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福建中烟推进烟用生物酶制剂转化应用

2023年02月28日 来源:东方烟草报 作者:周芬、龙腾
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走进福建中烟工业有限责任公司技术中心中试试验室,繁复的管道布局和自动化精密设备映入眼帘,技术人员正有条不紊地进行着生物酶制剂中试生产试验。

这个试验室就是福建中烟历时近两年建设的烟用生物酶制剂试验(研发)线,该项目于去年年底顺利通过验收。

这标志着,福建中烟已具备完全自主开展生物酶制剂研发中试及自研高附加值酶制剂产品的生产转化能力,有效填补了企业完全自有知识产权生物酶制剂从实验室研发到工业化生产转化所必需的关键技术和关键设备空白。

全力攻关 勇攀高峰

近年来,随着卷烟产品结构不断优化,原料供需结构性矛盾日益凸显,现代生物技术的发展为解决这一问题提供了新思路,利用微生物及生物酶技术成为破解困局的有效途径。

利用生物酶处理卷烟原料,是提高原料品质的一个新途径。为抢占行业生物酶技术制高点,早在2010年,福建中烟就启动了生物酶技术研究,开始探索生物技术在卷烟原料提质方面的作用。2019年,“基于提升卷烟原料使用价值的生物技术应用研究”重大专项组建立,融合多部门、多学科的攻关团队迅速建立并高效运行。

为了找到理想的酶原料,项目组从全国多地搜集了不同特性的烟叶原料,从中分离纯化出可培养微生物。他们探索开展了基于近红外含量预测、核磁结构解析、热解产物测试和燃烧状态表征的烟用酶制剂作用机理与动力学模拟等研究,在行业内首次形成较为系统的烟草大分子检测体系。

经过不懈努力,项目组经过筛选,获得一批可降解烟草大分子物质、提升烟叶醇化效率和品质的功能菌株,建立了烟草源大分子降解功能微生物资源库。他们开展多项研究,掌握了最佳发酵工艺条件,从目标菌株中分离制备出了液态酶制剂。

为进一步提升生物酶应用质量,在液态酶制剂研究的基础上,技术中心原料研究部着力开展固态酶制剂研究。

在实验室及中试条件下,通过对目标菌株进行系统研究,项目组终于成功研制出具有完全自主知识产权的固态酶制剂。他们丝毫不敢松懈,持续探索,逐步构建起固态酶制剂工业化生产技术及质控体系,成功研发出5类6种固态功能酶制剂产品,并利用自研酶制剂生产再造烟叶800余吨,处理原烟8.8万余担。

同时,福建中烟与多家科研院所、高校等单位合作,挂牌成立了多个联合创新中心,推动生物酶全产业链协同创新。

一项项丰硕成果,让福建中烟在生物技术创新领域上底气十足。他们不断提升生物技术优势“加速度”,持续跑好自主创新新赛道。

自主搭台 深化应用

为进一步提升生物酶提质全产业链自主掌控水平,2021年年初,福建中烟烟用生物酶制剂试验线建设项目正式立项。项目定位为“三平台”,即:中试研发平台、成果转化平台、人才培养平台,遵循“科学性、先进性、柔性”原则,在技术中心开展生物酶制剂试验线建设,主要包括5个功能模块及相关配套工艺设备。

对项目组而言,这个试验平台应该是稳定可靠且灵活机动的,不仅要满足常态化的生物酶制剂中试研究需要,还要能够实现部分小批量、高附加值酶制剂产品的自主生产。

目标既定,行动必随。早在项目开始前,技术中心就与相关单位从技术成熟度、场地条件、环境要求等多个方面对项目的可行性进行了充分评估与论证,并与相关设备制造企业开展了多轮现场交流及实地调研。立项之后,项目组开始着手工艺设计、环境设计、工艺设备个性化定制设计,以及施工建设方案和试运行试验方案制订等研究。

“从生产指标、工艺路径设计到设备选型组合、设备安装调试,真可谓关关难过!”项目组成员、技术中心原料研究部员工龙腾感慨地说,光是设备选型设计环节,近百页的技术参数一遍遍校对、一个个过。

对技术人员而言,最难的还是与设备打交道。

众多的阀门、泵的类型和用途怎么区分?电路走线、管道布局如何优化?小到排料管的走向、零部件的衔接,大到整个控制系统PID设计,项目组成员从零开始学,一一吃透。设备进场后,他们“盯紧”现场,及时纠偏,边施工边调试边优化。

经过一百多天的匠心锻造,生物酶制剂试验线雏形已现。接下来的试运行阶段,项目组连续开展多个批次酶制剂中试生产试验,并对酶制剂产品进行质量评价,验证整线设备及工艺是否达标,检验全系统的稳定性。

“整个中试试验过程,设备一旦开机就不能中断。从菌种活化到一级种子,每6小时取样一次,二级种子到发酵生产,每3小时取样一次,全程至少需要5天不间断跟踪。”龙腾直言,这和以往酶制剂产品委外中试不同,现在从试验设计到具体操作,甚至是设备清洗都得自主开展。由于需要实时掌握发酵过程参数变化情况,并及时应对,项目组工艺技术团队轮流值守,一刻也不敢放松。项目组同心协力、咬紧牙关,最终圆满完成酶制剂中试试验任务。

在福建中烟党组及技术中心党委的高度重视和全力支持下,在项目组的不懈努力下,一条以代谢流发酵系统为核心、工艺流程完整、自动化程度较高的生物酶制剂试验线建成。

“秉持迭代思维,提升创新能力,保持生物酶技术在行业中的领先优势!”福建中烟党组成员、副总经理林荣欣表示,今后项目组要充分发挥作用,高效推动生物酶技术创新成果转化,积极拓展生物酶技术应用场景,扩大应用规模,进一步提高原料质量,助力企业高质量发展。

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