生物产业--氮源宜合理搭配实现持续增效

生物产业-氮源宜合理搭配实现持续增效

2014年4月，由中国生物发酵产业协会主办的第三届新型有机氮源应用及发展趋势研讨会，将在湖北宜昌举行，本次会议主题是：氮源合理搭配、实现持续增效。

安琪酵母生物技术总工程师李啸博士认为：这一主题契合生物产业的热点，是业界普遍关心的话题，会议安排的各项研讨内容，针对性很强，有利于加强行业交流、提升认识，最终形成对生物产业的推动作用。

据悉，全球生物产业的销售额约每5 年翻一番，增长率高达25%-30%，是世界经济增长率的10 倍左右。自2000 年以来，我国生物产业进入快速发展阶段，当前总规模已超过10000 亿元。2012 年全球金融风暴后，生物产业的竞争与市场变化加剧，如何提高生物产业的生产效率，继续保持生物产业高速发展的势头始终是产业内最关心的议题。

发酵产业2012年的产值接近2700亿，是生物产业的重要组成部分。受制于宏观经济形势和生产要素成本不断增长，从2012 年开始，生物发酵产业结束了10 多年的高速发展期。2012 年发酵行业产品产量增长8%，增幅出现较大的回落。因此，发酵行业面临转型升级，寻求推动行业发展的途径。

有机氮源在发酵工业中广泛使用，对发酵生产来说，起到举足轻重的作用。基于此，中国生物发酵产业协会在2012 年、2013 年连续举办了两届新型有机氮源应用与发展趋势研讨会，结合《生物产业发展规划》，探讨了生物产业发展规划对新型有机氮源的发展要求，介绍了新型有机氮源在相关行业的应用情况。有机氮源本身多元，并且复杂，影响着发酵生产的各个环节，是发酵企业持续关注的焦点。因此，两届研讨会均得到了参会代表的广泛认同。

今年的研讨会重要议题之一是氮源合理搭配和实现持续增效。有机氮源是发酵的一个关键控制点，目前工业上常用的有机氮源有酵母源类、植物源类和动物源类有机氮源。每类氮源根据需求，又衍生出多种氮源。种类虽多样，但主要成分都为蛋白类的物质，包括比例不定的各类氨基酸、短肽、多肽及蛋白质。除此之外，还有核酸类物质、各类生长因子、盐类、糖类等等。

有机氮源搭配研究的重要性

不同的有机氮源能提供的敏感性营养因子都有所区别，比如氨基酸成分、核苷酸、维生素、微量元素等等。同时有机氮源有相对的速效迟效之分，比如酵母浸出物相对酵母粉，豆粕水解液相对于豆粕，酵母浸出物、玉米浆、豆粕水解液相对于蛋白胨、棉籽粉、花生饼粉等等，通过改变速效和迟效氮源的搭配比例，控制好培养基整体的分子量分布，可以起到调节微生物的生长速度的作用，并和敏感性营养因子一起对目标产物的代谢进行干预。因此，从营养互补以及发酵调控角度出发，加强对有机氮源搭配使用的研究对提高生物发酵效率十分重要。

有机氮源搭配使用需要考虑的几个方面

我们常常需要多种有机氮源搭配使用，通过不同有机氮源的多元化营养搭配，满足微生物各个生长阶段对关键性营养因子的需求，获得最佳生长曲线，再充分考虑后提取、环保、安全认证等方面的因素，以获得最佳的生产效益。通常认为，有机氮源的搭配使用要考虑以下六个方面

一、营养搭配

每类生产菌种的生长代谢，往往对某些营养有所偏好。而不同有机氮源中，关键性的营养含量也不一样，有高有低。所以，有时需要多种有机氮源搭配使用，通过有机氮源的多元化营养搭配，满足微生物对某些关键性营养因子的需求。微生物对不同营养因子的敏感性又是不同的，需要通过定量检测结合实验与生产确定比例，实现合理的营养搭配。

二、高低搭配

有机氮源虽然含有能被微生物直接高效利用的丰富营养物质；但即使是同类型的有机氮源，一些关键性的营养物质含量也存在不可避免的波动。因此，有机氮源在实现高效的同时也对发酵生产的稳定性带来了挑战。

高质量的有机氮源的优势是量化、液化、标准化，敏感营养因子的含量一致性高，较好的满足了生物发酵生产稳定性的需求；同时微生物营养成分更为精细和丰富，微生物能快速增殖并实现较高的生物量水平；与波动性较大的廉价有机氮源搭配使用时，提高整个发酵过程的稳定。

三、快慢搭配

微生物代谢的快慢，会影响菌体代谢途径的变化，从而对目标产物的积累产生影响。对有机氮源来说，有相对的速效迟效之分。通过改变速效和迟效氮源的搭配比例，调节菌体的生长速度，从而对目标产物的代谢进行干预。

四、系统性搭配

生物制品的生产是一个体系，包括发酵、提取、环保等多个单元。各个环节紧密联系，丝丝相扣。发酵阶段作为生产的上游，会深刻的影响后续的生产操作。有机氮源可能会影响发酵液的色泽、菌体破碎的难易程度、发酵废液的COD水平等方方面面，从而对发酵下游操作造成影响。因此，有机氮源的搭配需结合下游生产的要求，系统性的选择。

五、阶段性搭配

发酵的生产是分阶段实施的，通常包括多级种子放大和发酵阶段。种子阶段通常要求菌体密度和菌体活性，形成生长优势；发酵阶段要求获得最大化最优质的目标产物，两者目标不同，从而有机氮源的要求不同。通常种子阶段选择偏速效的有机氮源，而发酵阶段需根据目标产物的代谢特点，进行选择。另需要特别说明的是，种子的分阶段放大，每一级种子放大的量，持续的时间不同，从而有机氮源的选择可能有所不同。因此，需要结合阶段性目标，选择有机氮源。

六、安全性选择

随着消费者对食品药品安全性认识日益提高，各项相关法规随之不断完善，市场本身也对发酵原料的安全性提出了更多更严密的要求，并以各类质量认证措施予以保障。因此在有机氮源的选择上要对转基因、潜在疫病风险、过敏原、风俗禁忌、加工生产助剂多方面予以考察，以符合法规与认证体系的需要。

从微生物营养需求出发合理搭配有机氮源、实现持续增效

传统的微生物培养基设计更多的依靠经验与正交实验，难以解决有机氮源的质量波动对生产稳定产生影响的问题；但在现代精密检测手段和完备实验设备的支持下，发酵培养基设计可以建立在对有机氮源的全面检测分析的基础上，通过对有机氮源氨基酸、蛋白质分子量分布、核苷酸、维生素、微量元素等诸多成分的精确定量检测，从微生物的营养需求角度出发，不断修正初始培养基，更为合理的实现有机氮源的搭配使用；完善的检测手段也有利于在生产过程中实时做出相应的准确调整，持续进行发酵培养基的改良，实现发酵生产的持续增效。