有机氮源的发展、痛点与破局

2021-04-10

    

有机氮源是微生物发酵培养基中的重要组分,也是现代发酵调控与优化的一个关键控制点。

1879年,Naegeli最先发现微生物在含有部分水解蛋白质的培养基上生长良好,标识着有机氮源做为微生物培养的一个重要组分正式为人类所认识。1880年,他将此研究过程撰写成论文并发表,1882年,他将此部分水解物命名为“蛋白胨”。

1945年,Knigt SG 开始使用玉米浆作为氮源在Penicillin发酵中应用,上个世纪50年代,豆粕最先作为氮源在密旋霉素发酵中使用。

随后,各种不同组织来源的有机氮源逐步被开发应用在微生物发酵过程中。譬如动物来源的各种类型蛋白胨,毛发水解液,脑心提取物等等;植物来源的大豆蛋白胨、小麦水解蛋白、花生饼粉、棉子粉;微生物来源的酵母粉、酵母水解物、酵母浸出物、各种发酵菌粉等。

在生物技术与产业高速发展的今天,有机氮源已经被广泛应用于微生物发酵领域。

有机氮源在微生物发酵中的重要性也被越来越多的发酵行业从业者们所认识。但纵观整个有机氮源行业的发展,可以说一直是处于“自由”发展状态,随着现代生物科技的发展,人们对环保、和安全性的日益重视。这种“自由”的发展模式已经逐渐不能满足现代发酵工业发展的需要。

当前动植物源有机氮源发展存在的问题主要体现在三个方面:

一是安全性问题,植物源产品存在一定的过敏源、转基因风险;动物源产品存在动物疫病人际传播风险等问题;当前较普遍使用的酸水解法生产动植物源有机氮源产品工艺,不仅产品中存在致癌物质三氯丙醇,高盐、高酸对发酵设备腐蚀严重,环保处理极为困难。

二是有机氮源的稳定性与组分量化问题,一般有机氮源中会含有种类丰富但含量不够确定的氨基酸、蛋白质、多肽、维生素、微量元素等成分;当前,粗糙的作坊式小规模生产,一般投资小,缺乏先进的生产及检测设备,缺乏专业的技术和工艺,缺乏科学的管理和质量标准,因此当前动植物有机氮源产品市场,不同种类的氮源,同种类不同产地的氮源,甚至同一种类同一产地不同批次的氮源,各营养组分含量都存在很大的差异;而有机氮源组分的不同可以从多个方面对发酵造成影响,有机氮源营养组分的差异及不稳定性直接影响生物发酵生产的可控性和稳定性。

三是标准化问题,动植物有机氮源产品如蛋白胨、玉米浆等,从整体而言,至今没有统一的行业标准,或者有部分地方、企业标准,但多为简单落后的标准,当前国内动植物源有机氮源主要是畜禽、农作物加工后的副产品再处理,因技术、设备、理念受限,标准很难得到执行,使标准沦为一种形式,这在现代工业中是比较少见的,这也是与蓬勃发展的中国生物发酵产业不匹配的。

总体来说,当前动植物源有机氮源行业的发展现状可以概括为“自由化、半专业化、非标准化”。

如何满足生物发酵行业对高质量、高稳定性精细培养基原料日益迫切的需求?如何解决目前有机氮源行业存在的安全性、稳定性问题?实现多种来源有机氮源的“标准化、量化、个性化” 或许是必经之路。

所谓 “标准化”既要建立完善的质量标准,也要形成标准化的生产规范,建成标准化的质量检测体系。同时,通过行业规范与法规解决当前存在原料的安全性隐患问题;

所谓“量化”是指通过有机氮源不同组分含量的精确量化,实现氮源的稳定控制。

所谓“个性化”是指针对不同微生物及代谢产物对营养需求的不同设计订制个性化产品。

 如何解决有机氮源发展中的诸多痛点?安琪开创新型有机氮源(酵母浸出物)市场十多年的成功实践,或许能为整个有机氮源行业更好的服务于生物发酵产业提供借鉴。安琪率先实现了以酵母浸出物为代表的新型有机氮源标准化。

一是以多年积累的食用酵母纯化培养技术为依托,规模化的产能作基础,实现了酵母浸出物核心原料的标准化。

二是引进了先进的自动化生产设备,结合生产过程全程可追溯的工控系统,实现了生产过程标准化。

三是依托安琪完善的质量管理体系和国家认可实验室CNAS先进检测能力,实现了产品质量管理标准化。

四是与行业协会、上下游企业全面协作交流,共同制定了产品统一的生产规范与完善的质量标准。

安琪酵母浸出物的标准化生产,赋予了产品优良的质量一致性,相比传统有机氮源更有利于实现生物发酵的稳定可控,同时,酵母的食品属性具有先天的安全性优势,因此,迅速得到行业的广泛认可。

中国生物发酵产业的蓬勃发展与技术转型升级,驱动安琪在实现酵母浸出物标准化生产的基础上,对酵母浸出物营养成分进行深入的量化分析,为生物发酵产业提供更高效的产品。安琪一是积极推动各种高通量仪器的如氨基酸分析仪、各种气相、液相色谱仪、原子吸收光谱仪等技术在产品质量检测中应用,使酵母浸出物的组分在最大程度上精确量化;二是与用户紧密互动,结合自身产品质量追溯体系,锁定关键营养组分,建立微生物营养数据模型,不断完善生产工艺与质量控制点,更好的满足用户差异化需求。

随着现代分子生物学、细胞生物学技术与代谢工程与调控技术的飞速发展,微生物的遗传背景与代谢途径已逐步被专业人员所熟知。针对不同微生物、不同生物发酵产品对营养的需求个性化开发订制有机氮源产品也是必然趋势。

安琪在实现酵母浸出物标准化、量化的基础上,进一步开发针对不同发酵领域的个性化产品:一是加强与用户、高校、科研院所等多方协作,广泛参与新行业、新产品、新菌种、新工艺实验,从源头服务发酵产业技术创新;二是结合微生物营养数据模型,不断优化酵母浸出物生产工艺,强化关键营养成分,开发出了针对益生菌、有机酸、核苷酸、代糖甜味剂、酶制剂等诸多领域的个性化专用产品,为用户提质增效做出显著贡献。

基因工程、合成生物学、定向进化等细胞工厂构建手段的广泛运用,工业生物发酵菌种越来越多样化,单一来源的有机氮源产品无法满足发酵产业的多元化需求。不同来源的有机氮源有着各自的营养特性,都是生物发酵产业不可或缺的重要原料。

安琪基于开创并深耕有机氮源市场十多年的成功实践,依托标准化的生产管理体系、规范化的质量管理体系、完善的分析检测平台,具有实现更多来源有机氮源的标准化、量化、个性化以及多元融合化柔性智造和应用能力,贯彻原料标准化、生产过程标准化、质量检验标准化、产品开发差异化、推广应用个性化的成功经验,即将推出系列化、标准化的植物源有机氮源,在生物发酵过程中多元协同、优势互补。


未来,安琪将进一步潜心发酵营养元的开发和应用研究,创制更多高品质发酵营养元产品,服务生物发酵产业实现更“安全、高效、稳定、清洁”的生产,为中国从发酵大国向发酵强国迈进贡献安琪力量。

在中国生物发酵产业支持下,由安琪酵母股份有限公司承办的第七届新型有机氮源应用与发展趋势研讨会将于4月23-25日在湖北宜昌召开,届时将有中国工程院陈坚院士等多位发酵行业权威专家齐聚宜昌,围绕“氮源创制 提升效能”开展为期两天的主题研讨。目前已有来自150多家发酵企业的200多位行业精英报名参会,欢迎更多行业同仁莅临研讨会,共襄行业发展。



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