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體外模擬消化系統(tǒng)-多用途“大腸生物反應(yīng)器”
閱讀：3277 發(fā)布時(shí)間：2020-11-232004年，在奧克蘭大學(xué)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(nèi)的食品“加工”與食品生產(chǎn)同樣重要。2006年提出了“準(zhǔn)真實(shí)體外模擬消化與吸收系統(tǒng)”的概念。使用適當(dāng)?shù)母叻肿硬牧稀⑼ㄟ^機(jī)械電子工程實(shí)現(xiàn)器官的運(yùn)動(dòng)模擬。2010-2013年，在廈門大學(xué)，與 Monash 大學(xué)合作，陳指導(dǎo)了鄧人攀博士開展了類似腸道的柔性管式反應(yīng)器的研究與開發(fā)。為建立現(xiàn)實(shí)的腸道反應(yīng)器奠定了基礎(chǔ)。2017年，陳博士提出了構(gòu)建準(zhǔn)真實(shí)大腸系統(tǒng)的理念與開發(fā)的實(shí)際意義。2018年，宜健公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)正式成批生產(chǎn)仿生人消化系統(tǒng)（第IV代）。同時(shí)，在Saartje博士與Christina博士的主持下，開發(fā)了這款仿生結(jié)腸生物反應(yīng)器。
宜健研發(fā)的“大腸反應(yīng)器”
反應(yīng)器包括仿生結(jié)腸、動(dòng)力系統(tǒng)和測控系統(tǒng)，其中仿生結(jié)腸包括上半部分剛性結(jié)腸和下半部分柔性結(jié)腸。動(dòng)力系統(tǒng)包括帶輪連接運(yùn)動(dòng)和偏心輪機(jī)構(gòu)擠壓運(yùn)動(dòng)。測控系統(tǒng)包括溫度測控組件、混合時(shí)間測量組件、pH和溶氧測量組件、排水/進(jìn)氣控制組件。
這個(gè)仿生結(jié)腸反應(yīng)器概念不僅僅是用來模擬人消化過程中的大腸發(fā)酵過程。該概念可以放大、用于實(shí)際發(fā)酵生產(chǎn)過程。當(dāng)前用于固體發(fā)酵的生物反應(yīng)器（攪拌、轉(zhuǎn)鼓、流化、半連續(xù)攪拌）很難促進(jìn)顆粒的分散。穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率以及傳質(zhì)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(jié)腸生物反應(yīng)器能有效地改善這個(gè)問題。它是一種利用罐壁蠕動(dòng)實(shí)現(xiàn)混合的新型反應(yīng)裝置，這種類型的混合系統(tǒng)與傳統(tǒng)生物反應(yīng)器中的攪拌非常不同。在外力的作用下形成一種類似于結(jié)腸內(nèi)發(fā)生的向心性肌肉收縮式樣的運(yùn)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)上都表現(xiàn)出一定的優(yōu)點(diǎn)。
*的仿生蠕動(dòng)式混合調(diào)節(jié)，有助于防止反應(yīng)底物的過度團(tuán)聚、壓降過高（可以*避免）以及在床層內(nèi)出現(xiàn)裂縫和溝壑；避免隨著反應(yīng)的進(jìn)行，床層內(nèi)水活度過低而抑制生長；對于產(chǎn)酶的微生物發(fā)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(tài)樣品；同時(shí)能節(jié)省清洗和滅菌相關(guān)的時(shí)間和費(fèi)用，并且適用于一些特殊反應(yīng)基質(zhì)（比如高粘度和腐蝕傳統(tǒng)不銹鋼反應(yīng)器的基質(zhì)）。
上圖為經(jīng)“大腸反應(yīng)器”發(fā)酵后的大豆
反應(yīng)器的優(yōu)勢還包括較高的生物/化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物、更高的生產(chǎn)率、較短的時(shí)間、更低的成本、生產(chǎn)增值產(chǎn)品等?？梢詫?shí)現(xiàn)對食品殘?jiān)娃r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的生物轉(zhuǎn)化和生物改良，以提高營養(yǎng)質(zhì)量。將用于農(nóng)工業(yè)產(chǎn)品和副產(chǎn)品(谷物、膳食、谷殼等)的酶、酸、多糖/寡糖、肽等的生產(chǎn)，使用單一/混合培養(yǎng)、酶解等方案。