单细胞蛋白的利用

酵母菌 １６￣２０
－
－
－
１．９
２．４
细菌 ６５￣８５ ５￣１５ １３￣３５ １５￣４５ －
－
微藻 ５０￣６０ ２￣３ １８￣２０ －
１．３
２．４
真菌 ３０￣６０
７
－
－
１３．２ ０．７
目前微生物蛋白开发重点集中在其他三大类群。 １．３ 生产 ＳＣＰ 原料 １．３．１ 石油及其产品类
近代大规模生产 ＳＣＰ， 多数以石油及其产品为 原料。利用石蜡、正烷烃、甲烷、甲醇、乙醇等作 为原料来繁殖酵母菌和单胞菌， 并将菌体干燥制成 含蛋白质 ４５ ｇ／１００ｇ ￣ ６０ ｇ／１００ｇ烃蛋白。但以石油为 原料生产 ＳＣＰ， 从长远看， 其资源有限， 加之石油 价格不断上升， 因此， 人们开始重视利用再生资 源， 特别是废弃物生产 ＳＣＰ。 １．３．２ 工厂废液
食品厂废渣广泛、种类很多， 如薯类淀粉厂木 薯渣、甘蔗渣、废糖蜜、甜菜渣、酒厂酒渣、水果 加工厂果渣等， 若不加以妥善处理， 则可能会造成 环境污染。菌种选育以能利用纤维素的木霉和青霉 为主， 对食品废渣进行适当预处理， 以破坏其纤维 结构便于酶解。假丝酵母， 球拟酵母和汉逊酵母都 被广泛应用于食品废渣生产 ＳＣＰ。 １．３．４ 光能和无机碳源
士研究生。 收稿日期： ２００７－ ０７－ １８
的 问 题 。 因 此 ， 发 展 ＳＣＰ 生 产 工 业 ， 意 义 极 其 重 大。
１ ＳＣＰ 定义、种类及来源
１．１ ＳＣＰ 定义 单 细 胞 蛋 白 （ Ｓｉｎｇｌｅ ｃｅｌｌ ｐｒｏｔｅｉｎ 简 称 ＳＣＰ）
又称微生物蛋白或菌体蛋白， 是利用工业废水、废 气、天然气、石油烷烃类、农副加工产品以及有机 垃圾等作为培养基， 培养酵母、非病源细菌、真菌 等单细胞生物体， 然后经过净化干燥处理后制成， 是食品工业和饲料工业的重要蛋白质来源。 １．２ 单细胞蛋白的营养价值及生产 Ｓ ＣＰ 微生物种类
螺旋藻、鱼腥藻、小球藻、盐藻等微型藻类利 用太阳能， 通过光合作用制造有机物质， 作为人畜 直接或间接的食物。微藻系自养有机体， 可利用无 机碳源如二氧化碳、碳酸氢盐作为养料生产 ＳＣＰ。
２ ＳＣＰ 的特点
２．１ ＳＣＰ 的优点 ａ） 营养丰富， 生物效能高。 ｂ） 利用原料 广 ， 可 就 地 取 材 ， 廉 价 大 量 地 解
其中细菌蛋白质含量较高， 但其他成分较复 杂， 核酸含量较高， 含有毒物质的可能性较大， 分 离出的蛋白质不如其他微生物蛋白易消化。因此，
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许 倩， 等： 单细胞蛋白的利用
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１２ 月出版
表 １ 各种单细胞蛋白营养成分的比较
蛋白质 脂肪 碳水化 维生素 Ｂ 钙
磷
成份
合物
ｇ·（ １００ｇ） －１ ｇ·（ １００ｇ） －１ ｇ·（ １００ｇ） －１ ｍｇ·ｋｇ－１ ｇ·（ １００ｇ） －１ ｇ·（ １００ｇ） －１
单细胞蛋白 （ ＳＣＰ） 生产有 ７０ 年的历史。早在 “二战”期间， 德国因缺乏蛋白质和维生素食品， 建立起生产单细胞蛋白的工厂。战后， 许多国家都 建 立 了 生 产 ＳＣＰ 的 工 厂 。１９７３ 年 第 二 次 国 际 ＳＣＰ 讨论会上， 英国的 ＩＣＩ 公司， 以甲醇为原料生产的 饲用 ＳＣＰ， 商品名为“布鲁丁”， 年产量 ７０ ｋｔ。西 德黑斯伍公司也以甲醇为原料， 培养细菌生产食用 ＳＣＰ。由于细菌含有 １５ ｇ／１００ｇ ￣ ２５ ｇ／１００ｇ核酸， 作 为食用 ＳＣＰ， 应将细胞中的蛋白与核酸分离开， 蛋 白 （ 含核酸 １ ｇ／１００ｇ以下） 可供人类食用。核酸在 ５－ 磷酸二酯酶降解作用后产生出核苷酸， 作为助鲜
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食 品工 程
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菌肽， 能与饲料蛋白质结合， 阻碍蛋白质的消化。 同时， 单细胞蛋白中还含有一些不能被消化的物 质， 如甘露聚糖， 对饲料干物质的消化起副作用。
ｄ） 喂食单细胞 蛋 白 也 可 造 成 氨 基 酸 供 应 不 平 衡的弊端。对于这个问题的解决可以在加工单细胞 蛋白过程当中添加适量的蛋氨酸和精氨酸， 使氨基 酸的比例趋于合理。
作为动物饲料 ＳＣＰ， 一般只把离心收集菌种经 洗涤进行喷雾干燥或滚筒干燥， 而作为人类食品则 需除去大部分核酸， 一般将收集到的菌体， 经洗涤 后水解， 以破坏其细胞壁溶解为蛋白质、核酸等，
再经分离、浓缩、喷雾干燥。
４ 单细胞蛋白的应用
４．１ 单细胞蛋白在饲料生产上的应用 单细胞蛋白是当今世界积极研究的新蛋白质饲
ｆ） 单细胞生物易诱变， 比动、植物品种容易改 良。可采用物理、化学、生物学方法定向诱变育 种， 获得蛋白质含量高、质量好、味美， 并易于提 取蛋白质的优良菌种。 ２．２ ＳＣＰ 存在的不足之处及解决的办法
ａ） 核酸含量过高， 尤其是 ＲＮＡ 的含量高。细 菌蛋白中 ＲＮＡ 含量为 １３ ｇ／１００ｇ ￣ ２２ ｇ／１００ｇ， 酵 母 菌中 ＲＮＡ 含量为 ６ ｇ／１００ｇ ￣ ４１ ｇ／１００ｇ。核酸在家畜 体内消化后形成尿酸， 因家畜体内无尿酸酶， 尿酸 不能分解， 随血液循环在家畜体内的关节处沉淀或 结晶， 从而引起痛风或风湿性关节炎症。同时由于 核酸含量高， 肝脏中嘌呤的代谢率会增高， 结果就 会产生大量尿酸， 从而导致尿石形成以及代谢失 衡。此种情况下， 假如限制单细胞蛋白在日粮中的 用量 ， 使 其 不 超 过 蛋 白 补 给 量 的 １５ ％， 这 一 问 题 就会得到部分缓解。
在酒精、味精、豆制品、淀粉、丙酮、丁醇、 皮革、亚硫酸、造纸等生产过程中， 产生大量废 液， 将其收集起来接种菌种， 可生产 ＳＣＰ。南京发 酵厂利用豆制品废水培养白地霉， 生产 ＳＣＰ２４０ 多 吨 （ 干粉） ； 日本用豆制品废水培养培养胶质红色 假 单 胞 菌 （ Ｒｈｏｄｏｐ－ ｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｇｅｌａｔｉｎｏｓａ） 。 一 个 日产 ２２ ｍ３ 的豆制品废水工厂， 每天可生产 ＳＣＰ２３６ ｋｇ， 其蛋白质含量为 ６２ ｇ／１００ｇ￣ ６３ ｇ／１００ｇ， 含硫氨 酸量 比 大 豆 、 鸡 蛋 都 高 ， 而 且 含 维 生 素 Ｂ１ 和 胡 萝 卜素比酵母高几百倍。 １．３．３ 食品厂废渣
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食品工程
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ＦＯＯＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
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单细胞蛋白的利用
Ｕｔｉｌｉｚａ ｔｉｏｎ ｏｆ ｓ ｉｎｇｌｅ ｃｅ ｌｌ ｐｒｏｔｅ ｉｎ
许 倩 １＊ 李宏菊 ２ 王秋京 ３
（１ 塔里木大学， 新疆 ８４３３００） （２ 东北林业大学， 哈尔滨 １５０００１） （３ 黑龙江省气象科学研究所， 哈尔滨 １５００３０）
温度和 ｐＨ 值都应适宜， 通风供氧， 搅拌或翻 滚料， 并注意糖的浓度。 ３．４ 分离过滤
冷却后用高速离心机或滤布过滤。在生产中为 了使培养液中的养分得到充分利用， 可将部分营养 液连续送入分离器中， 分离后的上清液回到发酵罐 中循环使用。对较难分离的菌种可加入絮凝剂， 以 提高其凝聚力便于分离。 ３．５ 干燥
决原料问题。可以变废为宝， 利用农副产品的下脚 料甚至是工业废水、烃类及其衍生物进行生产， 这 些资源数量多， 且用后可以再生， 还可实现环境保 护。
ｃ） 可 提 供 稳 定 的 蛋 白 质 来 源 。 微 生 物 蛋 白 可 进行连续的工业化生产， 比农业生产需要的劳动力 少， 不受季节、土地和气候的限制。
料资源， 他能够促进动物的新陈代谢， 有利于充分 发挥畜禽的生产潜力。
饲料酵母是利用工农业废弃物及农副产品下脚料 采用生物技术生产的一种蛋白质饲料， 是单细胞蛋白 的主要产品， 其蛋白质含量为 ４０ ｇ／１００ ｇ ￣ ６０ ｇ ／１００ ｇ， 并含有多种必需氨基酸、多种维生素， 是接近鱼粉 的优质蛋白质饲料。
ｄ） 使用设备 简 单 ， 占 地 面 积 小 。 单 细 胞 蛋 白 可以在大型发酵罐中立体式培养， 占地面积少。
ｅ） 繁 殖 快 ， 生 产 周 期 短 ， 生 产 效 率 高 。 在 同 一时间内， 合成蛋白质的能力比植物快几倍到几万 倍， 比动物快千万倍。在适宜条件下， 细菌倍增时 间为 ０．５ ｈ￣１ ｈ， 酵 母 菌 为 １ ｈ￣３ ｈ， 霉 菌 和 绿 藻 类 为 ２ ｈ￣ ６ ｈ， 植物为 ７ ｄ￣ １４ ｄ， 牛为 ３０ ｄ￣６０ ｄ， 猪 为 ２８ ｄ ￣ ４２ ｄ。
剂、调味品， 去核酸的蛋白可添加在面包等食品 中， 作为强化剂。ＳＣＰ 的生产不仅可以应付战时蛋 白质供应的短缺， 而且在农业、畜牧及渔业歉收 时， 也可补充蛋白质供应的不足。当今世界人口迅 速增长， 要确保充足的蛋白质供给是一个十分严峻 ＊ 许倩， 女， １９８０ 年出生， ２００６ 年毕业于东北农业大学， 硕
Ｘｕ Ｑｉａｎ １＊ Ｌｉ Ｈｏｎｇ－ ｊｕ２ Ｗａｎｇ Ｑｉｕ－ ｊｉｎｇ３
（１ Ｔａｒｉｍ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉｎｊｉａｎｇ ８４３３００， Ｃｈｉｎａ） （２ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｒｂｉｎ １５０００１， Ｃｈｉｎａ） （３ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｈａｒｂｉｎ １５００３０， Ｃｈｉｎａ）
ｂ） 某些单细 胞 蛋 白 还 可 能 对 动 物 具 有 毒 性 作 用， 尤其是细菌蛋白和培养基中含有石油衍生物 时。但此类问题可通过选用适当的材料作为培养基 而得到解决。例如， 甲醇中芳香族化合物含量极 低， 并且很容易分离出来。
ｃ） 含 单 细 胞 蛋 白 的 饲 料 ， 其 消 化 率 比 常 规 蛋 白质低 １０ ％￣１５ ％， 这是因为单细胞蛋白中含有毒
ＳＣＰ 营养价值高， 含较多的粗蛋白， 蛋白质含 量 ４０ ｇ／１００ｇ ￣ ６０ ｇ／１００ｇ， 其中氨基酸组份齐全， 赖 氨酸等必需氨基酸含量较高， 同时含有丰富的维生 素、促生产因子， 是一种具有较高价值的蛋白。与 豆粉相比， 单细胞蛋白蛋白质含量高出 １０ ｇ／１００ｇ ￣ ２０ ｇ／１００ｇ， 可利用氮比大豆高 ２０ ％， 如添加蛋氨酸 则可利用氮达 ９５ ％以上 。 可 用 于 生 产 ＳＣＰ 微 生 物 种类很多， 在选择时应从食用安全性、加工难易， 生产效率和培养条件等方面考虑， 其中最重要的是 安全、无毒和不致病。目前用于生产 ＳＣＰ 微生物包 括四大类群： 即非致病和非产毒的酵母、细菌、真 菌和藻类。单细胞蛋白的化学营养成分因培养条件 和微生物种类的不同而存在差异。各种单细胞蛋白 的化学组成比较见表 １。
总之， 只要能认清单细胞蛋白的问题， 并合理 地加以处理， 就可以扬长避短， 将单细胞蛋白的优 势充分地发挥出来。
３ 单细胞蛋白生产的一般工艺
菌种→菌种扩大培养→发酵罐培养→培养液→
分百度文库→菌体→
水解→分离→蛋白质提取→纯 化→干燥→食品
洗涤或水解→干燥→动物饲料
３．１ 菌种扩大培养 在无菌室或超净工作台内接种原种后， 转到斜
摘 要 概括了单细胞的定义、种类、来源、 生产工艺及其在饲料和食品工业中的应用； 阐明 了单细胞蛋白开发和生产的前景。 关键词 单细胞蛋白 单细胞的应用 前景 Ａｂｓｔｒ ａｃｔ Ｉｔ ｇａｔｈｅｒｅｄ ｕｐ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ、ｖａｒｉｅｔｉｅｓ、ｏｒｉｇｉｎａ－ ｔｉｏｎ、ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｆｏｏｄ ａｎｄ ｆｅｅｄ ； Ｉｔ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ ｔｈｅ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｅｌｌ Ｐｒｏｔｅｉｎ． ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ ＳＣＰ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃｅｌｌ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ
面培养基上培养， 然后再转到三角瓶中培养， 最 后， 由小种子罐到大种子罐。培养基要求含碳源－ 单糖或分子多糖； 氮源－ 原料中蛋白质不足时可添 加硫醇铵或尿素； 矿物质－ 过磷酸钙和硫酸来铁 等， 也可添加一些有利于菌体生长的生长素。 ３．２ 灭菌
所用的培养液以及所提供的空气都必须灭菌， 前者多采用蒸气加热灭菌， 后者常用陶瓷多孔过滤 器去除细菌。 ３．３ 培养