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Biofilm反应器有望降低维生素K的生产成本

2019-03-18 10:57:04 • 来源：

宾夕法尼亚州研究人员在一项创新研究中承诺降低最有效形式的维生素K-甲萘醌-7的生产成本，开发出一种新方法来增强发酵过程，通过在生物膜反应器中通过搅拌液体发酵产生补充剂。假设可以扩大到工业生产的新工艺非常重要，因为荷兰大学和加州大学洛杉矶分校医学院最近进行的研究显示，与大剂量维生素K相关的基本健康益处 - 尤其是甲基萘醌 - 7形式，称为MK-7。这些好处包括降低心血管疾病和中风的风险，骨质疏松症，甚至与癌症作斗争。

Biofilm反应器有望降低维生素K的生产成本

富含维生素K的食物 - 如羽衣甘蓝，红肉和蛋黄 - 不能提供足够的维生素来实现高剂量治疗，这需要补充剂。然而，MK-7在工业水平上的生产是昂贵且有限的，因为到目前为止产生维生素所需的细菌发酵依赖于“静态”发酵策略，其不足以提高维生素的产量。

宾夕法尼亚州立大学食品科学博士后研究员Ehsan Mahdinia解释说，目前的生产系统 - 仅在表面上掺入固体，大豆基培养基微生物的浅盘，不会支持对维生素K的预期增加的需求。

“ 然而，使用生物膜反应器似乎是一种实用的替代品，”Mahdinia说。“生物膜反应器为微生物提供了一个受控的环境，使其能够形成成熟而坚固的生物膜，使其能够以更高的效率生产增值产品，如维生素K.”

生物膜反应器生产维生素K的能力的一部分是特别设计的内部塑料复合支持物，微生物粘附在其上并在其上形成交织的菌落 - 称为生物膜 - 可以抵抗刺激微生物分泌更多维生素K所需的通气和搅动。

“支撑物由半塑料和半大豆壳组成，其他营养素混合在一起，在高温下挤压在一起，”Mahdinia说。“复合材料的多孔性足以使微生物定殖并保持在其上。与此同时，当它们在液体中时，支撑物不会分裂。”

这项研究在具有改进的生产MK-7 的发酵过程，在比较创造维生素K.研究者评估芽孢杆菌属物种，例如微生物的菌株的性能枯草芽孢杆菌纳豆，地衣芽孢杆菌和芽孢杆菌Bacillus amyloliquifaciens的。

据Mahdinia称，Bacillus subtilis natto被确定为未来宾夕法尼亚州生物膜反应堆研究中最有效的微生物。

他指出，它是一种产生发酵大豆食品的细菌，如日本传统的粘性纳豆。

“纳豆是由微生物部分消化大豆产生的粘性物质，与所有发酵食品一样，它非常有营养，”他说。“它基本上是腐烂的大豆。我被告知它味道不好，但我必须承认，我从来没有勇气尝过它。”

最后，研究人员在12天的发酵过程中试验了液体培养基，悬浮和喂养微生物。培养基开始作为添加0.8%酵母提取物的大豆肉汤。在该研究中，他们测试了在生物膜反应器中向基础培养基中添加葡萄糖和甘油。

Mahdinia指出，添加碳源在批量发酵中似乎至关重要。

“我们的研究结果表明'补料分批'策略可以在基于葡萄糖的培养基中显着有效，使生物膜反应器成为静态发酵策略的有希望的替代品。在相同的操作和培养条件下，悬浮细胞生物反应器(没有生物膜存在) )不能达到高于每升8.7毫克的MK-7浓度，而在生物膜反应器浓度高于每升28.7毫克 - 增加2.3倍。

宾夕法尼亚州农业和生物工程教授，农业科学学院的研究小组Ali Demirci对这项新技术抱有很高的期望。他计划扩大2升实验室生物膜反应器的规模，并引进可能200升的中试规模发酵罐。

“我们相信这些中试规模的生物膜反应器可以产生大量的维生素K，以与现在的工业竞争，”他说。“那么我们希望我们可以将其转化为专利，并向业界表示，'你可以轻松地将这些液体发酵罐扩大到数千升，类似于现在用于生物乙醇生产的那些。' 每个发酵罐可以达到850,000加仑的体积，并产生更多的维生素 K.“

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