賓夕法尼亞州研究人員在一項(xiàng)創(chuàng)新研究中承諾降低最有效形式的維生素K-甲萘醌-7的生產(chǎn)成本，開發(fā)出一種新方法來增強(qiáng)發(fā)酵過程，通過在生物膜反應(yīng)器中通過攪拌液體發(fā)酵產(chǎn)生補(bǔ)充劑。假設(shè)可以擴(kuò)大到工業(yè)生產(chǎn)的新工藝非常重要，因?yàn)楹商m大學(xué)和加州大學(xué)洛杉磯分校醫(yī)學(xué)院最近進(jìn)行的研究顯示，與大劑量維生素K相關(guān)的基本健康益處 - 尤其是甲基萘醌 - 7形式，稱為MK-7。這些好處包括降低心血管疾病和中風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)，骨質(zhì)疏松癥，甚至與癌癥作斗爭(zhēng)。

富含維生素K的食物 - 如羽衣甘藍(lán)，紅肉和蛋黃 - 不能提供足夠的維生素來實(shí)現(xiàn)高劑量治療，這需要補(bǔ)充劑。然而，MK-7在工業(yè)水平上的生產(chǎn)是昂貴且有限的，因?yàn)榈侥壳盀橹巩a(chǎn)生維生素所需的細(xì)菌發(fā)酵依賴于“靜態(tài)”發(fā)酵策略，其不足以提高維生素的產(chǎn)量。

賓夕法尼亞州立大學(xué)食品科學(xué)博士后研究員Ehsan Mahdinia解釋說，目前的生產(chǎn)系統(tǒng) - 僅在表面上摻入固體，大豆基培養(yǎng)基微生物的淺盤，不會(huì)支持對(duì)維生素K的預(yù)期增加的需求。

“ 然而，使用生物膜反應(yīng)器似乎是一種實(shí)用的替代品，”Mahdinia說。“生物膜反應(yīng)器為微生物提供了一個(gè)受控的環(huán)境，使其能夠形成成熟而堅(jiān)固的生物膜，使其能夠以更高的效率生產(chǎn)增值產(chǎn)品，如維生素K.”

生物膜反應(yīng)器生產(chǎn)維生素K的能力的一部分是特別設(shè)計(jì)的內(nèi)部塑料復(fù)合支持物，微生物粘附在其上并在其上形成交織的菌落 - 稱為生物膜 - 可以抵抗刺激微生物分泌更多維生素K所需的通氣和攪動(dòng)。

“支撐物由半塑料和半大豆殼組成，其他營養(yǎng)素混合在一起，在高溫下擠壓在一起，”Mahdinia說。“復(fù)合材料的多孔性足以使微生物定殖并保持在其上。與此同時(shí)，當(dāng)它們?cè)谝后w中時(shí)，支撐物不會(huì)分裂。”

這項(xiàng)研究在具有改進(jìn)的生產(chǎn)MK-7 的發(fā)酵過程，在比較創(chuàng)造維生素K.研究者評(píng)估芽孢桿菌屬物種，例如微生物的菌株的性能枯草芽孢桿菌納豆，地衣芽孢桿菌和芽孢桿菌Bacillus amyloliquifaciens的。

據(jù)Mahdinia稱，Bacillus subtilis natto被確定為未來賓夕法尼亞州生物膜反應(yīng)堆研究中最有效的微生物。

他指出，它是一種產(chǎn)生發(fā)酵大豆食品的細(xì)菌，如日本傳統(tǒng)的粘性納豆。

“納豆是由微生物部分消化大豆產(chǎn)生的粘性物質(zhì)，與所有發(fā)酵食品一樣，它非常有營養(yǎng)，”他說。“它基本上是腐爛的大豆。我被告知它味道不好，但我必須承認(rèn)，我從來沒有勇氣嘗過它。”

最后，研究人員在12天的發(fā)酵過程中試驗(yàn)了液體培養(yǎng)基，懸浮和喂養(yǎng)微生物。培養(yǎng)基開始作為添加0.8%酵母提取物的大豆肉湯。在該研究中，他們測(cè)試了在生物膜反應(yīng)器中向基礎(chǔ)培養(yǎng)基中添加葡萄糖和甘油。

Mahdinia指出，添加碳源在批量發(fā)酵中似乎至關(guān)重要。

“我們的研究結(jié)果表明'補(bǔ)料分批'策略可以在基于葡萄糖的培養(yǎng)基中顯著有效，使生物膜反應(yīng)器成為靜態(tài)發(fā)酵策略的有希望的替代品。在相同的操作和培養(yǎng)條件下，懸浮細(xì)胞生物反應(yīng)器(沒有生物膜存在) )不能達(dá)到高于每升8.7毫克的MK-7濃度，而在生物膜反應(yīng)器濃度高于每升28.7毫克 - 增加2.3倍。

賓夕法尼亞州農(nóng)業(yè)和生物工程教授，農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院的研究小組Ali Demirci對(duì)這項(xiàng)新技術(shù)抱有很高的期望。他計(jì)劃擴(kuò)大2升實(shí)驗(yàn)室生物膜反應(yīng)器的規(guī)模，并引進(jìn)可能200升的中試規(guī)模發(fā)酵罐。

“我們相信這些中試規(guī)模的生物膜反應(yīng)器可以產(chǎn)生大量的維生素K，以與現(xiàn)在的工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，”他說。“那么我們希望我們可以將其轉(zhuǎn)化為專利，并向業(yè)界表示，'你可以輕松地將這些液體發(fā)酵罐擴(kuò)大到數(shù)千升，類似于現(xiàn)在用于生物乙醇生產(chǎn)的那些。' 每個(gè)發(fā)酵罐可以達(dá)到850,000加侖的體積，并產(chǎn)生更多的維生素 K.“