第19讲 单细胞蛋白的生产

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4、SCP的生产
4.1 单细胞蛋白生产中应该考虑的问题：
（1）菌种应增殖速度快，营养要求低，易于培养 ，可连续发酵，菌体收量大； （2）原料低廉，能大量供给，或直接利用工农业 废料； （3）菌体分离回收容易； （4）不易被杂菌污染； （5）生产过程排放废水少； （6）菌体蛋白质含量高，氨基酸组成好；
尽管已经证明烃类蛋白质没有毒性和致癌性，但人 们还是担心其安全性。
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▪ （3）利用甲烷为原料生产单细胞蛋白。以细菌为 主，如甲烷假单胞菌、嗜甲烷单胞菌等。
▪ 甲烷不合芳香烃，无致癌物质，无毒害，产品 安全性高，原料蕴藏丰富，成本低。
▪ 但产生菌大多都生长较慢，菌体浓度低，所以 生产速率低，尾气中残留甲烷的利用尚未完全解 决。
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思考题
1、名词解释：单细胞蛋白（SCP) 2、简述单细胞蛋白的生产工艺和操作要点？
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单细胞蛋白（Single-Cell-Protein,简称SCP)一 词是由美国麻省理工学院（MIT)的Carroll Wilson教 授于1966年首先提出的。
通常SCP是指通过培养单细胞生物而获得的生物 菌体蛋白质，又称微生物蛋白。
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用于生产单细胞蛋白的单细胞生物包括微型藻类 、非病原细菌、酵母菌类和真菌等。
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（7）无毒性、病原菌及致癌物质； （8）适口性好； （9）易于储藏、包装。
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4.2 SCP生产的工艺
单细胞蛋白生产的一般工艺过程
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发 酵 车 间 一 角
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发 酵 车 间
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4.3 用糖类原料生产菌体蛋白
1）原料： 生产单细胞蛋白的糖类原料非常丰富，如糖蜜，
甘薯粉、玉米粉、土豆粉、麦粉、稻草、麦秆、玉 米茎和叶。
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5.单细胞蛋白的应用
20世纪80年代中期，全世界的单细胞蛋白年产 量已达2.0×106t，广泛用于食品加工和饲料中。单细 胞蛋白不仅能制成“人造肉”，供人们直接食用， 还常作为食品添加剂，用以补充蛋白质或维生素、 矿物质等。
由于某些单细胞蛋白具有抗氧化能力，使食物 不容易变质，因而常用于婴儿粉及汤料、作料中。 干酵母的含热量低，常作为减肥食品的添加剂。
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单细胞蛋白的应用
此外，单细胞蛋白还能提高食品的某些物理性 能，如意大利烘饼中加入活性酵母，可以提高饼的 延薄性能。酵母的浓缩蛋白具有显著的鲜味，已广 泛用作食品的增鲜剂。单细胞蛋白作为饲料蛋白， 也在世界范围内得到了广泛应用。
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6.单细胞蛋白的安全性
▪ 任何一种新型食品原料的问世，都会产生可接受性 、安全性等问题。单细胞蛋白也不例外。
2.1 单细胞生物的特性如下：
（1）营养丰富：蛋白质含量高达15％，可利用氮比大 豆高20％，如添加蛋氨酸则可利用氮达95％以上。 （2）利用材料广。 （3）生产速率高。 （4）劳动生产率高。 （5）单细胞生物易诱变，比动、植物品种容易改良 。
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2.2 微生物种类
根据利用原料种类的不同分类： （1）利用糖类原料发酵生产单细胞蛋白。如酿酒酵母 、假丝酵母、木霉、青霉等。 （2）利用石油原料生产单细胞蛋白。如酵母菌，细 菌中的诺卡氏菌、假单胞菌、棒状杆菌等。
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4.4 以甲醇等醇类原料生产菌体蛋白
以甲醇为原料的优点是价格低，熔于水，缺点是 同化甲醇的微生物比较有限，菌体收率较低、甲醇 本身及其代谢产物甲醛有毒。
但菌体分离容易，用水洗涤菌体就能将有毒物质 除去。
若能提高菌体收率，那么甲醇则是一种极好的原 料。
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同化甲醇的细菌中，有的只同化甲烷和甲醇（有 假单胞菌、甲烷单胞菌、甲基球菌、甲基单胞菌等 属的一些种)，有的除甲醇外还同化乙醇或葡萄糖类 ，但不同化甲烷(有精朊杆菌、假单胞菌、无色杆菌 及芽孢杆菌属的一些种)。
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3、生产SCP的基质
3.1 适于生产SCP的有机物需满足的条件： 价廉 易于被微生物降解 原料能常年可靠地供应并能够安全、经济地储存 能经济地将原料运往工厂 质量稳定且可预测
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3.2 用于生产SCP的常见废弃物：
农业废弃物，需经粉碎、碱处理以提高可消化 性。
烃类及其衍生物 高浓度有机废水 固体废弃物 工业废气
只同化甲醇的细菌(解甲基甲烷单胞菌等)。 能够利用甲醇的酵母一般也能同化烃类。
研究酵母菌体生产比研究细菌更重要，采用的酵 母有克勒克酵母、毕赤氏酵母、汉逊氏酵母、假丝 酵母、圆酵母等属。
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培养时，通常采用无机盐培养基，加入玉米浆一 类有机营养源，再补充所需要的维生素即可。甲醇 以低浓度加入，一般采用2％-3％以下的浓度。
▪ 例如，单细胞蛋白的核酸含量在4%～18%，食用 过多的核酸可能会引起痛风等疾病。
▪ 此外，单细胞蛋白作为一种食物，人们在习惯上一 时也难以接受。但经过微生物学家的努力，这些问 题会得到圆满解决。
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7、单细胞蛋白使用中需注意的问题
微生物的培养不受季节、气候和地区的限制，所 以微生物蛋白生产易于实现工业化。但SCP的广泛 使用还存在如下一些问题： （1）核酸含量高 （2）毒性物质存在的可能性 （3）在人类消化管道中消化得很慢，会使使用者 产生消化不良或过敏等症状。 （4）比其他来源的蛋白质，如大豆蛋白质更昂贵 。
它们可利用各种基质在适宜的培养条件下生产单 细胞蛋白。
菌体中蛋白质含量随所用菌种及基质而异，一般 含量达40％-80％。
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1.2. 开发SCP的意义
1)、微生物蛋白的营养价值 微生物菌体的70％～85％为水分，干物质中的主
要成分是糖类、蛋白质、核酸、脂类及灰分。 粗蛋白的含量： 细菌：40％～80％ 酵母菌：35％～60％ 丝状真菌：15％～50％
选用能产生纤维素酶和木质素酶的菌种，与纤维 素原料一起混合发酸，使木质纤维素不必处理而作 为碳源。
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4.4 利用纤维素生产单细胞蛋白的工艺过程
（1）生产菌种：中温好气性细菌，主要属于纤 维单胞菌属、假单胞菌属、纤维粘菌属和芽孢杆 菌属等。
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（2）工艺流程：
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（3）所得产品与原料成分分析 原料与产品分析
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SCP与传统食品营养成分比较，蛋白质 含量高，氨基酸组成较为齐全，含有人体必 需8种氨基酸，尤其是谷物中含量较少的赖氨 酸。
还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、 矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质。
单细胞蛋白的开发与生产为解决人类食品 和饲料问题开辟了新的途径。
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单细胞蛋白与传统食品的 各种主要营养成分含量比较
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2）、用途广泛
作为人类食品 作为饲料 作为工业原料（微生物培养基成分、合成纤维的 亲水剂、各种填料、增稠剂、乳化剂及稳定剂等）
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1.3 SCP生产的现状及其发展趋势
世界上利用石油资源生产单细胞蛋白的企业
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国内外以农业废物和食品工业废物为原料研制单细 胞蛋白的主要情况
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2、生产SCP的微生物
因此，纤维素在用作碳源前必须进行预处理，这也 是该原料的不足之处，因而也促使人们加以研究改 进处理技术，以适用廉价生产的要求。
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3）利用纤维素原料生产SCP工艺流程
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4）纤维素原料的预处理
预处理有物理、化学和物理化学等方法。如磨碎 、高压蒸煮、氧化处理、酸、碱或酶水解等，使高 结晶纤维素微粒化，以增大纤维素的非结晶程度和 反应表面积。
第19讲 单细胞蛋白的生产
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教学目的与要求
1. 了解单细胞蛋白的生产现状； 2. 熟悉生产用菌种的特性、原料种类及特点; 3.掌握单细胞的工艺过程及关键工艺控制;
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主要内容Байду номын сангаас
1 概述 2 生产SCP的微生物 3 生产SCP的基质 4 SCP的生产 5 生产及使用注意事项
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1 概述
1.1 单细胞蛋白的概念
以甲醇为原料生产单细胞蛋白，在美、英、德、 日等国和北欧都通过了中试，我国台湾也正在开发 ，但开发较成功的目前只有英国的ICI公司。
该公司自1968年开始，12年投资1亿英镑，于1979 年形成年产5万吨的甲醇蛋白工厂，产品行销欧洲市 场，其饲料应用效果很好。
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甲醇蛋白生产工艺流程
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以甲醇和乙醇为原料的食用单细胞蛋白生产方面 ，目前世界上已有年产1000吨的中间工厂。
细菌：生长速度快，蛋白质含量高，能利用糖类和烃 类，但个体小，分离困难，且蛋白质不如酵母菌易于 消化吸收。 丝状真菌：易于回收，但生产速度慢，蛋白质含量较 低。 藻类：纤维质的细胞壁不易为人体消化，且具有富集 重金属的问题。 酵母菌： 个体大，易于分离、回收，且蛋白质易于吸 收，目前生产上采用较多。
其中纤维素类是生产单细胞蛋白的最佳原料之一 。
其优点是：原料来源丰富，价廉，没有毒性疑虑 ，可附带解决城市垃圾问题，可提高纤维质粗饲料 的使用价值。
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2）、纤维素
天然纤维素的聚合度、结晶度很高。由β-1,4-糖 苷键连接的D-葡萄糖残基组成的高分子聚合物的聚 合度从几百到一万五千。
据X衍射测定，多种植物纤维素的相对结晶度在 30-40之间，而棉花纤维高达70-80，且植物纤维被 木质素包蔽着，是一种具有高度抵抗生物降解的高 分子聚合物。
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预处理过程
① 粉碎：秸秆类6cm-7cm的碎片。 ② 水解：常压下2％-3％的硫酸，加压下0.5％1％的硫酸。2-4%的NaOH，110-130℃加热3060 min即可。
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③ 中和：水解液中除含有戊糖和己糖外，还含有糠 醛、萜烯、甲醇、醋酸、甲醛、甲酸等挥发性物质 。
添加石灰乳中和，使pH达到6.5-6.8，然后静止、 澄清、除去石膏等，添加硫酸亚铁等以除去单宁及 其衍生物，将中和液冷却至30℃-40℃备用。
▪ （4）利用甲醇生产单细胞蛋白。甲烷单胞菌属、 甲基球菌属，假单胞菌。
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▪ （5）利用乙醇原料生产单细胞蛋白。假丝酵母、 细菌、曲霉属。