第四届有机氮源会主题:剖析氮源核心要素，科学调控稳定增效
中国是发酵产业大国，近年来，该产业总量呈稳步增长势头，且一些高端及新型发酵产业增长势头强劲。2011~2013年，我国发酵行业主要产品的总产量保持稳定增长，平均年增长率为4.4%。但2013年发酵行业主要产品总产量为2429万吨，同比增长约2.7%；工业总产值2780亿元，同比增长约3.0%，总体增速放缓。事实上，“十一五”期间及"十二五"初期，我国追求粗放发展，大量消耗化石能源，2012年统计结果显示，我国单位GDP能耗大体为平均世界水平的2倍，而且能源消耗大且以煤为主，使得我国的二氧化硫、二氧化碳的排放量均居世界首位。经过较长时间的粗放增长后，一些大宗发酵行业面临产能过剩、生产效率低、耗能大、废水综合治理工艺及设施落后等一系列问题，迫切需要加快产业结构调整、转变增长方式、实现节能环保及环境友好。
面对经济放缓的新常态，2014年国家提出了“一带一路”、“海上丝绸之路”等发展战略，加快产业国际化，促进生产效率提高，化解产能过剩。2014年12月31日，国家财政部为调整外贸结构、带动优势产品出口、促进贸易平衡，提高了玉米深加工产品以及部分生物制品、生物医药制品的出口退税，这对中国生物产业继续保持良好发展势头、加快产业结构调整、转变增长方式、推动生物发酵产业的绿色健康发展有着十分重要的扶持作用，同时也彰显了政府部门扶持生物产业作为国民经济支柱产业的国家意志。
《中共中央国务院关于深化体制机制改革加快实施创新驱动发展战略的若干意见（2015年3月13日）》指出，面对全球新一轮科技革命与产业变革的重大机遇和挑战，面对经济发展新常态下的趋势变化和特点，面对实现“两个一百年”奋斗目标的历史任务和要求，必须深化体制机制改革，加快实施创新驱动发展战略。《意见》明确提出“强化科技同经济对接、创新成果同产业对接、创新项目同现实生产力对接……”。
2014年4月，中国生物发酵产业协会在湖北宜昌成功举办了第三届新型有机氮源应用与发展趋势研讨会，会议探讨了新型有机氮源与传统有机氮源之间的搭配使用、提高发酵生产水平等问题，同时与生物发酵行业同仁分享了生物发酵领域的最新发展动态，起到了协助相关产业减耗增效、转型升级以及加快产品和产业链转向高附加值方向的作用。这个研讨会实属创新之举，不但可分享知识与经验，还可促进创新成果与产业充分对接。
现在，中国发酵产业增速放缓，进入稳步发展和创新发展的新常态，清洁高效生产与废水的综合治理是发酵产业发展必须面对并要有效解决的两个最为核心的问题。而对此两大关键问题有重要影响的因素就是发酵过程中有机氮源的选择与控制，因为有机氮源成分复杂，不同有机氮源的生物利用度有较大差异，有机氮源是导致发酵生产过程波动的主要原因。鉴于此，对氮源核心营养要素的剖析和对氮源在发酵过程中调控作用的创新研究显得尤为重要。因此，2015年将“剖析氮源核心要素，科学调控稳定增效”确定为研讨会主题。旨在帮助相关企业和研究单位对有机氮源有更深刻的认识，并将创新成果转化成现实生产力。
目前工业上常用的有机氮源种类可按原料来源分为酵母源、植物源和动物源。其中酵母源有机氮源包括面包酵母、假丝酵母和啤酒酵母有机氮源。即使是以同类面包酵母菌种作为源料，也可衍生出不同类型有机氮源产品如酵母浸粉、酵母粉、酵母膏、酵母自溶粉等等。面对如此种类繁杂的有机氮源，其核心要素是什么？如何通过科学利用及调控，实现生产水平稳定增效？这是迫切需要深入剖析的。
一.核心要素深度剖析
（1）营养组成
无机氮源成分单一，质量较稳定，可被微生物快速利用。与无机氮源相比，有机氮源具有的特点: 成分复杂，营养; 微生物对有机氮源的选择具有时序性; 对氨基酸的利用具有选择性;所有类别的有机氮源，从营养组成上来说，包括比例不定的蛋白质类、核酸类、微量组分、盐类、糖类等等，其中最核心的要素有以下几点：
- 蛋白质及多肽
该类物质是有机氮源中比重最大的组成，比如面包酵母浸出物，蛋白类物质占比达60%左右，玉米浆干粉比例约40%左右。蛋白类物质是有机氮的最大来源，是核心要素中的核心。蛋白类物质包括比例不等的各类氨基酸和大小不等的肽类物质。受制于来源，不同类的有机氮源，其氨基酸种类和比例千差万别。比如说，来源动物骨骼和皮革的明胶类蛋白胨，甘氨酸和脯氨酸占氨基酸的比例高达30%。胰蛋白胨缺乏含硫氨基酸。除了来源，有机氮源的加工工艺，也会影响氨基酸的组成。相比而言，面包酵母类有机氮源来源于微生物，各类氨基酸比例接近发酵菌体需求，并且采用柔和的酶解工艺，保证营养的稳定性。
除此之外，肽类物质，对于一些长时间发酵工艺，影响显著。肽类物质稳定性相对较差，是有机氮源造成生产波动的主要来源。肽类物质的比例和组成，取决于来源和生产工艺。相比动物和植物有机氮源，大规模纯培养的面包酵母类氮源，蛋白稳定性更高。
- 核酸及碱基
核酸类物质包括各类不同长短的DNA和RNA链，以及各种碱基、核苷和核苷酸。这类物质可通过补救代谢途径进入代谢流，在一些发酵中起到举足轻重的作用。由于酵母浸出物，存在自溶作用，所以游离态的核苷和核苷酸也显著高于其他有机氮源。并且，相比其他氮源，酵母细胞在加工成氮源之前，处于活越的代谢之中，所以还存在大量核苷酸代谢中间体。其他有机氮源核苷和核苷酸，明显偏低。
- 微量元素及生长因子
包括各类生长因子、矿质元素等。主要和酶蛋白结合，提高酶促反应的活性。酵母类和一些植物类有机氮源，生长因子较为丰富。比如，豆粕VB2含量丰富，酵母类含有丰富的B族维生素。有些有机氮源要经过高温、酸解，比如豆粕水解液，会造成大量生长因子损失。对于放线菌影响较大的溶磷，玉米浆和酵母类有机氮源含量较高，而牛骨蛋白胨、胰蛋白胨等含量较低。
以酵母源深度开发的新型有机氮源，其酵母蛋白含量达50-60%，其中酵母浸出物的多肽种类竟达4000多种，氨基酸组成全面，另外含丰富的维生素及矿物质，可满足各类微生物发酵的营养需求，现已广泛应用于各大发酵行业。关于对面包酵母氮源的营养特征更为深度全面的解析将在此次会议进程中作详细阐述。（《关于召开第四届新型有机氮源应用与发展趋势研讨会的通知》http://bio.angelyeast.com/contents/770/53541.html）
（2）营养利用
由于现代微生物发酵领域尤其是对工程菌的培养需求日趋严苛，对培养基组分的质量要求也逐步提高，寻求天然、稳定适用的有机氮源已成为发酵行业发展的限制性因素。在巨大的市场需求下酵母类有机氮源应运而起，并以其天然、清洁无污染、高稳定性和高适用性为广大发酵企业所接受。
营养源被利用的程度，取决于菌体自身和营养源组分。对于动物和植物性有机氮源，由于蛋白和核酸结构很复杂，会借助强烈的酸或碱水解，来提高菌体对营养的利用度。但这会导致某些组分的破坏。动植物氮源也可直接或被弱酶解，制成富含蛋白或胨的产品，用于长效发酵生产。酵母类的有机氮源，尤其是面包酵母类，蛋白和核酸结构相对简单，并且借助了柔和高效的酶解，故生物利用度高。
从培养基角度，根据采用不同的有机氮源，会决定发酵目标产物及菌体代谢的差异性，在实际生产过程中需结合有机氮源的组成，分析哪些营养组分以及营养利用度造成了差异，再进一步确定影响发酵生产的有机氮源核心要素。微生物的发酵结果往往是多种有机氮源核心要素叠加的结果，因此需要把这些核心要素排序，再进行量化控制，最终实现科学调控，稳定增效。究竟如何分析，如何排序及量化控制，关于各类有机氮源营养利用更为立体，针对性的分类，都将在此次会议进程中作详细分析探讨。（《八位发酵行业专家将出席第四届有机氮源会作主题报告》http://bio.angelyeast.com/contents/770/54084.html）
二.科学认识，科学调控，实现稳定增效
有机氮源的丰富组成是引起发酵水平波动的主要因素。目前国内评价有机氮源的好坏大多局限于从表观上阐述各类有机氮源对微生物发酵水平的影响，这已不能满足现代生产增效需求及揭示引起波动变化的最本质原因。借助现代仪器分析技术找到可能的分子机制的基础上，再针对发酵目标产物的不同，选择合理，经济，稳定的最有效氮源，科学调控用量，不同氮源类型配比，产品选型，投加时机及方式等方面以实现高效发酵，稳定生产。
- 发酵过程不同类型氮源的科学调配
无机氮源的分子结构简单，可被微生物迅速利用，有利于迅速积累菌体量。在抗生素发酵领域，通过无机氮源与有机氮源的科学调配以实现对发酵后期效价单位的涨幅调控和生长周期的延长。另外，通过对有机氮源氨基酸组成水平的研究，科学搭配不同比例的不同类型的氮源以达到培养基氨基酸组成更加均衡，使得抗生素效价获得提升。
- 不同类型氮源在调控基因表达的差异
在乙醇发酵领域，酵母胞内蛋白及ATP含量是乙醇发酵能力的关键因素，通过光学分析手段及单细胞检测技术考察结果表明菌体在酵母源类的有机氮源的培养下，RNA合成强度是初期的2倍，且高于其他类型的氮源。由此证明有机氮源的利用缩短了酵母的迟滞期，促进胞内RNA 的快速大量合成，促进与氮源代谢、乙醇发酵相关的基因的快速转录和表达。另外光谱显示在有机氮源的培养下，菌体细胞蛋白的二级结构主要以β折叠为主，而在其他氮源培养下，胞内蛋白则均以α螺旋结构为主导。
综上所述，对有机氮源的研究并不是笼统，概括的。需从多层次，多维度结合具体生产实践展开系统分析。对有机氮源的利用也并不是简单的叠加及组合，需要在各个层次了解的基础上，结合科学调配及控制，以获得目标产物的最适营养源。这也正是此次大会的主要议题及主旨，安琪酵母公司作为全球最大的酵母浸出物供应商，一直致力于为开发以酵母浸出物为主的有机氮源产品，以全面实现发酵行业所有用户对酵母有机氮源从全面立体的科学认知到精准掌控利用的新跨越。（《张嗣良教授将在宜昌解读抗生素行业氮源优化问题》http://bio.angelyeast.com/contents/770/54054.html ）
