模塊固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器為紅曲生產(chǎn)提高質(zhì)量

日前從浙江三禾生物工程有限公司獲悉，該公司近期在采用其與中科院過(guò)程工程研究所成功研制的模塊化固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器后，其功能性紅曲的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高。據(jù)悉，這一新設(shè)備在國(guó)內(nèi)首次投用，它為功能性紅曲及相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)入國(guó)際醫(yī)藥市場(chǎng)，將發(fā)揮積極作用。 　　紅曲是一個(gè)具有藥用和食用雙重價(jià)值的典型物質(zhì)。在浩瀚的中國(guó)歷史書(shū)籍中，大量記錄了紅曲在中藥、釀酒、發(fā)酵食品、食用色素等方面的應(yīng)用。研究表明，紅曲中含有大量降血壓、降膽固醇的生物活性物質(zhì)。在膽固醇合成途徑中，羥甲基戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶是控制膽固醇合成速度的關(guān)鍵酶。因此抑制這個(gè)酶的活性，能有效地減少或阻斷體內(nèi)膽固醇的合成，從而達(dá)到防治高血脂病的目的。1979年，日本學(xué)者進(jìn)藤等從紅色紅曲霉M.ruber的發(fā)酵液中分離出一個(gè)“強(qiáng)有力”的HMG-CoA還原酶抑制劑，稱為莫那克林K（MonacolinK）。1985年，進(jìn)藤等又從紅色紅曲霉中分離出與莫那克林K結(jié)構(gòu)相似的其他活性成分，分別命名為：“莫那克林.X.J”、“dihydromevinolin”和“Dihy鄄dromonac01inLo”。研究表明，向動(dòng)物血液中注入少量的莫那克林K，可以降低膽固醇水平，特別是可優(yōu)先降低低密度脂蛋白膽固醇水平，其對(duì)重癥高脂血癥患者極為有效。 　　上述研究結(jié)果為功能性紅曲的開(kāi)發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。近年來(lái)，運(yùn)用生物工程技術(shù)分離出的菌種通過(guò)固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)功能性紅曲的應(yīng)用越來(lái)越多。有關(guān)資料顯示，目前我國(guó)紅曲生產(chǎn)企業(yè)有十多家，大部分采取傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵法。 　　負(fù)責(zé)該研究項(xiàng)目的中科院過(guò)程工程研究所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李浩然教授說(shuō)，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)是使微生物在潮濕固體基質(zhì)上生長(zhǎng)的技術(shù)。與液態(tài)發(fā)酵相比，固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)量高、成本低。但是，由于現(xiàn)有的很多固態(tài)發(fā)酵設(shè)備設(shè)計(jì)水平低，致使固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用受到限制。 　　據(jù)李教授介紹，固態(tài)發(fā)酵設(shè)備分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩大類。在靜態(tài)體系中，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中固態(tài)基質(zhì)保持不動(dòng)，典型靜態(tài)體系包括箱、盤(pán)、碟、固定床、烘箱等；動(dòng)態(tài)體系則在發(fā)酵過(guò)程中有物料混合過(guò)程存在，典型混合方式為轉(zhuǎn)鼓式。但是，無(wú)論是現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)體系還是靜態(tài)體系，發(fā)酵過(guò)程中的有效熱交換都是一個(gè)有待解決的問(wèn)題。多數(shù)固態(tài)發(fā)酵體系用通氣法進(jìn)行熱交換，這種方式易使固體基質(zhì)的水分蒸發(fā)，導(dǎo)致物料干燥。而在發(fā)酵過(guò)程中采用物料混合以避免過(guò)熱的方法會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞破壞。這些問(wèn)題在功能性紅曲等產(chǎn)品的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中顯得尤為突出。 　　現(xiàn)有的大規(guī)模固態(tài)發(fā)酵設(shè)備所存在的另一個(gè)問(wèn)題是操作繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大。理想的固態(tài)發(fā)酵設(shè)備應(yīng)該能夠在發(fā)酵過(guò)程中對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境精確控制，以便整個(gè)發(fā)酵過(guò)程可以在特定條件下進(jìn)行。然而現(xiàn)有的固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)仍需繁瑣的多步操作。由于在開(kāi)放式環(huán)境中進(jìn)行操作，不能實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)條件精確控制，使產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量下降。因此有必要設(shè)計(jì)一種集成的反應(yīng)器，將固態(tài)發(fā)酵的所有操作集中在單一設(shè)備中，以密閉可控的形式在反應(yīng)器中完成發(fā)酵過(guò)程，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器中化學(xué)物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)無(wú)污染、均勻添加。 　　浙江三禾生物工程有限公司是專業(yè)生產(chǎn)功能性紅曲的廠家，年產(chǎn)紅曲150噸。該公司生產(chǎn)負(fù)責(zé)人表示，由于企業(yè)原有的固態(tài)發(fā)酵技術(shù)比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)方式落后，存在發(fā)酵過(guò)程難以控制、易染菌、發(fā)酵周期長(zhǎng)、產(chǎn)品收率低、活性成分含量低等問(wèn)題。 　　針對(duì)這些技術(shù)問(wèn)題，浙江三禾生物工程有限公司與中科院過(guò)程工程研究所生化工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)手，他們充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的方法和手段，并借鑒國(guó)際通行的醫(yī)藥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開(kāi)展功能性紅曲產(chǎn)品的大規(guī)模固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。 　　在大量的小試和中試工作基礎(chǔ)上，研發(fā)人員最終成功研制出模塊化固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器。該設(shè)備的容積可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，操作自動(dòng)化，反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境可被精確、均勻控制。 　　李教授說(shuō)，該設(shè)備優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：發(fā)酵過(guò)程易控制，發(fā)酵過(guò)程中化學(xué)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的添加及代謝產(chǎn)物的提取方便；反應(yīng)器密閉操作，可最大限度地防止染菌，同時(shí)使環(huán)境免受反應(yīng)器內(nèi)生長(zhǎng)的微生物的污染。并且由于該設(shè)備集微生物發(fā)酵的所有操作于一身，包括滅菌、接種、培養(yǎng)、產(chǎn)物分離以及分離后處理等，因此可獲得高產(chǎn)量、高質(zhì)量，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的功能性紅曲產(chǎn)品。 　　三禾公司的生產(chǎn)負(fù)責(zé)人表示，在引進(jìn)模塊化固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器后，該公司的生產(chǎn)難題得到了較好的解決：生產(chǎn)效率大幅度提高，發(fā)酵周期縮短了一半，產(chǎn)品收率提高了近30％，產(chǎn)品中活性成分的含量也有很大提高，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，染菌幾率幾乎為零，使企業(yè)效益顯著增加。 　　李浩然教授認(rèn)為，這種模塊化固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器將改變發(fā)酵工業(yè)的現(xiàn)狀，它還可使原本液態(tài)發(fā)酵的產(chǎn)品尤其是高附加值產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)大規(guī)�，F(xiàn)代化生產(chǎn)。