天然气发酵产单细胞蛋白

天然气发酵产饲用单细胞蛋白

1.单细胞蛋白

SCP（single-cell-protein）是指利用各种基质大规模培养细菌、酵母菌、霉菌、微藻、光合细菌等而获得的微生物蛋白，是现代饲料工业和食品工业中重要的蛋白来源。

1966年，麻省理工学院首次提出SCP的概念，1967年在第一次全世界蛋白会议上正式将微生物菌体蛋白统称为单细胞蛋白。

SCP营养丰富，蛋白质含量40％-80％不等，所含氨基酸组分齐全平衡，且有多种维生素，消化利用率高(一般高于80％)，其最大特点是原料来源广，微生物繁殖快，成本低，效益高。细胞和酵母利用甲醇、乙醇、甲烷和多链烷烃生产单细胞蛋白(SCP)；利用废物中的许多物质转化为SCP，如稻秸、蔗渣、柠蒙酸废料、果核、糖浆、动物粪便和污物等；利用藻类(如小球藻、栅藻)生产SCP。生产SCP的微生物有酵母、非病原性细菌、放线菌和真菌及藻类等，其中饲用酵母和藻类蛋白发展最快。

2.嗜甲烷细菌/甲烷氧化菌

甲烷氧化菌（Methanotrophs 或 Methane-oxidizing bacteria）是甲基氧化菌的一个分支，它能够利用甲烷或甲醇等 C1 化合物作为唯一的碳源进行生长，在全球大气甲烷的平衡中有着十分重要的作用。

利用甲烷为原料生产单细胞蛋白的细菌种类，如甲烷假单胞菌，嗜甲烷单胞菌等。

甲烷不含芳香烃类，无致癌物质、无毒害，产品安全性高，原料蕴含丰富，成本低，曾被当作第二代石油蛋白进行研究。但嗜甲烷生产菌往往生长缓慢，菌体浓度低。所以其生产效率低，且尾气中的残留甲烷的利用是个问题。

3.甲烷蛋白发展史

（1）20 世纪 60 年代，单细胞蛋白开始在各国引起重视，被称为单株蛋白或合成蛋白。由于制造的原料是正构石蜡烃、粗柴油、甲烷、乙醇、甲醇等都属

于石油产品或者石油衍生物，因此在当时单细胞蛋白又称为石油蛋白。欧美等国家便在那时已经开始了以天然气作为原料生产单细胞蛋白的研究，已有年产千吨日产十吨的专利报告，其成分报导大约与鱼粉相当。

（2）我国在 20 世纪六七十年代时，有人在石油化工等产业中提出了利用石油生产蛋白，当时称为“气蛋白”，但由于历史原因及资源的限制而被搁浅。如今由于环保、资源等问题，利用天然气生产单细胞蛋白又被渐渐提上日程。国内外很多研究机构已经开始了这方面的实践研究，但我国至今尚未对甲烷氧化菌单细胞蛋白在饲料及食品行业的应用有专门报道。

（3）1970 年英国壳牌公司在英国 Sittingbourne 地区建立了一个规模为年产 300 t 的天然气蛋白试验装置，利用的甲烷氧化菌为 Methylomonas methanica。1974年，壳牌公司宣布在英国锡廷伯恩（Sittingbourne）地区建立一个规模更大的试验装置，并筹备在荷兰阿姆斯特丹（Amsterdam）筹备一个规模为年产 10 万 t装置的发展计划。但在 1976 年，壳牌公司决定停止该发展计划并无限推迟，当时的原因归结为：大豆和玉米的价格很低；很多国家有扩大现有蛋白来源的潜能；在不发达国家推广该先进工艺技术比较困难。

（4）1999年挪威国家石油公司与英国 Nycomedmer-sham 公司联合投资建设了世界上第一套用天然气生产甲烷氧化菌单细胞蛋白的工业装置。该装置为合资企业 Norferm DA 公司所有。这套装置具有年产1万t生物蛋白的能力。生产单细胞蛋白的主要菌种为 Methylococcus capsulatus，并且还有一组伴生菌的共同生长。生产出的单细胞蛋白含 70%蛋白质、12%碳水化合物、10%脂肪和 8%矿物质，目前在挪威已有农业合作社作为饲料出售。

（5）欧盟已经通过了利用天然气生产单细胞蛋白的批准（Council Directive No． 82／471／EEC），1995年，欧盟对甲烷蛋白在饲料中的添加比例做出规定：猪饲料中的使用量为8％，牛饲料为8％，咸水鲑鱼饲料为33％，淡水鲑鱼饲料为19％。2009年，欧盟对蛋白质来源做了修订（Regulation（EC）No 767／2009，对利用天然气发酵制备的单细胞蛋白有了进一步的促进，进而促使了这类单细胞蛋白的发展和使用，确定了其作为单胃动物未来营养来源的地位。

（6）2016年美国Calysta公司和嘉吉公司准备在美国孟菲斯投资建立世界

上最大的天然气发酵工厂，以进行FeedKind蛋白的生产。预计，该工厂能在2019年投入使用，每年生产2万吨的FeedKind蛋白；实现满负荷工作后，工厂的年产量将达到20万吨。另外，公司还在英国设有工厂，向用户提供FeedKind蛋白的样本。

美国Calysta公司为我们打开了一种未来的可能性：从燃料中获得食物。这个看似异想天开的想法实际上已经于2011年获得欧盟的批准，可用于各类动物饲料当中，并且已经在挪威和大西洋的三文鱼养殖中得到应用。

美国Calysta公司的技术来源就是挪威的石油公司Stateoil，其在1999年建成年产一万吨的生物蛋白工厂，但由于天然气价格过高且未在欧盟获批，最后关停技术转让给了Calysta公司。

4.蛋白组成分析

5.成本核算

利用甲烷生产单细胞蛋白，其主要的对手是传统饲料原料豆粕和鱼粉，以及发展最为快速的酵母单细胞蛋白，酵母单细胞蛋白的碳源以葡萄糖计。上述产品价格如下表：

名称豆粕鱼粉酵母蛋白甲烷蛋白

价格元/吨2900～3400 9000～13500 6000～7500

成本