桑枝食用菌培养基生产过程自动化设计*

龙淑嫔

（河源职业技术学院，广东 河源 517000）

为了加快我国桑枝食用菌培养基生产自动化，提高桑枝食用菌培养基加工设备的自动化水平是很有必要的。本文将以桑枝食用菌培养基生产过程自动化设计为主，对其进行深入的探讨和研究设计，从而实现桑枝食用菌培养基流程的自动化作业。

1 桑枝食用菌培养基的分析

食用菌作为可以食用的大型真菌，其生长靠非光合作用，必须依靠特定的生物基质提供营养才能生长。其中食用菌培养基是食用菌生长发育的地方。所以，食用菌的培养对培养基的配方以及原料的质量有着非常严格的要求。

1.1 桑枝屑的质量决定着食用菌培养基的质量

既然叫桑枝食用菌培养基，因此桑枝屑就是桑枝食用菌培养基中的重要原材料。而食用菌培养基就是食用菌生长和发育的地方，因此桑枝屑的含水率以及它的营养比例，严重影响着培养基的质量。就桑植屑培养基中的桑枝屑含水率来说，从种植食用菌的经验来分析，桑枝屑原料的含水量一般在12%～15%之间最合适。含水率不应该过高，也不应该过低。如果含水率过低的话，桑枝屑原料培养基中，食用菌因为缺乏生长所必需要的水分而难以生长。相反，如果桑枝屑原料的含水率过高的话，桑枝屑原料由于含有丰富的营养物质也容易发霉或者变质，非常不利于食用菌的生长。更重要的是在桑枝屑原料的含水率处于12%～15%时，桑枝屑内部能产生一种有机酸。这种有机酸非常有利于食用菌的生长。经过相关实验调查研究表明，此类有机酸能够抵御微生物入侵，以便形成更好的供菌丝生长的环境。另外一大原因，桑枝屑的营养比例，也就是说桑枝屑的粗细程度。一般来说，直径范围内在9 mm～12 mm时，桑枝屑的粗细程度最有利于食用菌的生长。此时的桑枝屑原料的粗细程度适宜，既不会影响菌丝的繁殖，也不易引起杂菌的感染。

1.2 桑枝食用菌培养基的优化配方

结合食用菌生长所需要的必需原料，桑枝食用菌培养基应该含有适宜的水分、充足的碳源、氮源以及各种无机盐和生长因子等。因为食用菌只有在营养材料丰富、酸碱度适宜、并且有适当的通气性能的培养基中才能正常生长。就营养材料来说，桑枝的组织一般较为幼嫩，所以桑枝作为碳源，比较容易被食用菌分解利用。对于桑枝食用菌培养基的pH值来说，带皮的桑枝pH值一般为6.5左右。但是在出菇期间，桑枝屑的pH值一般稳定在4.2～4.5之间，十分适合出菇。而且就桑枝食用菌培养基的含水率来说，合格的桑枝食用菌培养基含水率应在65%左右。检测桑枝食用菌培养基的含水率主要有2种方法，一种是直接法，另一种是间接法。从一个食用菌生产基地上获取的数据表明，桑枝食用菌培养基的配方是含有少许白糖和微量元素、2%的石膏、10%的玉米粉、10%的小麦皮。其中桑枝屑占食用菌培养基成分的80%左右。

1.3 桑枝食用菌培养基的含水率

食用菌培养需要非常注重含水率的高低。上面已经说过，桑枝食用菌培养基的含水率一般为65%左右。具有合格含水率的桑枝食用菌培养基，不仅有利于食用菌大规模生产，也利于食用菌培养基成批量的灭菌消毒，以及接种和出菇。这样可以保证食用菌具有优良的品质，避免了其他杂菌的出现与食用菌争夺营养成分，致使食用菌出菇时出现污染。在食用菌培养基的生产过程中，一定要准确测量出食用菌培养基的含水率。在桑枝食用菌培养基的自动化生产过程中，测量培养基含水率，电容法是比较不错的选择。

2 桑枝食用菌培养基自动化生产工艺

2.1 桑枝食用菌培养基自动化加工设备的生产工艺流程

整套的桑枝食用菌培养及自动化加工设备，主要包括两部分。一部分是配料搅拌加工装置，另外一部分是培养基包装机。其中配料搅拌加工装置又称为配搅线。在配搅线部分工艺流程中， 桑枝食用菌培养基自动化加工一般采用斗式提升机。将桑枝屑和其他原料送入到各自的原料仓中，然后再根据培养基的配方加入其他原料，并在混合液中进行充分的搅拌制成混合溶液。搅拌完毕后为包装机进行均匀包装做充分的准备，从配料搅拌加工装置中传来的搅拌好的食用菌培养基，将依靠自身的重力进入培养基包装机中的小料仓。小料仓不断搅拌，将培养基均匀的套在转盘出料口上的包装袋中，并使其包装完整。再加上转盘的不断转动，一袋袋的混合均匀的培养基就从生产线上留下来。这时工人们就可以取下袋装的混合均匀的培养基，并将其封口封严封实。这时基本上袋装的桑枝食用菌培养基就从自动化生产中加工完毕，工艺如图1所示。

图1 桑枝食用菌培养基生产线生产工艺Fig. 1 Production process of mulberry edible fungus culture medium production line

2.2 桑枝食用菌培养基加工自动化中的时间设计

由于食用菌的生产跟食用菌培养基的原料混合程度密切相关，所以食用菌培养基一定要充分搅拌。在食用菌培养基的自动化生产过程中，食用菌培养基的充分搅拌混合，一般是由锥形搅拌缸进行搅拌的。因此，锥形搅拌缸的生产能力以及加工时间，直接关系到自动化生产设备的工作效率问题。经过大量的实验表明，普通的锥形搅拌缸，实际上生产过程中它生产培养基的能力大小约为每缸105 Kg。目前市面上常见的桑枝食用菌培养及自动化加工设备的生产能力，大约为每小时可以加工1 000 Kg的食用菌培养基原料。按照8 h工作制来算的话，每8 h能生产出8 t左右的桑枝食用菌培养基。在实际生产过程中进行实验时，我们得出了必须要合理的设计每一道生产环节的时间，这样才能连续地保证培养基加工效率的结论。

3 桑枝食用菌生产自动化中的控制系统

3.1 桑枝食用菌生产自动化中控制系统的基本功能

桑枝食用菌培养基的加工工艺，在自动化加工工业中属于复杂的一类。为了完整地实现桑枝食用菌培养基生产，我们就要对其自动控制系统进行科学的监测管理。控制系统一般有如下几大基本功能。一是进行混合溶液的配制以及混合料的搅拌、混和物的传送及包装的自动控制系统；第二大基本功能是实时监测原料与过度料仓以及搅拌缸配料、质量等信号传递；第三大基本功能是必须实现自动控制系统与手动控制系统的任意交换功能；第四大基本功能是必须可以在监控软件上进行实时通讯监控，这样可以远距离的控制自动化系统并及时给予其控制指令。

3.2 桑枝食用菌自动化生产中控制系统的控制方式

桑枝食用菌培养基生产过程中主要有2种控制方式，传统的也就是手动控制方式。手动控制方式，就是操作者直接控制设备的运行。也就是说手动控制方式需要大量的操作者，即需要人工不停地控制较多的电动机以及电磁阀。所以在手动控制方式中，一般基于触摸屏这种控制方式。这样可以节省按钮而且操作触摸屏时可以更加直观。一般当系统运行出现错误，或者对系统进行检查维修时，才采用手动控制培养基生产线和包装机的运行控制方式。第二种就是自动控制方式，也就是自动化生产过程。自动化生产过程全部都在计算机的监控以及检测之下完成。可以说从头到尾都不需要人工的参与，在正常情况下，自动控制方式已经可以满足生产的需要。

3.3 桑枝食用菌自动化生产过程中控制系统设计

在桑枝食用菌自动化生产过程中控制系统的设计上，根据我们的考察以及模拟实验，并结合市场上对产量的要求，我们决定采用PLC（programmable logic controller, PLC）选型。可以说PLC是自动化生产过程中控制系统的核心部分，它可以实现控制系统的所有功能。在PLC软件设计中，现在一般采用三菱公司中的一款编程软件，即GX-Developer。这款由森林公司设计的编程软件，基于Windows平台运行，它可以根据设计的需要来进行编程的相互转换。程序设计要满足几大基本要求。一是实现系统本身的也就是基本的控制功能要求；二是在采用自动控制方式时，系统必须进行预处理，系统在经过计算机预处理后才能开始自动运行，这也是为了避免原料的损失；三是选择手动方式之后就应该立即停止自动运行方式，也就是说手动方式一定要高于自动运行方式，这样可以避免发生事故；四是由于桑枝密度比较小，所以会在搅拌过程中发生缠绕，因此在任何时刻都必须保证只有一个搅拌缸；五是在进行手动操作方式时，必须通过触摸屏按键才能执行操作。这是因为触摸屏首先就代表了自动化中手动控制方式的输入端，可以说触摸屏一旦开启，它就取代了所有的自动化控制。借此来实现生产过程中的可视化操作，所以触摸屏必须保证能够方便的进行控制。

4 结语

桑枝食用菌培养基自动化加工技术设备融合了触摸屏等控制技术，使设备安装更加方便，手动操作直观。桑枝培养基的自动化加工设计为我国大力发展食用菌产业提供了重要的基础条件，使我国这样一个食用菌生产大国具有更广阔的市场前景。