福建中烟:自主研发生物酶制剂实现产业化应用

  近日,建中烟工业有限责任公司自主研发的FX-1固态生物酶制剂实现产业化应用,相关产品正式投产。

  近年来,在“大品牌、大市场、大企业”战略引领下,卷烟工业企业对优质烟叶原料需求不断增加,原料供需结构性矛盾日益凸显。

  利用生物酶处理卷烟原料,是提高原料品质的一个新途径。建中烟副总经理林荣欣表示,原料保障对企业高质量发展有着重要作用,原料领域相关技术研究潜力巨大、大有可为,要集中优势资源推动相关技术研究的开展,加快成果转化,打通原料技术应用的“最后一公里”。

  2010年,建中烟启动烟草生物技术研究;2019年,建中烟建立“基于提升卷烟原料使用价值的生物技术应用研究”重大专项项目组,与高校及科研院所合作,借力发力,以此打开研究局面。

反复验证 不弃不馁

  项目组广撒网,搜罗了全国多地不同特性的烟叶原料,从中分离纯化出1000余株可培养微生物,以找到理想的酶原料。

  “为了筛选到能降解纤维素和淀粉等大分子物质的微生物菌株,大伙儿扎进实验室里,与仪器做伴、与数据为伍。”项目组成员、建中烟技术中心原料研究部副主任陈义强说。

  经过多年努力,项目组筛选出50余株烟草大分子降解微生物,从中优选出一系列能够提升烟叶醇化效率和品质的功能性菌株,按功能分类对菌株进行鉴定和保藏,初步形成了一个专属的微生物资源库。筛选出合适微生物,才能从中分离出有效的生物酶。

  不同微生物有不同脾性、不同生长周期。

  因此,项目组成员常常泡在实验室,两人一组,几天几夜不间断地取样,只为画出微生物生命曲线,找到其生命活力最旺盛的时期。

  项目组在不同原料上反复验证,最终精选出一株能显著提高卷烟原料品质的功能菌株,通过发酵时间、温度、培养基组分等研究,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。

  “液态酶制剂生性敏感,对贮存环境、运输条件、使用方法都极为挑剔,而固态酶制剂则相对稳定高效,易贮存、易运输,要想在卷烟生产各个环节应用生物酶制剂,转变其物理形态势在必行。”项目组成员、建中烟技术中心原料研究部员工龙腾说。

  在实验室及中试条件下,项目组边试验边摸索边总结,取得了从无到有的新突破。通过对目标菌株进行遗传背景分析、发酵条件优化、酶学特性分析、酶分离纯化及制备等系统研究,项目组终于成功研制出建中烟第一款具有完全自主知识产权的固态酶制剂——FX-1。

  还来不及细品阶段性成功的喜悦,下一道难题亟待解决——固态酶制剂如何实现规模化生产?中试生产试验是绕不开的环节。

  2020年年初,项目组正紧锣密鼓开展FX-1固态酶制剂中试生产试验,疫情的突袭导致合作单位人手不足。“研究进度不等人,我们项目组成员立马赴合作单位顶上,既当技术员又当操作工。”龙腾说。经过数月鏖战,项目组终于攻克了固态酶制剂中试生产难题。2020年10月,第一批次FX-1固态酶制剂工业化生产试验正式开始。

  在工业化生产试验中,项目组成员不断调整参数,但得到的全是奇形怪状的酶块,且得率低,改善效果始终不达标,大家脸上布满愁容。

  “别灰心,先前攻克了一道道难关,靠的就是大家顽强的韧劲和不服输的冲劲,这次也一样,大家鼓起干劲、继续攀登!”陈义强为大家鼓劲。

  成员们快速调整情绪,一边翻查资料,一边与专家进行头脑风暴,集中火力解决固态酶脱水成粉又不失活的问题。采取工艺优化和设备改造双管齐下的方式,经过无数轮发酵工艺、喷雾干燥、膜过滤精制工艺优化试验,2021年元旦前夕,他们终于实现了FX-1固态酶制剂的工业化生产,这使项目组人员信心大增。

顺利投产 转化成果

  然而,光靠实验室的突破不足以支撑产品创新,还必须将科研成果与现实应用环境及卷烟产品相结合,让创新发挥倍增效应。

  成员们随即开展FX-1固态酶制剂在卷烟原料上的应用研究。“直接作用于烟丝,综合效益的确最大,但是高风险与之并存。”项目组成员马鹏飞介绍,“再造烟叶则不同,其生产线工艺匹配度及原料特性,决定了用现有生产设备即可实现固态生物酶制剂的添加,实现技术与生产有效结合。”

  说干就干,项目组将实验室搬到金闽公司。面对新问题,生物酶制剂的添加量应设定为多少没有可参考的数值,需要项目组从实践中获得。

  既然生物酶制剂有助于提高烟叶品质,理应越多越好。他们逐步加量,结果却适得其反。“加量不行,试试减量呢?”马鹏飞提出建议。

  于是,他们将生物酶制剂添加量逐次递减。大家三天三夜蹲守在车间,每两小时取一次样,以感官品吸为主,辅以化学数据监测,以此判断生物酶制剂是否有效发挥效用。

  功夫不负有心人。今年8月,第一批添加了生物酶制剂的再造烟叶顺利投产,建中烟也迎来又一个技术创新、成果转化的重要时刻。

  生物酶制剂应用在同等质量烟叶原料中能降低成本,应用在同等成本烟叶原料中能提高其质量,可以显著提升经济效益,助推企业高质量发展,为激发品牌活力注入科技新动能。


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