微生物发酵行业缘何青睐“酵母浸出物”？

为微生物量身定制“食品”和“营养品”--微生物营养

        微生物是包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活关系密切，广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。

       人类往往通过特定的手段筛选出适合工业化生产的微生物菌株，通过适当的营养条件、发酵设备和工艺手段，使微生物的数量快速积累，进而规模化生产各种微生物制品（如酸奶中的乳酸菌、双歧杆菌）以及合成有用的化学物质（如食品和饲料中添加氨基酸，维生素，酶等）。而在这个过程中，微生物需要一定的营养条件支持自身快速生长或高效合成有用化学物质。这种所谓的营养条件由“微生物培养基”来提供。

        微生物培养基是供微生物生长和维持用的人工配制的固体或者液体养料，一般含有碳水化合物（碳源）、含氮物质（氮源）、无机盐（包括微量元素）以及生长因子和水等微生物必须的营养物质。微生物研究人员和发酵工程师们通过对微生物营养需求的不断探索，用各种不同的原料以不同的比例配制成各种不同的培养基，以满足不同微生物的需求。微生物培养基，就是人们为不同的微生物量身定制的“食品”和“营养品”。

        在这些“食品”和“营养品”中，碳源、氮源和生长因子的作用尤为重要；碳源可以比作微生物所需的富含碳水化合物的主食--“米饭、馒头和面条”，氮源可以比作微生物需的富含蛋白质或多肽的主菜—“鸡蛋、肉和大豆”，生长因子可以比作微生物所需的富含氨基酸、维生素或核酸的辅食—“水果、蔬菜、牛奶和鱼”。各种营养物质的合理搭配方可保障微生物的生长和合成。其中，氮源的作用非常关键，通常来说，微生物含有大约14%的氮元素，而微生物体内的含氮物质包括蛋白质、多肽、氨基酸、核酸、酶，这些含氮物质对微生物的生长和代谢起着至关重要的作用。因此，好的氮源应当包含易于被微生物吸收和利用的含量丰富的氮元素以及各类可溶的含氮有机物，我们称之为有机氮源。

 

有机氮源的“进化史”

       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”。距Naegeli发现“蛋白胨”130多年后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。

        最初，有机氮源主要直接来源于动物组织和植物萃取液，如最初的马铃薯培养基、麦芽汁培养基，但受制于来源、稳定性也很差，还存在安全风险，不适合大规模工业发酵，现在仅在菌种保藏、摇瓶培养阶段使用。而后，农畜产品加工的副产品，通过特定处理，加工成有机氮源，这类有机氮源得益于其经济性、及稳定的原料供应在发酵行业得到广泛应用。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螺旋霉素发酵中使用。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。

        有机氮源发展至今，其对微生物发酵的重要性已被行业广泛认识，其对整个发酵工业的贡献也是至关重要的。但纵观整个有机氮源行业的发展一直可以说是处于“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，植物来源有机氮源存在着过敏性源、转基因争议，使用酸水解法生产产品可能会存在致癌物质三氯丙醇；动物来源有机氮源可能存在致病因子如BSE、重金属含量超标、风俗禁忌等问题；这些问题一直没有得到有效解决与控制。

        二是有机氮源的稳定性与组分量化问题，有机氮源组分复杂，一般有机氮源中会含有不确定含量量的氨基酸、蛋白质、多肽、多种维生素、微量元素等成分。不同种类氮源、同类氮源不同厂家甚至同厂家不同批次之间各组分含量都会存在较大的差异。有机氮源组分的不同可以从多个方面对发酵造成影响，所以有机氮源的稳定性以及各组分可量化对于实现高水平的发酵意义重大。

        三是标准化问题，从总体的有机氮源行业到各个子行业如蛋白胨、玉米浆等行业至今没有统一的行业标准与规范，这在现代工业中是比较少见的。

        总体来说，当前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”即是要全行业要行成统一的生产规范与质量标准，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；“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。“个性化”是指针对不同微生物、发酵产品对营养需求的不同设计订制个性化产品。

        由于有机氮源成分异常复杂，以往通过常规理化检测方法一一定量有机氮源中各种组分的含量非常繁琐，而且花费巨大，使得在实际发酵生产过程中实现有机氮源组分量化非常困难。近年来，随着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逐渐在有机氮源检测中应用，使得实现有机氮源实现组分的精确量化成为可能。另近红外光谱分析检测技术逐步也在培养基行业实现应用，该方法可以通过不同有机基团近红外光吸收光谱的差异高通量快速测定有机氮源中不同组分含量的差异，也将是控制有机氮源稳定性行之有效的办法。

        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。

 

一种优质和安全的微生物“广谱”有机氮源—面包酵母浸出物

        目前，以食用面包酵母为原料的有机氮源--酵母浸出物由于实现了工业化、标准化的生产，因此在大规模供应、标准化制造方面方面充分满足了生物发酵行业的需要，同时也在安全性方面给予了足够的保证，是最接近“标准化、量化”的需求趋势的，因此在全球范围内得到了广泛的应用。

        酵母浸出物来源于纯化培养的面包酵母，通过对酵母发酵后得到的高蛋白酵母乳进行自溶、酶解、分离、浓缩或喷雾干燥精制成的粉状、膏状和液状产品，属于100%天然的精制原料，非农业或工业副产品，无转基因、致病性、过敏原和风俗禁忌风险。

         其成分不仅仅包含蛋白质、肽类和氨基酸这些含氮物质，而且含有较为丰富的生长因子，如维生素，核酸等，以及适量的微量元素以及磷、硫等必要元素，可以为绝大多数微生物提供全面和丰富的营养，适用性很广，因此是一种优质和安全的微生物“广谱”有机氮源。

 

微生物为何更“喜欢”面包酵母浸出物

         面包酵母浸出物来源于微生物酵母，没有动物源原料的致病性风险，也无植物源原料的转基因、过敏原风险，因此可以为微生物发酵过程提供“安全和清洁”的环境。

         面包酵母浸出物在水溶液中具有良好的水溶性，而代谢系统“脆弱”的微生物难以利用培养基中包含的不溶物质，因此，水溶性良好的酵母浸出物可以被微生物高效利用；

         面包酵母浸出物含有大量的小分子物质，如小肽、氨基酸、维生素、核苷酸以及必要元素，而微生物在某些阶段为了保持较高的生长和合成效率，恰恰大量需要这些容易被吸收的小分子物质；而微生物对大分子物质的利用，必须通过自身分泌特殊的酶将大分子物质降解后利用。

         面包酵母浸出物颜色浅，有利于微生物发酵的后提取以及对对颜色有要求的发酵制品。

         面包酵母浸出物营养全面而丰富，充分满足了微生物的“胃口”，避免了营养成分单调的有机氮源无法满足微生物营养需求的情况。

         面包酵母浸出物由于实现了规模化、标准化和清洁化生产，不会受产地和季节性影响，因此品质波动小，有利于微生物稳定的吸收利用以及发酵过程的稳定。

 

微生物如何依靠面包酵母浸出物服务于人类

         微生物虽小，但为人类所做的贡献却非常大。以微生物发酵工业为例：

         通过实验室（大学、研究所、技术中心、企业的研究中心）筛选出适合工业化发酵的微生物菌株，然后转移给发酵工厂进行进一步优化并大生产，所得到的发酵产品经过精制后，有的可以用在食品、饮料和制药行业，有的可以用在农业、环保和饲料行业，还有的可以用在能源、化工和纺织行业。

          比如，有的发酵企业，通过严格的工艺控制，培养出高品质的乳酸菌、双歧杆菌和嗜热链球菌等有益微生物，并制备成各种发酵剂应用于乳制品行业（奶酪、酸奶等）；有的发酵企业，采用特殊的改良后的杆菌，在适当的工艺条件下，可以量产某种氨基酸，用于保健品、食品或饲料；有的发酵企业，通过某种放线菌，经过复杂的生产过程，大量生产抗生素，用于人类或动物；还有的发酵企业，使用经过基因工程改造后的菌株，高效的生产疫苗、胰岛素或者激素，可用于治疗人类疾病或者促进动物生长……这样的例子不胜枚举。

          而面包酵母浸出物在上述行业均作为关键的微生物营养源而被广泛使用，可以这样说，优质的微生物营养源促进的微生物发酵行业的良性发展，而发酵行业的发展进一步提升了微生物营养源行业的标准，使得像酵母浸出物这样的优质营养源有了更大的发展空间。

 

      常见问题

1. 微生物培养基是为微生物量身定制的“食品”和“营养品”，那么一般情况下，需要添加多少比例的酵母浸出物？

答：假设适合某种微生物生长和发酵的培养基为1kg或1L，那么酵母浸出物通常的添加范围在2g-30g不等，这和具体采用的菌种和发酵工艺有关。

2. 同为有机氮源，面包酵母浸出物能否可被诸如蛋白胨、豆粉、玉米浆等其他有机氮源所代替？

答：这取决于使用者所面临的具体情况。但一般来说，面包酵母浸出物是目前唯一存在的非动/植物来源、非工业/农业副产品的精制有机氮源，并通过了Kosher和Halal认证。因此其高效、安全、清洁和稳定的优势为发酵行业所广泛认可，并符合发酵行业标准化，清洁化的发展趋势；而这些优势是其他有机氮源目前所不具备的。因此，整体趋势应该是面包酵母浸出物可能会取代其他有机氮源，而非被其他有机氮源取代。

3. 面包酵母浸出物中的有效成分可以完全量化吗？

答：是的。其有效成分如蛋白质、氨基酸、维生素、必要元素、核酸等均可以被精确检测。

4. 如果说面包酵母浸出物营养全面，那是否意味着培养基中只采用酵母浸出物一种原料即可？

答：正如上文所说，一般的微生物较为“脆弱”，对营养的利用能力不高，因此富含小分子物质和全面营养的可溶性原料，如面包酵母浸出物，对微生物发酵来说非常重要。但单单靠酵母浸出物一种原料是不够的。一般的微生物培养基成分较为多样化，目的是全面满足微生物较为复杂的营养需求，而这种营养需求由于微生物发酵的复杂性，目前还不能够完全明确，因此，培养基成分的多样化是必要的。酵母浸出物虽然营养较为全面，但只是一种营养最为全面的有机氮源。因此，依然需要和其他原料如碳源等，在培养基中形成最佳配比；在有些情况下，面包酵母浸出物还需要和其他富含大分子的缓释有机氮源进行适当搭配，以满足某些发酵周期较长的微生物在不同生长阶段对小分子和大分子营养物质的需求。

5. 如果说，酵母浸出物的有效成分是蛋白质、氨基酸、维生素、必要元素、核酸等，为何不分别在培养基中添加这些物质，反而采用酵母浸出物作为营养源？

答：原因主要有三：一是酵母浸出物通过酵母发酵并精制而成，属于100%天然原料，满足发酵清洁化，安全化生产的需要；而分别添加各种化学物质很难保证这些原料均为清洁和安全的原料；二是酵母浸出物仅为一种原料，其营养的全面性和使用的稳定性得到了充分保证，而添加多种原料往往意味着更多的控制风险，不利于追溯；同时在现实的发酵生产中分别添加几十种甚至上百种原料也是非常难以操作的；三是目前酵母浸出物已经实现了通过工艺手段调节其内部各营养物质的配比，没有必要采用在发酵过程中分别添加单一营养源的方式来操作，既不经济，也不利于生产的稳定。

6. 既然面包酵母浸出物有很多优势，为何仍然有发酵企业愿意采用啤酒酵母浸出物作为发酵原料？

答：在一般情况下，啤酒酵母浸出物来源于工业副产品--啤酒发酵后的废酵母泥，因此生产成本较低，价格更有吸引力，有的发酵企业为了节约成本或者认为啤酒酵母浸出物的品质可以满足其要求，因此仍然使用。但啤酒酵母浸出物固有的缺陷限制了其在发酵行业的应用，如工业副产品的不稳定性、原料的季节性波动、较高的酒精含量导致难以获得Halal认证、颜色深、可能含有过敏原、生产规模有限等等，因此，普适性不强，应用有限，且存在诸多安全性风险。目前为了解决啤酒酵母浸出物的安全性问题，市场上也出现了可以取代啤酒酵母浸出物的高性价比面包酵母浸出物产品，为发酵企业提供了更多的选择。

 

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