子束辐照传输及洁净度控制装置用于将送料装置给出的散状食用菌基质从普通级空气洁净度环境下传递进入千级空气洁净度环境，并继续于千级空气洁净度环境下传输经过电子加速器系统所产生的电子束扫描区以完成辐照灭菌处理、直至到达自动接种装包一体化装置；

8、所述自动接种装包一体化装置安装于千级空气洁净度环境车间，用于完成对电子束辐照灭菌处理后得到的无菌食用菌基质进行接种、装包。

9、上述技术方案中，所述电子加速器系统包含电子束扫描窗、电子束扫描窗冷却风刀，电子束通过所述电子束扫描窗从真空系统内打出到空气中形成电子束扫描区，所述电子束扫描窗冷却风刀向电子束扫描窗吹风以实现对电子束扫描窗的冷却；

10、所述电子加速器系统选用可产生电子束能量不高于10mev的工业电子加速器系统；具体的，所述电子加速器系统参数性能为电子束能量2-5mev、束流功率不低于100kw、电子束扫描不均匀度小于5％、电子束出束功率与电子加速器系统耗电功率比不低于40％、稳定可靠满功率运行时长不低于7000小时/年。

11、上述技术方案中，所述辐射安全防护及屏蔽系统的屏蔽体迷道和屏蔽体辐照厅为普通洁净度环境；

12、所述臭氧抽排及烟雾探测系统包含臭氧抽排口，所述臭氧抽排口设置在靠近屏蔽体迷道入口侧处，所述屏蔽体迷道入口侧设置环境隔离防火门以隔绝空气从该侧进入屏蔽体迷道、在所述屏蔽体迷道和屏蔽体辐照厅内形成从屏蔽体迷道出口侧向臭氧抽排口的正向风压及风流方向，使得屏蔽体迷道和屏蔽体辐照厅的空气不进入电子束辐照传输及洁净度控制装置内。

13、上述技术方案中，所述送料装置选用管槽螺旋式输送、管道链式输送、带式输送、托盘板链式输送或托盘辊筒式输送的适宜物料输送方式及系统。

14、上述技术方案中，所述电子束辐照传输及洁净度控制装置包括食用菌基质铺料机构、食用菌基质辐照传输机构、食用菌基质辐照后传输机构、洁净度控制机构；

15、所述食用菌基质铺料机构和食用菌基质辐照传输机构嵌入式设于屏蔽体辐照厅中，所述食用菌基质铺料机构入口与送料装置出口连接，所述食用菌基质辐照传输机构入口与食用菌基质铺料机构出口连接，所述食用菌基质辐照后传输机构嵌入式设于屏蔽体辐照厅和出料一边的屏蔽体迷道中，所述食用菌基质辐照后传输机构将食用菌基质辐照传输机构出口和自动接种装包一体化装置连接，并将自动接种装包一体化装置与食用菌基质铺料机构入口连接，所述食用菌基质辐照传输机构外部设有洁净度控制机构。

16、上述技术方案中，所述电子束辐照传输及洁净度控制装置的制造材料均选用对辐照、臭氧、潮湿环境耐受度高的不锈钢材料；

17、所述食用菌基质铺料机构用于将送料装置送来的食用菌基质按需要厚度均匀得铺于食用菌基质辐照传输机构的载料传输面上；

18、所述食用菌基质辐照传输机构与食用菌基质铺料机构链接工作，所述食用菌基质辐照传输机构开始于电子加速器系统所产生的电子束扫描区之前3-5米距离处，所述食用菌基质辐照传输机构的载料传输面为一系列同规格的具有一定深度的载料不锈钢托盘，所述载料不锈钢托盘的载料宽度小于到达其处的电子束扫描宽度；所述食用菌基质铺料机构将食用菌基质按需要厚度均匀地铺于空的载料不锈钢托盘内，所述食用菌基质辐照传输机构将铺有食用菌基质的各载料不锈钢托盘依次匀速输运通过电子加速器系统所产生的电子束扫描区以完成一定电子束辐照剂量的灭菌处理；

19、所述食用菌基质辐照传输机构采用带式输送、托盘链式输送或托盘辊筒式输送的适宜物料输送方式及系统；

20、所述食用菌基质辐照传输机构匀速输运铺有食用菌基质的各载料不锈钢托盘依次通过电子加速器系统所产生的电子束扫描区的速度稳定度控制在2％以内，各所述载料不锈钢托盘之间间隙不大于2cm；

21、所述食用菌基质辐照传输机构在电子加速器系统所产生的电子束扫描区下配有电子束下换热靶。

22、进一步地，所述食用菌基质铺料机构在食用菌基质辐照传输机构的载料传输面上铺料的食用菌基质厚度，以及所述食用菌基质辐照传输机构将载料传输面上的食用菌基质匀速地输运通过电子加速器系统所产生的电子束扫描区过程中的食用菌基质厚度，根据电子束能够穿透食用菌基质以达到食用菌基质及载料传输面上表面有效灭菌的目的实现而确定，为此定义出食用菌基质铺料厚度最高限度hopt：

23、依据电子束穿透均匀物质时的剂量深度分布规律，将检测验证得到的食用菌基质底部所接受的辐照剂量与食用菌基质表面所接受的辐照剂量相同时的铺料厚度确定为食用菌基质铺料厚度最高限度hopt,该数值可参考以下经验公式进行检测验证前的初步计算，

24、hopt＝(0.404e-0.161)/ρ

25、式中，hopt的单位为cm、电子束能量e的单位为mev,食用菌基质密度ρ的单位为g/cm3；

26、所述食用菌基质铺料机构将食用菌基质以不高于食用菌基质铺料厚度最高限度hopt的厚度均匀得铺入各载料不锈钢托盘内，为尽可能提高电子束利用效能，铺入载料不锈钢托盘内的食用菌基质厚度不低于食用菌基质铺料厚度最高限度hopt的80％；

27、为使电子束辐照食用菌基质的灭菌程度满足生产工艺质量控制需求，需通过生产验证工作得到食用菌基质散状电子束辐照最低有效灭菌剂量deff，单位kgy；生产中保证食用菌基质接受到的工艺电子束辐照剂量dpro适当大于最低有效灭菌剂量deff；为尽可能提高电子束利用效能及经济性，生产中保证的食用菌基质接受到的工艺电子束辐照剂量dpro不大于最低有效灭菌剂量deff的120％；

28、食用菌基质载料传输面的宽度小于电子束扫描宽度，超过食用菌基质载料传输面宽度方向两端的电子束直接打到电子束下换热靶的换热靶上，所述电子束下换热靶为内部通循环水冷却的换热器，电子束轰击在换热靶表面上积累的热量可及时被循环冷却水带走以防止换热靶结构变形；所述电子束下换热靶的循环冷却水为自来水，循环冷却水吸收能量升温后通过装配于室外的冷却塔降温。

29、进一步地，所述食用菌基质辐照后传输机构用于将食用菌基质辐照传输机构输送来的已完成电子束辐照灭菌处理的食用菌基质继续输送到自动接种装包一体化装置，所述食用菌基质辐照后传输机构沿出口边的屏蔽体迷道的弯折走向而合理布置，所述食用菌基质辐照后传输机构采用管槽螺旋式输送、管道链式输送、带式输送、托盘板链式输送或托盘辊筒式输送的适宜物料输送方式及系统；

30、所述食用菌基质辐照后传输机构同食用菌基质辐照传输机构的物料输送方式匹配，由满盘传输机构和空盘回传机构两部分组成；其中，所述满盘传输机构的传输速度为食用菌基质辐照传输机构传输载料不锈钢托盘速度的1.5-3倍；

31、所述满盘传输机构将各载料不锈钢托盘输送到自动接种装包一体化装置后，将各载料不锈钢托盘翻转，使得各载料不锈钢托盘内的食用菌基质全部倾倒进入自动接种装包一体化装置的储料单元内，最后空的载料不锈钢托盘由空盘回传机构依次传递回食用菌基质铺料机构。

32、进一步地，所述洁净度控制机构包含主净风管、主净风入口、若干净风补风管、若干增压风机、若干净风出口、辐照前传输机构清洗机、若干洁净传输机构灭菌机；

33、所述主净风管为具有一定内径的管道，将所述食用菌基质辐照传输机构、电子束扫描窗、电子束下换热靶、食用菌基质辐照后传输机构的满盘传输机构罩在其中，将所述空盘回传机构前段一部分也罩在其中，所述主净风管内的净风风压相对于屏蔽体迷道、屏蔽体辐照厅内的气压保持为正，避免非洁净气体经任何缝隙及开口处进入主净风管内，所述主净风管中具体的净风风压、风量、湿度参数及主净风入口、净风补风管、增压风机、净风出口的设置根据生产实际需求而设定及调整；

34、所述主净风管的通风截面为圆形或椭圆形；所述主净风管与自动接种装包一体化装置的接口处设置一主净风入口，在食用菌基质辐照传输机构的起始处设置一净风出口、在距离空盘回传机构起始3-5米处设置一净风出口，分别在主净风管内形成流向与满盘传输机构传输方向相反的流量净风气流、与空盘回传机构传输方向相同的流量净风气流；

35、所述净风补风管向电子束扫描窗冷却风刀提供可满足电子束扫描窗冷却需求流量的净风，所述电子束扫描窗冷却风刀的吹风方向与食用菌基质辐照传输机构的传输方向相反；

36、在所述主净风管内距离食用菌基质辐照传输机构的起始处的净风出口的1-2米处设置一增压风机，以增加主净风管中净风外排的气流动力、梳理净风气流方向、形成阻止屏蔽体辐照厅的非洁净空气进入主净风管内的风障；

37、所述辐照前传输机构清洗机安装于食用菌基质辐照传输机构起始处的净风出口与增压风机之间，采用高压水冲洗、刮板清理或抽风吸尘的方式进行金属表面清洁；所述辐照前传输机构清洗机对进入主净风管、到达电子加速器系统所产生的电子束扫描区之前的食用菌基质辐照传输机构载料传输面以外的金属表面部分进行清洁；

38、一组所述洁净传输机构灭菌机安装于增压风机与电子加速器系统所产生的电子束扫描区之间、一组所述洁净传输机构灭菌机安装于食用菌基质辐照传输机构与食用菌基质辐照后传输机构之间；所述洁净传输机构灭菌机采用电磁加热灭菌、强紫外光灭菌、臭氧灭菌或低能电子束表面辐照灭菌的方式实现功能；所述若干洁净传输机构灭菌机用于对食用菌基质辐照传输机构载料传输面以外的金属表面部分即电子加速器系统所产生的电子束辐照不到的部分、食用菌基质辐照后传输机构表面进行灭菌，及对洁净度控制机构内的整体环境、物体表面微生物负载水平进行限度控制。

39、本实用新型与现有技术相比的优点：

40、1、本方案生产流程简化、自动化智能化程度提高：采用先进行食用菌基质散料状态下灭菌、再对食用菌基质同步进行装袋(或装瓶)和接种的生产技术方案，相对现行食用菌工厂化生产中采用的食用菌基质先装菌包后进行高温蒸汽灭菌的生产技术方案，因无需大型锅炉加热保温及洁净车间强冷降温的流程环节，而大大缩减了生产工艺流程、提高了自动化程度，既缩小了生产设施的占地面积，又减少了人工投入；

41、2、本方案生产效率和生产灵活性提高：采取的电子束辐照灭菌方式可在秒级时间内完成食用菌基质的灭菌，能够连续供给后续作业，单位小时可完成的食用菌基质灭菌处理产能达十吨级、满足日产十万个以上菌包的大型工厂化生产效率及规模需求；传统食用菌菌包高温灭菌方式仅灭菌环节就需要数小时，且灭菌装置不能连续作业、灭菌后还需要冷却才能进行后续作业；

42、3、本方案生产成本降低、节能减排效果显著：电离辐射灭菌利用电离辐射的强生物效应达到低能耗灭菌目的，是国际公认的绿色技术；采取的大功率、中低能电子束辐照灭菌方式属于电离辐射灭菌中能效较高的一种，电子束的产生仅耗电；本技术方案可实现每吨食用菌基质灭菌耗电低于50度的水平，约合直接灭菌成本为30元/吨，同时灭菌过程不产生需二次冷却的高温、不产生直接碳排放、不产生直接废水废热排放；现有的食用菌菌包高温蒸汽灭菌热源多采用天然气燃烧或电加热，食用菌菌包在完成高温灭菌后需要转移至洁净环境下进行强制进行快速降温，综合成本在300元/吨左右，且能耗、废水废热排放高等生态效益差；相比下，本系统能够明显降低灭菌相关环节的单位生产能耗和碳排放，单位产能直接成本降低在70％以上；

43、4、本方案提高发菌环节效率、缩短整体栽培周期：采取电子束辐照处理食用菌基质，在实现灭菌的同时使食用菌基质中的纤维素、木质素等复杂大分子得到一定程度降解，更利于食用菌菌丝生长吸收，缩短了食用菌的发菌周期、提高出菇速度，食用菌生产周期缩短40％以上；

44、5、本方案发挥综合灭菌中心作用，提高设施投资回报率：通过进一步的合理安排，本系统可以用于食用菌工厂大量消耗的无菌水、无菌菌包包装物、洁净工作服及洁净操作工具等原料及耗材的灭菌处理，也可以对内、对外承接一定的其他产品的辐照灭菌、辐照材料改性业务，发挥综合灭菌中心作用，提高经营效益。