李啸:氨基酸发酵氮源选择与过程调控

   


   24日,由中国生物工程学会主办、安琪酵母酵母股份有限公司主要承办的中国生物工程学会第十一届学术年会暨2017年全国生物技术大会“氨基酸生物技术学术研讨会”分会场,安琪酵母酵母股份有限公司生物技术总工程师李啸博士作了题为《氨基酸发酵氮源选择与过程调控》学术报告。

   李啸博士在报告中介绍:氨基酸在食品工业、医药、农业、畜牧业、以及人类健康、保健、化妆品行业等方面,发挥了越来越广泛的作用。国际氨基酸科学协会公布的调查报告显示,亚太地区已成为全球最大的氨基酸市场。中国是氨基酸生产和消费大国,无论是在工业总产量还是在年产值方面,都居于世界前列,在我国国民经济发展中扮演着重要角色。

   我国氨基酸工业自1965年起只有近52年的发展历程。目前我国氨基酸产业规模以上生产厂家已达近百家,年产值近500亿元。其中谷氨酸及其盐产量达240万吨,占世界总产量的70%以上,位居世界第一位;赖氨酸作为我国第二大氨基酸工业,年产量达85万吨,位居世界第一位,我国已成为氨基酸产品的“世界工厂”。但与其他行业或国外氨基酸行业相比,我国氨基酸行业存在创新产品少、产品结构不合理、主要生产技术指标落后、能源消耗大、环境污染严重、生产成本较高等问题,无法满足国际标准的要求。因此,中国虽然是氨基酸生产和消费大国,却难以称为真正的氨基酸强国。

   报告还分别从以下4种典型氨基酸:谷氨酸,精氨酸,赖氨酸,色氨酸的发酵调控生产,在发酵原料--氮源的合理,针对性的选择及高效搭配,生产调控角度进行深度剖析,旨在为提高氨基酸发酵生产水平、产能与效益、和清洁生产提供一定指导意义。

  1、发酵氮源原料的选择与控制--因菌种而异,差异化选择搭配

   由于氨基酸生产菌株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氨基酸生产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。

   另外采用复合碳氮源的科学搭配可以降低分解代谢物阻遏,减少有机酸生产,提高了菌体生物量和氨基酸产量。实验表明选择合适的酵母浸出物可有效提高苏氨酸、色氨酸等氨基酸产品的发酵产率和转化率。棉籽蛋白水解液生产成本低、效率高。通过发酵测试,棉籽蛋白水解液可作为谷氨酸等氨基酸发酵的一种速效有机氮源。甜菜碱作为甲基供体,替代蛋氨酸或胆碱,显著提高发酵单位;作为渗透压调节剂,促进细胞表面对代谢产物的分泌,因此发酵促进剂甜菜碱的使用提高了原料的利用率、转化率和产量。

   从培养基角度,根据采用不同的氮源类型搭配,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。

  2、发酵工艺与过程控制--因代谢途径而异,多参数多尺度精细调控

   发酵过程是细胞内因和环境外因交互作用的结果,因此对代谢过程的分析很复杂。从细胞代谢特性和反应器特性等入手,通过细胞代谢流等技术分析发酵过程细胞实际生理参数,确定关键的代谢调控点。针对代谢工种改造后的氨基酸生产菌,能按照代谢调控网络模块重构优化策略的不同来进行各级发酵罐发酵工艺的优化。

   为了保证发酵的产品质量和生产效率,需要对其发酵过程进行监测。由于氨基酸的发酵是复杂的多参数多因素的生物化学过程,用越多的参数对其监控越好。传感器系统集成及在线检测系统根据发酵过程对底物、中间产物和目标产物信息变化的需求,研制多参数传感器技术集成;建立发酵生产过程的自动取样、样品的自动稀释处理和自动分析测定系统。

    李啸博士指出,氨基酸生产过程对原料选择与精细调控并不是笼统,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。针对不同类型生产菌株,对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。这也正是此次大会报告的主旨,安琪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。

会议现场



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