功能性红曲的新型固态发酵技术

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作者：李浩然 文章来源：科学时报
红曲的故乡在中国，在浩瀚的中国历史书籍中，我们祖先大量记录了红曲在中药、酿酒、发酵食品、食用色素等方面的广泛应用。红曲是一个具有药用和食用双重价值的典型代表，在中药配方中红曲应用非常广泛，研究表明红曲中含有大量降血压物质、降胆固醇活性物质等药理活性物质。
       在胆固醇合成途径中，已经查明经甲基戊二酰辅酶A(HMG—CoA)还原酶是控制合成速度的关键酶。因此抑制这个酶的活性，就能有效地减少或阻断体内胆固醇的合成，而达到防治高血脂病的目的。1979年进藤等报道从红色红曲霉M．ruber的发酵液中分离出一个强有力的HMG—CoA还原酶抑制剂，称为Monacolin
      K。1985年进藤等又从红色红曲霉中分离出与Monacolin
      K结构相似的其它活性成分，分别命名为：monacolinL．X．J、dihydromevinolin和Dihydromonac01inLo。向动物血液中注入少量的MonacolinK，不仅可以降低胆固醇，而且对重症高胆固醇血症患者也极为有效。特别是对导致动脉硬化最严重的低密度脂肪胆固醇有优先降低的作用，这是这种活性物质药理的一大特点。
     固态发酵多用于食品的生产，已经有几百年的历史，指微生物在潮湿固体基质上生长的技术。近年来，人们开始对固态发酵生产生物活性物质的能力感兴趣。与液态发酵相比，固态发酵产量高、成本低。然而由于固态发酵设备设计水平低，其工业应用仍受到限制。
     固态发酵设备可以分为静态和动态两大类。在静态体系中，整个发酵过程中固态基质保持不动，典型静态体系包括箱、盘、碟、固定床、烘箱等；动态体系则在发酵过程中有物料混合过程存在，典型混合方式为转鼓式。
     不论是静态还是动态固态发酵，发酵过程中的有效热交换都是一个主要问题。多数固态发酵体系用通气法进行热交换，这种方式易使固体基质的水分蒸发，导致物料干燥。另一种避免过热的方法是物料混合，然而发酵过程中的物料混合会导致细胞破坏。这些问题在大规模工业生产中显得尤为突出。现有的大规模固态发酵反应器的另一个缺点是操作劳动强度大。理想的固态发酵设备应该能够实现发酵过程中生长环境的精确控制，以便整个发酵过程可以在特定条件下进行。至今，固态发酵仍需繁琐的多步操作，在开放式环境中进行发酵，不能实现生长条件精确控制，使产品产量、质量下降。因此需要设计一种集成的反应器，可以将固态发酵的所有操作集中在单一设备中，以密闭可控的形式在反应器中完成，实现反应器中化学物质、营养物质无污染均匀添加。
     中科院过程所与江山三禾生物工程公司合作，在继承和发扬中医药优势和特色的基础上，充分利用现代科学技术的方法和手段，借鉴国际通行的医药标准规范，研究开发能够正式进入国际医药市场的红曲产品，提高我国红曲产品的现代科技含量和市场竞争能力，成为中药现代化的典型和新的经济增长点。借鉴传统的红曲食品，注入现代的勃勃生机，无疑是给予传统红曲食品的振兴插上了双翼。
       研究成功的大规模固态发酵反应器容积可调，结构模块化、标准化，操作自动化，反应器内环境精确均匀控制，集微生物发酵的所有操作于一身，包括灭菌、接种、培养、产物分离以及分离后处理，可获得高产量、高质量，符合国际标准的红曲产品。本设备有很多优势：如发酵过程易控制，发酵过程中化学营养物质添加及代谢产物提取方便。反应器密闭操作，最大限度防止染菌，同时使环境免受反应器内生长的病原微生物的污染。并提供灭菌、接种、控制发酵温度、湿度的能力。利用该设备将全面提升发酵工业的现状，使原本液态发酵的产品尤其是高附加值产品的大规模现代化生产成为可能.