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)備在國內(nèi)首次投用，它為功能性紅曲及相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)入國際醫(yī)藥市場，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(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發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。近年來，運(yùn)用生物工程技術(shù)分離出的菌種通過固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)功能性紅曲的應(yīng)用越來越多。有關(guān)資料顯示，目前我國紅曲生產(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)目的中科院過程工程研究所生化工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的李浩然教授說，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)酵過程中固態(tài)基質(zhì)保持不動(dòng)，典型靜態(tài)體系包括箱、盤、碟、固定床、烘箱等；動(dòng)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(zhuǎn)鼓式。但是，無論是現(xiàn)有的動(dòng)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(gè)有待解決的問題。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)酵過程中采用物料混合以避免過熱的方法會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞破壞。這些問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)酵過程中對生長環(huán)境精確控制，以便整個(gè)發(fā)酵過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。由于在開放式環(huán)境中進(jìn)行操作，不能實(shí)現(xiàn)生長條件精確控制，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)酵過程，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器中化學(xué)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)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(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)比較簡單，生產(chǎn)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(chǎn)品收率低、活性成分含量低等問題。 　　針對這些技術(shù)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(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，并借鑒國際通行的醫(yī)藥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開展功能性紅曲產(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，該設(shè)備優(yōu)勢體現(xiàn)在：發(fā)酵過程易控制，發(fā)酵過程中化學(xué)營養(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)。