搜索
生产单细胞蛋白的研究进展第1页共8页生产单细胞蛋白的研究进展姓名：龙丹专业：作物学号：S20135418【摘要】在生物技术日益发展的今天，与人类息息相关的微生物发酵工程越来越受关注，尤其是随着生活水平的提高，人们越来越重视营养的平衡摄取，这就涉及到一个很重要的技术发展——单细胞蛋白的生产。单细胞蛋白（SCP），含有丰富的营养物质，尤其是SCP的生产原料丰富的特点吸引了人们的眼球，各种有关它的技术随之展开。【关键词】SCP、生产工艺、应用、研究【正文】1.前言发酵工程作为边缘学科，涉及范围面广，综合性强。有关生物学方面的知识包括：微生物学、生物化学、遗传学等；在工程方面涉及到酶工程、细胞工程、生物工程等。现代科学家给发酵工程的定义是：利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在合适的条件下，通过现代工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类需要产品的技术体系，亦称微生物工程[1]。发酵工程先后经历了生化工程、甾体药物生产、氨基酸工业发酵的代谢控制发酵、酶工程以及基因工程。发酵有三个步骤：种子培养，发酵，后处理[2]。随着人们生活水平和消费理念的改变，健康和环保成为了两个重要的主题，发酵工艺、原料以及技术都在不断的改进。在这些技术的革新中，SCP的生产最为多样化。SCP的出现，不仅解决了蛋白质供应不足的问题，还将工业废弃物进行废物利用，减少环境污染。2.SCP定义及优缺点生产单细胞蛋白的研究进展第2页共8页2.1SCP的定义单细胞蛋白（Singlecellprotein简称SCP）亦称微生物蛋白、菌体蛋白，从酵母或细菌等微生物中获取的蛋白质[3]。是指细菌、真菌和微藻等在其生长过程中利用各种基质，在适宜的培养条件下，培养细胞或丝状微生物的个体而获得的菌体蛋白[4]。1915年德国首次实现了以糖蜜为原料的食用酵母工业化生产，到1985年世界产量已达170万t。2.2SCP的优缺点2.2.1SCP的优点SCP的营养价值丰富，富含人体必需的多种氨基酸，其蛋白质含量高达40%-80%比鱼、肉、奶酪高20%以上[5]。与豆粉相比，用于生产SCP的微生物蛋白质含量高出10%-20%，可利用的氮比大豆高20%[6]。SCP的生产，补充了农业、畜牧业歉收时的蛋白供应不足。除此之外，SCP还有利用原料广、使用设备简单、繁殖快易改良等优点[7]。2.2.2SCP的缺点核酸含量过，尤其是RNA含量过高是SCP在制作饲料的一大弊端，加之含SCP的饲料消化率较常规蛋白质低10%-15%，并且长期喂食SCP饲料会引起氨基酸供应不平衡等缺点，所以在SCP的生产和后期处理时应该扬长避短，合理发挥SCP的优点[8]。3.生产SCP菌体种类和原料3.1生产SCP的菌体种类目前用于生产SCP的微生物有四大类：非致病和非产毒的细菌、酵母、真菌和藻类[9]。细菌的生产原料广泛，周期短且蛋白质产量高，但是细菌含有较复杂的其他成分，核酸含量高且可能含有有毒物质，还有细菌个体小分离难且蛋白不易消化等缺点。藻类的生产需要足够的阳光和温度，细胞壁不易被消化导致食味不好，并且核酸含量较高。真菌菌丝产生慢，容易受到酵母污染必需无菌培养，但是真菌容易分离。酵母菌历史悠久，并且核酸含量低，容易收获。可以在pH较低的环境下生长，减少了污染，并且酵母菌种类繁多，功能齐全，可用于混合生产单细胞蛋白的研究进展第3页共8页发酵[10]。在徐抗震等单细胞蛋白生产最佳接种混合比的研究中以苹果渣为发酵原料，用产朊假丝酵母、果酒酵母、康宁木霉和绿色木霉作为产SCP菌种，分别采用三种和四种菌种混合发酵，最终得出产朊假丝酵母：绿色木霉：果酒酵母=4.5:3:1和产朊假丝酵母：绿色木霉：果酒酵母：康宁木霉=1.5:1:8:2混合发酵时产SCP最佳[11]。3.2生产SCP的原料近代大规模生产SCP多数以石油及其产品为原料。利用石蜡、甲烷、正烷烃、甲醇等作为原料来繁殖单胞菌和酵母菌，并将菌体干燥制成喊蛋白质45g/100g-60g/100g的烃蛋白[8]。但是长期利用这些珍贵的资源给人类的生存带来巨大的问题，并且这些资源价格不断上升也给SCP生产成本带来问题，为了平衡发展与环境资源之间的关系，生产者们把SCP生产原料从原来的有限资源转向了工业生产的废液废渣。3.2.1农林废弃物利用秸秆纤维素发酵生产单细胞蛋白的实质是利用还原性糖培养微生物，由于酸解法会产生糠醛等有毒物质，并且成本高，再加上对设备有腐蚀作用，多以在发酵工业中多采用酶解法[12]。秸秆纤维素经酶水解后获得可发酵性糖，但是纤维素酶的活性偏低且受到产物反馈抑制的影响，使得酶解糖化效率较低[13]。沈雪亮等将纤维素酶、固定化纤维二糖酶和固定化乳酸杆菌有机耦合，加强了纤维素酶的协同降解作用，充分提高了纤维素对乳酸的转化率[14]。邱向峰选取了高温高压、稀酸、稀碱以及液氨4中处理方法，对玉米秸秆进行预处理后，秸秆纤维素的酶解率均有不同程度的提高，其中稀碱预处理后的秸秆转化率最高[15]。更合理高效的解决秸秆类原料生产SCP成为一大难题，为此，部分专家提出混合发酵。其中朱将伟等用枯草芽孢杆菌分别和啤酒酵母菌和产朊假丝酵母混合发酵的研究结果表明，使用枯草芽孢杆菌与酵母菌联合发酵秸秆，可使粗蛋白含量大幅度提高，最终干物质粗蛋白含量可分别达到21.22%和24.48%，结果还表明这种联合发酵还能降低终产物中粗纤维含量[16]。3.2.2工业废弃物淀粉废水是食品工业中污染最严重的废水之一，用其培养微生物生产SCP生产单细胞蛋白的研究进展第4页共8页不仅产量高而且氨基酸含量也高[17]。李琳等以红薯淀粉废水为发酵原料，用胶质芽孢杆菌和酿酒酵母为发酵菌种，经过符合菌液絮凝处理得到沉淀物富含蛋白质和多种营养物质，用热气流快速干燥后可制备成高级饲料，每吨淀粉废水可回收干燥沉淀物10-15kg[18]。发酵生产酒精的原料有糖类和粮食两类。两种废液BOD负荷较高，不需添加其他营养，菌体即可迅速繁殖[19]。乔世伟等以甜菜废蜜酒精废液为原料，用热带假丝酵母为菌种，经过发酵、分离浓缩、干燥粉碎等工艺制备SCP，最终结果表明生物量最高达20.40g/L，蛋白质治疗达到一级品标准[20]。李大鹏将废蜜糖稀释后做为生产原料，热带假丝酵母为菌种，经过研究得出结论为：调节废液pH为4.5，加0.06%磷酸氢二钾，0.03%氯化铵，30℃发酵18h时生产效果最佳[21]。啤酒糟、柠檬酸废水、红霉素废液等均可作为生产单细胞蛋白的优质原料[22-24]。3.2.3药用植物废渣我国中药制药飞速发展，药品加工能力不断提高，产品日益增多，随之而来的药渣该如何处理也成为一大难题。据统计，有90%以上的药品生产厂家均将药渣作为废弃垃圾丢弃，这不仅浪费了资源，同时还造成周边环境的污染，有效的处理药渣成为了一个全新的问题。在杨威的以黄芩药渣固态发酵生产单细胞蛋白的研究中，首次以黄芩药渣为原料，用扣囊拟内孢霉味发酵菌种，采用固态发酵生产单细胞蛋白，最终结果表明当原料配比为：药渣40%、玉米浆35%、玉米面8%g、麦麸15%、尿素2%、pH为5，发酵条件为：温度30℃、接种量15%、含水量55%、发酵24h时生产效果最佳[25]。3.3生产SCP的工艺过程以及条件控制3.3.1一般发酵流程一般发酵流程为斜面母种→摇瓶菌种→种子发酵罐→发酵罐深层发酵→后处理（分离菌丝体）[26]。种子培养时采用种子培养基，深层发酵时加入发酵原料，发酵温度根据发酵选用菌种不同而不同，发酵时间跟选择的发酵方式有关。发酵方式有分批发酵、补料分批发酵和连续发酵。分批发酵是传统的发酵方式，不易生产单细胞蛋白的研究进展第5页共8页污染，但是操作繁琐，浪费时间，成本较高；补料分批发酵是在分批发酵上进行了技术改进，节约了时间和成本，但是控制不当就容易污染；连续发酵时相对于补料分批发酵而言，简化了菌种的扩大培养，节约成本和时间，不过也容易污染。根据发酵原料状态不同也可分为液体发酵、半干态发酵以及固体发酵。3.3.2液态发酵生产SCP的工艺流程废液→分离机→废水→调浆调pH→发酵罐→后发酵→分离机→真空浓缩→干燥塔→酵母粉[27]↑斜面菌种→摇瓶培养→一级种子罐→二级种子罐明红梅等以甘薯淀粉为原料，热热带假丝酵母为菌种，采用液态发酵生产SCP，通过单因素和正交试验，确定最佳发酵工艺为：还原糖浓度90%，装液量40ml/250ml，发酵时间54h，初始pH4.5，接种量10%，温度30℃，转速140-160r/min。此工艺条件下收获的酵母细胞干重为10.35g/L，蛋白质含量为51.36%，菌体总蛋白得率为4.32g/L[28]。3.3.3固态发酵生产SCP的工艺流程废液→分离机→废水渣→浓缩→载体吸附（纤维质资源）→混合→灭菌→冷却→主发酵→粉碎烘干→成品[29]↑三级种子←液体种子←斜面菌种在管军军等的木薯渣生产菌体蛋白的研究中以木薯渣为生产原料，酵母菌和霉菌混合接种进行发酵，最终得出混菌种固态发酵的最佳工艺条件为：温度30℃，发酵时间5h，培养基含水量60%，接种量2%，酵母菌和霉菌接种比为2:1[30]。4.SCP的用途SCP主要运用于食品加工和饲料中，作为食品添加剂它有着补充蛋白质、维生素和矿物质等作用。有些SCP还具有抗氧化能力，使食物不易变质而用于婴儿粉的作料和汤料中。酵母的浓缩蛋白具有显著的鲜味因而用于食品增鲜剂.但SCP目前最主要的用途是饲料生产，满足牲口的营养供给，更好的实现经济发展[31-32]。生产单细胞蛋白的研究进展第6页共8页4.1SCP在生产饲料上的应用饲料酵母，是SCP的主要产品，其蛋白质含量为40g/100g-60g/100g，含有多种氨基酸和维生素，是接近鱼粉的优势蛋白质饲料。菌糠SCP饲料，是用废弃食用菌栽培料经过后处理和加工发酵得来的，解决了食用菌栽培料浪费和污染的一大难题。在马纯艳等的菌糠单细胞蛋白饲料生产技术的研究中，以平菇菌糠为发酵原料，热带假丝酵母为菌种于28℃条件下发酵60h，其粗蛋白含量有栽培平菇钱的3.85%上升至25.80%[33]。藻体饲料是人工培养的螺旋蓝藻、小球藻等微型藻类生产的饲料，其成本低易生产。4.2SCP在食品工业上的应用含赖氨酸较高的SCP加入谷物中，有提高植物蛋白生物价的功能；经过处理的浓缩酵母蛋白作为食品添加剂加入烤面包中，其发泡性优于蛋清；SCP还可提供维生素，也可作为发酵剂，部分天然产品还可作为化妆品色素添加剂[34]。5.SCP的发展前景SCP在饲料和食品工业中有着非常重要的作用，其开发和生产在我国有着广阔的前景。SCP的生产不仅可以解决人类与牲畜的蛋白质供应不足等问题，还可以废物利用，减少环境污染，为人类造福。生产单细胞蛋白的研究进展第7页共8页参考文献[1]姬德衡,钱方,高学明,等.发酵工程在功能食品开发中的应用[J].食品科技,2002,7:9-13.[2]王秀道,薛宗雄.发酵工程研究的内容和今后的任务[J].山东轻工业学院学报,1990,9,4(3):4-9.[3]魏瑶.单细胞蛋白[J].四川粮油科技,2003,20(4):41-44.[4]陈淘声.发酵工业辞典[M].北京:中国轻工业出版社,1991,310.[5]翟瑞娟.单细胞蛋白的有点及应用[J].中国卫生产业,2012(13):170.[6]刘海杰,毛治安.单细胞蛋白的前世今生[J].新农业,2010(6):41-42.[7]高志勇.单细胞蛋白研究概况[J].畜牧与兽医,2009,41(8):111-112.[8]许倩,李宏菊,王秋京.等.单细胞蛋白的利用[J].食品工程,2007(4):22-25.[9]董衍明,马雁玲.单细胞蛋白饲料的开发与利用[J].饲料研究,2005(9):20-24.[10]王立梅,胡耀辉.淀粉副产物混合发酵生产单细胞蛋白[J].吉林农业大学学报,2002,24(4):110-112.[11]徐抗震,宋纪蓉,黄洁,等.单细胞蛋白生产最佳接种混合比的研究[J].2003,30(4):36-39.[12]梁新红,常景玲.作物秸秆生产单细胞蛋白的研究概况[