氮源科学调控 高效精准生产

“供给侧改革”、“节能环保”成为当今中国生物发酵行业的主旋律。2015年10月，中国生物发酵“十三五”发展规划出炉，到2020年总产量将达3800万吨，年均增长率达8%左右，总产值达4500亿元以上。为适应社会发展潮流，实现“十三五”的发展目标，我国发酵行业急需的进行供给侧改革,提高行业的生产效率。

产业供给侧改革的根本目的，就是提高生产效率。发酵的供给侧，涉及到发酵生产关联的方方面面，特别是微生物的营养来源-发酵培养基是其中重要一环。

我们知道：微生物营养是微生物发挥生产效率的重要物质保障之一，对发酵水平、发酵产物后提取、环保、最终的产品安全认证等环节都有着关键的影响。

而在很多情况下，我们更专注于考量发酵培养基对产物积累水平的影响，而缺乏将后提取，环保、安全认证等诸多生产经营环节作为一个整体进行通盘考虑以寻求最优解，但忽视微生物培养基对实现企业经营效益的最大化的影响。

有机氮源是培养基当中重要的微生物营养源，具有复杂多样性特点。一是在于其蛋白类和核酸类物质丰富多样,其次是受制于认识的局限，有些微量不为所知的营养物质，与目标产物的微生物代谢紧密联系。

由于对这些关键营养物缺乏定量表征，其微小的波动,导致不同批次的有机氮源对发酵稳定生产可以造成一定影响。在有些发酵行业，波动超过阈值，造成了发酵水平的巨幅波动。

因此,有机氮源成为影响培养基效率的最大可变因素，要想提高发酵效率,必须做到科学的氮源调控。

从2012年至今，中国生物发酵产业协会先后举办了四届新型有机氮源应用与发展趋势研讨会，极大的推动了我国新型有机氮源的发展。发酵的各行各业，对有机氮源的认识得到了加深，告别了有机氮源的粗放化，逐步使发酵行业走向精细化，对行业的发展起到了重要促进作用。

本届研讨会以“氮源科学调控 高效精准生产”为主题，进一步探讨新型有机氮源的应用与发展趋势。

1、科学认识、量化分析

要实现氮源的科学调控，首先需要对发酵选择的有机氮源有清晰的认识，实现量化分析。然后结合有机氮源的实际效果，找出影响生产核心要素，加强核心要素的量化控制。

有机氮源绝对不仅仅是为了提供氮素。目前，氮含量最高的有机氮源-牛骨蛋白胨，氮含量也只有16%左右。从组成比重来看，碳含量比重远大于氮素比重。因此，把有机氮源看作氮素来源，把有机氮源狭隘化。比如酵母浸粉，它含有酵母细胞内部所有的成分，涉及参与酵母细胞生命活动，具有一定热稳定性的所有物质。比如牛肉膏，不仅仅是牛肉组织，还有和牛肉紧密结合血液组分。所以，有机氮源是极其复杂的，是一种复合营养源。

此外，有机氮源的安全性，国内外客户越来越重视，在与人用密切相关的发酵行业尤为突出。寻求替换动植物来源的有机氮源，规避原料风险。在这方面，工业化的酵母类有机氮源有明显优势，酵母来源的培养基扩展到几乎所有的发酵行业。

在实际的发酵生产中，对有机氮源的认识存在一个误区。为了降低单纯的培养基成本，很多企业坚持廉价的农副产业废弃物作为有机氮源，实际上这往往得不偿失。农副产业废弃物是一种副产品，其稳定性极差，波动随季节无规律性，会造成发酵效率巨幅波动。同时微生物利用率低，代谢速度慢，发酵残留大，对环保处理环节构成较大压力；而选择性价比合适的有机氮源，也许会稍微增加培养基的成本，但整个发酵生产的稳定性大幅提高。并且有机氮源选择合适，可以显著的降低发酵时间，减少能源消耗，降低发酵残留，减轻后提取和环保处理负荷，整体考虑整个生产系统的运行成本反而降低。

传统上有机氮源都是通过多因素正交试验，比选出来的。对有机氮源效果差异的深层次原因，缺乏进一步分析，发酵客户对有机氮源的选择长期被动。专业化的有机氮源，建立在代谢分析、物料差异分析、菌体生长代谢的基础之上，通过反复优化比选，分析产生差异的物质基础，提高发酵效率。目前，在一些益生菌、一些转化反应，已经开发出专用化的产品，生产效率有成倍增加。这一趋势未来会愈发明显。

2、科学搭配、粗细结合

要实现氮源的科学调控，需要不同的有机氮源的搭配，实现有机氮源的粗调控和精细化调控。所谓粗调控，是利用有机氮源中蛋白分子大小，从营养角度，改变微生物的生长速度，进而改变菌体的代谢流。在过往上百年的微生物培养过程中，培养基组成上无不闪现这一调节策略。蛋白胨和酵母浸粉的搭配，酵母粉与豆粕粉搭配，无不都是这样，通过不同种类氮源组合比例的改变，实现速效和迟效氮源的配合，不同营养因子的互补，最终影响菌体生长曲线，从而控制代谢流，实现产物代谢积累的优化。所谓精细化调控，是针对氮源的关键性影响因素，定向改变氮源，实现氮源的最优化。微生物对某些类别营养有偏好性，可以通过有机氮源的工艺调整，进行富集，生产出行业专用型有机氮源。这方面面包酵母类有机氮源，优势最为明显。面包酵母类的原料可控，重要营养因子可定向富集，而动植物来源的有机氮源往往是农副产品的副产品，原料本身不易改变，除了人为添加，不能定向富集。而人为添加的营养因子和通过酵母定向富集的营养因子产生的效果是有很大不同的，外加只能提供单一营养物，通过酵母定向富集除了目标营养物外，其相关合成的中间体也相应丰富，这往往会起到关键作用。需要说明，粗放调控和富集关键营养物质的精细化调控，需相互结合，实现效益的最大化。

3、结合实际，适时调节

要实现氮源的科学调控，有机氮源的调整要结合发酵过程参数调节。发酵条件参数调节是影响微生物代谢重要途径。有机氮源与条件参数是相互关联，需要相互配合。选择不同的有机氮源，可以缩短或延长延滞期；可以加速菌体产酸；可以影响发酵的粘度，进而影响氧的传质；可以改变发酵液起泡的表面张力，引起发酵液泡沫的变化；可以改变菌体的密度；可以提前或拖后pH值的回升。而条件参数的调控依赖于这些参数指标。通过不同有机氮源的指标，可以预见发酵过程条件参数的变化，定向改变这些条件参数的变化趋势，实现最优的生产参数的选择，从而实现高效精准生产。

有机氮源是发酵生产的重要一环，需要科学选择有机氮源，选择性价比合适的有机氮源，实现高效精准生产。