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體外模擬消化系統(tǒng)-多用途“大腸生物反應器”
閱讀：3371 發(fā)布時間：2020-11-232004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(chǎn)同樣重要。2006年提出了“準真實體外模擬消化與吸收系統(tǒng)”的概念。使用適當?shù)母叻肿硬牧稀⑼ㄟ^機械電子工程實現(xiàn)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(fā)。為建立現(xiàn)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(tǒng)的理念與開發(fā)的實際意義。2018年，宜健公司研發(fā)團隊正式成批生產(chǎn)仿生人消化系統(tǒng)（第IV代）。同時，在Saartje博士與Christina博士的主持下，開發(fā)了這款仿生結腸生物反應器。
宜健研發(fā)的“大腸反應器”
反應器包括仿生結腸、動力系統(tǒng)和測控系統(tǒng)，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(tǒng)包括帶輪連接運動和偏心輪機構擠壓運動。測控系統(tǒng)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(fā)酵過程。該概念可以放大、用于實際發(fā)酵生產(chǎn)過程。當前用于固體發(fā)酵的生物反應器（攪拌、轉鼓、流化、半連續(xù)攪拌）很難促進顆粒的分散。穩(wěn)定性、生產(chǎn)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(xiàn)混合的新型反應裝置，這種類型的混合系統(tǒng)與傳統(tǒng)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(fā)生的向心性肌肉收縮式樣的運動。在實驗室和工業(yè)上都表現(xiàn)出一定的優(yōu)點。
*的仿生蠕動式混合調節(jié)，有助于防止反應底物的過度團聚、壓降過高（可以*避免）以及在床層內出現(xiàn)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(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；同時能節(jié)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(tǒng)不銹鋼反應器的基質）。
上圖為經(jīng)“大腸反應器”發(fā)酵后的大豆
反應器的優(yōu)勢還包括較高的生物/化學反應產(chǎn)物、更高的生產(chǎn)率、較短的時間、更低的成本、生產(chǎn)增值產(chǎn)品等。可以實現(xiàn)對食品殘渣和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的生物轉化和生物改良，以提高營養(yǎng)質量。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。