模塊固態(tài)發(fā)酵反應器為紅曲生產提高質量

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程工程研究所成功研制的模塊化固態(tài)發(fā)酵反應器后，其功能性紅曲的生產效率和產品質量顯著提高。據悉，這一新設備在國內首次投用，它為功能性紅曲及相關產品進入國際醫(yī)藥市場，將發(fā)揮積極作用。 　　紅曲是一個具有藥用和食用雙重價值的典型物質。在浩瀚的中國歷史書籍中，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。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鍵酶。因此抑制這個酶的活性，能有效地減少或阻斷體內膽固醇的合成，從而達到防治高血脂病的目的。1979年，日本學者進藤等從紅色紅曲霉M.ruber的發(fā)酵液中分離出一個“強有力”的HMG-CoA還原酶抑制劑，稱為莫那克林K（MonacolinK）。1985年，進藤等又從紅色紅曲霉中分離出與莫那克林K結構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，其對重癥高脂血癥患者極為有效。 　　上述研究結果為功能性紅曲的開發(fā)提供了科學依據。近年來，運用生物工程技術分離出的菌種通過固態(tài)發(fā)酵生產功能性紅曲的應用越來越多。有關資料顯示，目前我國紅曲生產企業(yè)有十多家，大部分采取傳統(tǒng)固態(tài)發(fā)酵法。 　　負責該研究項目的中科院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室的李浩然教授說，固態(tài)發(fā)酵技術是使微生物在潮濕固體基質上生長的技術。與液態(tài)發(fā)酵相比，固態(tài)發(fā)酵產量高、成本低。但是，由于現(xiàn)有的很多固態(tài)發(fā)酵設備設計水平低，致使固態(tài)發(fā)酵技術的生產應用受到限制。 　　據李教授介紹，固態(tài)發(fā)酵設備分為靜態(tài)和動態(tài)兩大類。在靜態(tài)體系中，整個發(fā)酵過程中固態(tài)基質保持不動，典型靜態(tài)體系包括箱、盤、碟、固定床、烘箱等；動態(tài)體系則在發(fā)酵過程中有物料混合過程存在，典型混合方式為轉鼓式。但是，無論是現(xiàn)有的動態(tài)體系還是靜態(tài)體系，發(fā)酵過程中的有效熱交換都是一個有待解決的問題。多數固態(tài)發(fā)酵體系用通氣法進行熱交換，這種方式易使固體基質的水分蒸發(fā)，導致物料干燥。而在發(fā)酵過程中采用物料混合以避免過熱的方法會導致細胞破壞。這些問題在功能性紅曲等產品的大規(guī)模工業(yè)生產中顯得尤為突出。 　　現(xiàn)有的大規(guī)模固態(tài)發(fā)酵設備所存在的另一個問題是操作繁瑣、勞動強度大。理想的固態(tài)發(fā)酵設備應該能夠在發(fā)酵過程中對生長環(huán)境精確控制，以便整個發(fā)酵過程可以在特定條件下進行。然而現(xiàn)有的固態(tài)發(fā)酵系統(tǒng)仍需繁瑣的多步操作。由于在開放式環(huán)境中進行操作，不能實現(xiàn)生長條件精確控制，使產品產量、質量下降。因此有必要設計一種集成的反應器，將固態(tài)發(fā)酵的所有操作集中在單一設備中，以密閉可控的形式在反應器中完成發(fā)酵過程，實現(xiàn)反應器中化學物質和營養(yǎng)物質無污染、均勻添加。 　　浙江三禾生物工程有限公司是專業(yè)生產功能性紅曲的廠家，年產紅曲150噸。該公司生產負責人表示，由于企業(yè)原有的固態(tài)發(fā)酵技術比較簡單，生產方式落后，存在發(fā)酵過程難以控制、易染菌、發(fā)酵周期長、產品收率低、活性成分含量低等問題。 　　針對這些技術問題，浙江三禾生物工程有限公司與中科院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室聯(lián)手，他們充分利用現(xiàn)代科學技術的方法和手段，并借鑒國際通行的醫(yī)藥標準規(guī)范，開展功能性紅曲產品的大規(guī)模固態(tài)發(fā)酵技術的研究開發(fā)。 　　在大量的小試和中試工作基礎上，研發(fā)人員最終成功研制出模塊化固態(tài)發(fā)酵反應器。該設備的容積可調，實現(xiàn)了結構模塊化、標準化，操作自動化，反應器內的環(huán)境可被精確、均勻控制。 　　李教授說，該設備優(yōu)勢體現(xiàn)在：發(fā)酵過程易控制，發(fā)酵過程中化學營養(yǎng)物質的添加及代謝產物的提取方便；反應器密閉操作，可最大限度地防止染菌，同時使環(huán)境免受反應器內生長的微生物的污染。并且由于該設備集微生物發(fā)酵的所有操作于一身，包括滅菌、接種、培養(yǎng)、產物分離以及分離后處理等，因此可獲得高產量、高質量，符合國際標準的功能性紅曲產品。 　　三禾公司的生產負責人表示，在引進模塊化固態(tài)發(fā)酵反應器后，該公司的生產難題得到了較好的解決：生產效率大幅度提高，發(fā)酵周期縮短了一半，產品收率提高了近30％，產品中活性成分的含量也有很大提高，且產品質量穩(wěn)定，染菌幾率幾乎為零，使企業(yè)效益顯著增加。 　　李浩然教授認為，這種模塊化固態(tài)發(fā)酵反應器將改變發(fā)酵工業(yè)的現(xiàn)狀，它還可使原本液態(tài)發(fā)酵的產品尤其是高附加值產品實現(xiàn)大規(guī)�，F(xiàn)代化生產。