工业发酵过程实例-单细胞蛋白生产工艺

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1、单细胞蛋白（SCP）是通过培养单细胞生物而获得的菌体蛋白质。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。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％。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。单细胞蛋白与传统食品的各种主要营养成

2、分含量比较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。16.1作为蛋白质资源的微生物（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。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。（3）利用甲烷为原料生产单细胞蛋白。以细菌为主，

3、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。（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。（5）利用乙醇原料生产单细胞蛋白。假丝酵母、细菌、曲霉属。（6）利用二氧化碳为碳源，氢为能源的细菌为氢细菌，多为氢单胞菌属。（7）利用太阳光能生产单细胞蛋白。单细胞藻类，如小球藻、螺旋藻属及光合细菌等。世界上利用石油资源生产单细胞蛋白的企业国内外以农业废物和食品工业废物为原料研

4、制单细胞蛋白的主要情况16.2用糖类原料生产菌体蛋白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。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。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

5、生物降解的高分子聚合物。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。利用纤维素原料生产SCP工艺流程1．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。（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30~60min即可。（3）中和：水解液中除含有

6、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。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。2．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。（2）工艺流程：（3）所得产品与原料成分分析原料与产品分析16.3以甲醇等醇类原料生产菌体蛋白以甲醇为

7、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。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)。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、

8、毕赤氏酵母、汉逊氏酵母、假丝酵母、圆酵母等属。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。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