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氮源合理搭配 实现持续增效
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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、2014年连续举办了三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。 研讨会的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www.huankai.com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。 |
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