賓夕法尼亞州研究人員在一項創(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發(fā)酵過程，通過在生物膜反應器中通過攪拌液體發(fā)酵產(chǎn)生補充劑。假設可以擴大到工業(yè)生產(chǎn)的新工藝非常重要，因為荷蘭大學和加州大學洛杉磯分校醫(yī)學院最近進行的研究顯示，與大劑量維生素K相關的基本健康益處 - 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的風險，骨質(zhì)疏松癥，甚至與癌癥作斗爭。

富含維生素K的食物 - 如羽衣甘藍，紅肉和蛋黃 - 不能提供足夠的維生素來實現(xiàn)高劑量治療，這需要補充劑。然而，MK-7在工業(yè)水平上的生產(chǎn)是昂貴且有限的，因為到目前為止產(chǎn)生維生素所需的細菌發(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食品科學博士后研究員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，不會支持對維生素K的預期增加的需求。

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

生物膜反應器生產(chǎn)維生素K的能力的一部分是特別設計的內(nèi)部塑料復合支持物，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。

“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，當它們在液體中時，支撐物不會分裂。”

這項研究在具有改進的生產(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，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，他們測試了在生物膜反應器中向基礎培養(yǎng)基中添加葡萄糖和甘油。

Mahdinia指出，添加碳源在批量發(fā)酵中似乎至關重要。

“我們的研究結(jié)果表明'補料分批'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，懸浮細胞生物反應器(沒有生物膜存在) )不能達到高于每升8.7毫克的MK-7濃度，而在生物膜反應器濃度高于每升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)科學學院的研究小組Ali Demirci對這項新技術抱有很高的期望。他計劃擴大2升實驗室生物膜反應器的規(guī)模，并引進可能200升的中試規(guī)模發(fā)酵罐。

“我們相信這些中試規(guī)模的生物膜反應器可以產(chǎn)生大量的維生素K，以與現(xiàn)在的工業(yè)競爭，”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。' 每個發(fā)酵罐可以達到850,000加侖的體積，并產(chǎn)生更多的維生素 K.“