剖析氮源核心要素,科學(xué)調(diào)控穩(wěn)定增效

   2015-04-01 食品伙伴網(wǎng)610
核心提示:  中國(guó)是發(fā)酵產(chǎn)業(yè)大國(guó),近年來,該產(chǎn)業(yè)總量呈穩(wěn)步增長(zhǎng)勢(shì)頭,且一些高端及新型發(fā)酵產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁。2011~2013年,我國(guó)發(fā)酵行
   中國(guó)是發(fā)酵產(chǎn)業(yè)大國(guó),近年來,該產(chǎn)業(yè)總量呈穩(wěn)步增長(zhǎng)勢(shì)頭,且一些高端及新型發(fā)酵產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁。2011~2013年,我國(guó)發(fā)酵行業(yè)主要產(chǎn)品的總產(chǎn)量保持穩(wěn)定增長(zhǎng),平均年增長(zhǎng)率為4.4%。但2013年發(fā)酵行業(yè)主要產(chǎn)品總產(chǎn)量為2429萬噸,同比增長(zhǎng)約2.7%;工業(yè)總產(chǎn)值2780億元,同比增長(zhǎng)約3.0%,總體增速放緩。事實(shí)上,"十一五"期間及"十二五"初期,我國(guó)追求粗放發(fā)展,大量消耗化石能源,2012年統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,我國(guó)單位GDP能耗大體為平均世界水平的2倍,而且能源消耗大且以煤為主,使得我國(guó)的二氧化硫、二氧化碳的排放量均居世界首位。經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的粗放增長(zhǎng)后,一些大宗發(fā)酵行業(yè)面臨產(chǎn)能過剩、生產(chǎn)效率低、耗能大、廢水綜合治理工藝及設(shè)施落后等一系列問題,迫切需要加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式、實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保及環(huán)境友好。 
  面對(duì)經(jīng)濟(jì)放緩的新常態(tài),2014年國(guó)家提出了"一帶一路"、"海上絲綢之路"等發(fā)展戰(zhàn)略,加快產(chǎn)業(yè)國(guó)際化,促進(jìn)生產(chǎn)效率提高,化解產(chǎn)能過剩。2014年12月31日,國(guó)家財(cái)政部為調(diào)整外貿(mào)結(jié)構(gòu)、帶動(dòng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品出口、促進(jìn)貿(mào)易平衡,提高了玉米深加工產(chǎn)品以及部分生物制品、生物醫(yī)藥制品的出口退稅,這對(duì)中國(guó)生物產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持良好發(fā)展勢(shì)頭、加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式、推動(dòng)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的綠色健康發(fā)展有著十分重要的扶持作用,同時(shí)也彰顯了政府部門扶持生物產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的國(guó)家意志。
 
  《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于深化體制機(jī)制改革加快實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的若干意見(2015年3月13日)》指出,面對(duì)全球新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的重大機(jī)遇和挑戰(zhàn),面對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)下的趨勢(shì)變化和特點(diǎn),面對(duì)實(shí)現(xiàn)"兩個(gè)一百年"奮斗目標(biāo)的歷史任務(wù)和要求,必須深化體制機(jī)制改革,加快實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略。《意見》明確提出"強(qiáng)化科技同經(jīng)濟(jì)對(duì)接、創(chuàng)新成果同產(chǎn)業(yè)對(duì)接、創(chuàng)新項(xiàng)目同現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力對(duì)接……"。
 
  2014年4月,中國(guó)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)在湖北宜昌成功舉辦了第三屆新型有機(jī)氮源應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)研討會(huì),會(huì)議探討了新型有機(jī)氮源與傳統(tǒng)有機(jī)氮源之間的搭配使用、提高發(fā)酵生產(chǎn)水平等問題,同時(shí)與生物發(fā)酵行業(yè)同仁分享了生物發(fā)酵領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)態(tài),起到了協(xié)助相關(guān)產(chǎn)業(yè)減耗增效、轉(zhuǎn)型升級(jí)以及加快產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)向高附加值方向的作用。這個(gè)研討會(huì)實(shí)屬創(chuàng)新之舉,不但可分享知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),還可促進(jìn)創(chuàng)新成果與產(chǎn)業(yè)充分對(duì)接。
 
  現(xiàn)在,中國(guó)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)增速放緩,進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展和創(chuàng)新發(fā)展的新常態(tài),清潔高效生產(chǎn)與廢水的綜合治理是發(fā)酵產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須面對(duì)并要有效解決的兩個(gè)最為核心的問題。而對(duì)此兩大關(guān)鍵問題有重要影響的因素就是發(fā)酵過程中有機(jī)氮源的選擇與控制,因?yàn)橛袡C(jī)氮源成分復(fù)雜,不同有機(jī)氮源的生物利用度有較大差異,有機(jī)氮源是導(dǎo)致發(fā)酵生產(chǎn)過程波動(dòng)的主要原因。鑒于此,對(duì)氮源核心營(yíng)養(yǎng)要素的剖析和對(duì)氮源在發(fā)酵過程中調(diào)控作用的創(chuàng)新研究顯得尤為重要。因此,2015年將"剖析氮源核心要素,科學(xué)調(diào)控穩(wěn)定增效"確定為研討會(huì)主題。旨在幫助相關(guān)企業(yè)和研究單位對(duì)有機(jī)氮源有更深刻的認(rèn)識(shí),并將創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。
 
  目前工業(yè)上常用的有機(jī)氮源種類可按原料來源分為酵母源、植物源和動(dòng)物源。其中酵母源有機(jī)氮源包括面包酵母、假絲酵母和啤酒酵母有機(jī)氮源。即使是以同類面包酵母菌種作為源料,也可衍生出不同類型有機(jī)氮源產(chǎn)品如酵母浸粉、酵母粉、酵母膏、酵母自溶粉等等。面對(duì)如此種類繁雜的有機(jī)氮源,其核心要素是什么?如何通過科學(xué)利用及調(diào)控,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)水平穩(wěn)定增效?這是迫切需要深入剖析的。
 
  一.核心要素深度剖析
 
  (1)營(yíng)養(yǎng)組成
 
  無機(jī)氮源成分單一,質(zhì)量較穩(wěn)定,可被微生物快速利用。與無機(jī)氮源相比,有機(jī)氮源具有的特點(diǎn): 成分復(fù)雜,營(yíng)養(yǎng); 微生物對(duì)有機(jī)氮源的選擇具有時(shí)序性; 對(duì)氨基酸的利用具有選擇性;所有類別的有機(jī)氮源,從營(yíng)養(yǎng)組成上來說,包括比例不定的蛋白質(zhì)類、核酸類、微量組分、鹽類、糖類等等,其中最核心的要素有以下幾點(diǎn):
 
  1)蛋白質(zhì)及多肽
 
  該類物質(zhì)是有機(jī)氮源中比重最大的組成,比如面包酵母浸出物,蛋白類物質(zhì)占比達(dá)60%左右,玉米漿干粉比例約40%左右。蛋白類物質(zhì)是有機(jī)氮的最大來源,是核心要素中的核心。蛋白類物質(zhì)包括比例不等的各類氨基酸和大小不等的肽類物質(zhì)。受制于來源,不同類的有機(jī)氮源,其氨基酸種類和比例千差萬別。比如說,來源動(dòng)物骨骼和皮革的明膠類蛋白胨,甘氨酸和脯氨酸占氨基酸的比例高達(dá)30%。胰蛋白胨缺乏含硫氨基酸。除了來源,有機(jī)氮源的加工工藝,也會(huì)影響氨基酸的組成。相比而言,面包酵母類有機(jī)氮源來源于微生物,各類氨基酸比例接近發(fā)酵菌體需求,并且采用柔和的酶解工藝,保證營(yíng)養(yǎng)的穩(wěn)定性。
 
  除此之外,肽類物質(zhì),對(duì)于一些長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵工藝,影響顯著。肽類物質(zhì)穩(wěn)定性相對(duì)較差,是有機(jī)氮源造成生產(chǎn)波動(dòng)的主要來源。肽類物質(zhì)的比例和組成,取決于來源和生產(chǎn)工藝。相比動(dòng)物和植物有機(jī)氮源,大規(guī)模純培養(yǎng)的面包酵母類氮源,蛋白穩(wěn)定性更高。
 
  2)核酸及堿基
 
  核酸類物質(zhì)包括各類不同長(zhǎng)短的DNA和RNA鏈,以及各種堿基、核苷和核苷酸。這類物質(zhì)可通過補(bǔ)救代謝途徑進(jìn)入代謝流,在一些發(fā)酵中起到舉足輕重的作用。由于酵母浸出物,存在自溶作用,所以游離態(tài)的核苷和核苷酸也顯著高于其他有機(jī)氮源。并且,相比其他氮源,酵母細(xì)胞在加工成氮源之前,處于活越的代謝之中,所以還存在大量核苷酸代謝中間體。其他有機(jī)氮源核苷和核苷酸,明顯偏低。
 
  3)微量元素及生長(zhǎng)因子
 
  包括各類生長(zhǎng)因子、礦質(zhì)元素等。主要和酶蛋白結(jié)合,提高酶促反應(yīng)的活性。酵母類和一些植物類有機(jī)氮源,生長(zhǎng)因子較為豐富。比如,豆粕VB2含量豐富,酵母類含有豐富的B族維生素。有些有機(jī)氮源要經(jīng)過高溫、酸解,比如豆粕水解液,會(huì)造成大量生長(zhǎng)因子損失。對(duì)于放線菌影響較大的溶磷,玉米漿和酵母類有機(jī)氮源含量較高,而牛骨蛋白胨、胰蛋白胨等含量較低。
 
  以酵母源深度開發(fā)的新型有機(jī)氮源,其酵母蛋白含量達(dá)50-60%,其中酵母浸出物的多肽種類竟達(dá)4000多種,氨基酸組成全面,另外含豐富的維生素及礦物質(zhì),可滿足各類微生物發(fā)酵的營(yíng)養(yǎng)需求,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各大發(fā)酵行業(yè)。關(guān)于對(duì)面包酵母氮源的營(yíng)養(yǎng)特征更為深度全面的解析將在此次會(huì)議進(jìn)程中作詳細(xì)闡述。(《關(guān)于召開第四屆新型有機(jī)氮源應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)研討會(huì)的通知》http://bio.angelyeast.com/contents/770/53541.html )
 
  (2)營(yíng)養(yǎng)利用
 
  由于現(xiàn)代微生物發(fā)酵領(lǐng)域尤其是對(duì)工程菌的培養(yǎng)需求日趨嚴(yán)苛,對(duì)培養(yǎng)基組分的質(zhì)量要求也逐步提高,尋求天然、穩(wěn)定適用的有機(jī)氮源已成為發(fā)酵行業(yè)發(fā)展的限制性因素。在巨大的市場(chǎng)需求下酵母類有機(jī)氮源應(yīng)運(yùn)而起,并以其天然、清潔無污染、高穩(wěn)定性和高適用性為廣大發(fā)酵企業(yè)所接受。
 
  營(yíng)養(yǎng)源被利用的程度,取決于菌體自身和營(yíng)養(yǎng)源組分。對(duì)于動(dòng)物和植物性有機(jī)氮源,由于蛋白和核酸結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,會(huì)借助強(qiáng)烈的酸或堿水解,來提高菌體對(duì)營(yíng)養(yǎng)的利用度。但這會(huì)導(dǎo)致某些組分的破壞。動(dòng)植物氮源也可直接或被弱酶解,制成富含蛋白或胨的產(chǎn)品,用于長(zhǎng)效發(fā)酵生產(chǎn)。酵母類的有機(jī)氮源,尤其是面包酵母類,蛋白和核酸結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,并且借助了柔和高效的酶解,故生物利用度高。
 
  從培養(yǎng)基角度,根據(jù)采用不同的有機(jī)氮源,會(huì)決定發(fā)酵目標(biāo)產(chǎn)物及菌體代謝的差異性,在實(shí)際生產(chǎn)過程中需結(jié)合有機(jī)氮源的組成,分析哪些營(yíng)養(yǎng)組分以及營(yíng)養(yǎng)利用度造成了差異,再進(jìn)一步確定影響發(fā)酵生產(chǎn)的有機(jī)氮源核心要素。微生物的發(fā)酵結(jié)果往往是多種有機(jī)氮源核心要素疊加的結(jié)果,因此需要把這些核心要素排序,再進(jìn)行量化控制,最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)調(diào)控,穩(wěn)定增效。究竟如何分析,如何排序及量化控制,關(guān)于各類有機(jī)氮源營(yíng)養(yǎng)利用更為立體,針對(duì)性的分類,都將在此次會(huì)議進(jìn)程中作詳細(xì)分析探討。(《八位發(fā)酵行業(yè)專家將出席第四屆有機(jī)氮源會(huì)作主題報(bào)告》 http://bio.angelyeast.com/contents/770/54084.html )


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日期:2015-04-01
 
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