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储炬:工业发酵中氮源的利用

发布时间:2022-06-23 09:58:48 阅读: 来源:阀体厂家
储炬:工业发酵中氮源的利用

5月10日,由中国生物发酵产业协会举办、安琪酵母股份有限公司承办的“第二届新型有机氮源应用与发展趋势研讨会”在广西柳州隆重召开。在会上,华东理工大学储炬教授在会上做了题为“工业发酵生产中培养基优化与发酵调控”的主题报告。

工业发酵发酵过程的调控往往是一个复杂的多因素问题,直接影响到发酵效价及目的产物的生产,是工业发酵中最核心的问题之一。储炬教授选取培养基中容易引起波动的有机氮源为讨论点,向我们阐释了氮源在工业发酵中的调控作用。

微生物培养基主要是由水、碳源、氮源、无机盐及其它成分组成。氮源主要用于构建菌体细胞物质(氨基酸、蛋白质和核酸等)和含氮代谢物,可分为有机氮源和无机氮源。有机氮源除含有丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸外,还含有少量糖类、脂肪、无机盐、维生素及某些生长因子。大部分有机氮源是农副产品的副产物,由于原料来源和加工条件的不同,成分上存在一定的波动。

氮源在工业发酵调控中的作用主要体现在以下几个方面:

1、促进生长,调节初级代谢及次级代谢的通量。氮源通过提供中间代谢物(前体),如核苷酸、氨基酸、糖、乙酰CoA等,生成核酸、蛋白质、多糖、脂质等物质,直接用于微生物的生长;或者由前体物质作用于次级代谢物的合成途径。

2、控制合适水平,启动次级代谢产物形成。储教授提出了几种假想机制:比生长速率下降、限制性养分的耗竭、几种调节因子的联合作用(cAMP,碳源,氮源,或磷源的同化速率)、严谨响应、微生物信号因子。

3、控制生长速率,影响菌型形成,从而影响发酵液流变特性;

4、影响供氧水平,增加功率消耗。

因此,根据不同菌种对不同氮源的利用度、利用速率不同,针对具体的发酵产品或行业,应选择不同的氮源或氮源组合。

储教授介绍了几种基于氮源调控的发酵产品案例:

1、红霉素发酵过程氮调控与生理强化:氮源浓度对红霉素的合成产生影响,实验中采用黄豆饼粉、玉米浆进行浓度梯度实验,结果表明,迟效氮源黄豆饼粉的增加,并不利于产素能力提高;而玉米浆的浓度增加,放罐时红霉素效价显著提高,分析发现,在红霉素合成期(60-160h),玉米浆浓度的增加,红霉素合成单元丙酰辅酶A前体来源的主要氨基酸(苏氨酸、丙氨酸、缬氨酸)的含量明显低于对照组,合成效率提高。在此基础上,结合重要复合营养因子硫酸锌、柠檬酸、苏氨酸,以OUR为调控因子研究生产放大过程的生理特性。建立了以氮调控为主要手段,基于氮调控的红霉素优化策略。

2、头孢菌素C发酵中的氮源调控:通过中心组合实验统计回归分析,分别以种子菌浓和发酵单位为响应值,得到最佳氮源为玉米浆,显著于原实验配方中的金枪鱼膏,优化后的配方能有效缩短种子培养时间。发酵阶段,合理利用氮源组合,改善了发酵液流变特性,提高节孢子的数量,提高了CPC的合成。

3、红霉素发酵中氮源替代案例:以发酵效价和A组分为评价标准,与对照组(使用玉米浆作为氮源)相比,1%的酵母粉替代效果最好,效价和A组分均提高13.5%。但继续提高酵母粉的替代比例,效价和组分A会随之下降。

在讨论多个氮源调控的发酵案例过程中,储教授引导我们再次加深了氮源利用的规律性认识:

1、和碳源利用相同,微生物先利用速效氮源再利用迟效性氮源;

2、氮源的代谢规律是,随着菌体生长,氮源被利用,氨基氮下降,到中期下降缓慢,有一段时间维持在一定水平,到发酵后期,由于菌体衰老自溶,放出氨基氮,该指标上升;

3、考察氮源的影响一般从两个方面去分析:氮源的种类和氨基氮水平;

4、氮源补加的目的:补充氮源、控制氨基氮水平及控制发酵过程pH。

在考察氮源利用的设备及应用方面,建立工业氮源考察的研究平台是关键。氮源的利用是一个综合的过程,需要通过合适的多尺度装置培养,在线观察氮源的利用速度和利用率。以实现不同氮源的合理搭配使用,及发酵全过程氮源的合理利用速率。

而选择合适的氮源,可以控制代谢强度,同时控制合适菌型,改善流变特性,从而实现低功耗下的对微生物生长、产物合成的最优控制。因此,使用成分清楚、质量稳定的氮源将有利于实现高效工业发酵控制和优化。

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