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體外模擬消化系統-多用途“大腸生物反應器”
點擊次數:584 發布時間:2020-11-23

    2004年,在奧克蘭大學陳曉東博士提出了“仿生化工”這一新概念,指出研究生物體內的食品“加工”與食品生產同樣重要。2006年提出了“準真實體外模擬消化與吸收系統”的概念。使用適當的高分子材料、通過機械電子工程實現器官的運動模擬。2010-2013年,在廈門大學,與 Monash 大學合作,陳指導了鄧人攀博士開展了類似腸道的柔性管式反應器的研究與開發。為建立現實的腸道反應器奠定了基礎。2017年,陳博士提出了構建準真實大腸系統的理念與開發的實際意義。2018年,宜健公司研發團隊正式成批生產仿生人消化系統(第IV代)。同時,在Saartje博士與Christina博士的主持下,開發了這款仿生結腸生物反應器。

        

宜健研發的“大腸反應器”

   反應器包括仿生結腸、動力系統和測控系統,其中仿生結腸包括上半部分剛性結腸和下半部分柔性結腸。動力系統包括帶輪連接運動和偏心輪機構擠壓運動。測控系統包括溫度測控組件、混合時間測量組件、pH和溶氧測量組件、排水/進氣控制組件。

    這個仿生結腸反應器概念不僅僅是用來模擬人消化過程中的大腸發酵過程。該概念可以放大、用于實際發酵生產過程。當前用于固體發酵的生物反應器(攪拌、轉鼓、流化、半連續攪拌)很難促進顆粒的分散。穩定性、生產效率以及傳質傳熱也都存在難以解決的問題。尤其是很難避免供氧受限,新型仿生結腸生物反應器能有效地改善這個問題。它是一種利用罐壁蠕動實現混合的新型反應裝置,這種類型的混合系統與傳統生物反應器中的攪拌非常不同。在外力的作用下形成一種類似于結腸內發生的向心性肌肉收縮式樣的運動。在實驗室和工業上都表現出一定的優點。

    獨特的仿生蠕動式混合調節,有助于防止反應底物的過度團聚、壓降過高(可以完全避免)以及在床層內出現裂縫和溝壑;避免隨著反應的進行,床層內水活度過低而抑制生長;對于產酶的微生物發酵,容易形成更低的還原糖和更高的可溶性蛋白、酶活水平,尤其是對于含有少量水層(濕度約70%)的固態樣品;同時能節省清洗和滅菌相關的時間和費用,并且適用于一些特殊反應基質(比如高粘度和腐蝕傳統不銹鋼反應器的基質)。

    

上圖為經“大腸反應器”發酵后的大豆

   反應器的優勢還包括較高的生物/化學反應產物、更高的生產率、較短的時間、更低的成本、生產增值產品等??梢詫崿F對食品殘渣和農業產業的生物轉化和生物改良,以提高營養質量。將用于農工業產品和副產品(谷物、膳食、谷殼等)的酶、酸、多糖/寡糖、肽等的生產,使用單一/混合培養、酶解等方案。

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