单细胞蛋白的生产.docx

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单细胞蛋白的生产

摘要：

单细胞蛋白（Singlecellprotein，简称SCP）指的是单细胞菌体蛋白，其蛋白含量高，营养丰富。

单细胞蛋白蛋白质含量比豆粉高10％～20％，可利用氮比大豆高20％。

因此，利用非食用资源和废弃资源（如农副产品下脚料和工业废液等）开发和推广单细胞蛋白的生产，将成为补充饲料蛋白质来源不足的重要途径，意义十分重大[1]。

本设计利用生产味精的废液为原料，采用热带假丝酵母液体发酵制取单细胞蛋白饲料，探索出具有工业化应用潜力的工艺路线。

味精废液是味精生产过程中发酵液中的谷氢改经冷冻等电后分离的残余发酵液。

这部分废液含有还原糖％，氨氮896mg／L，有机氮76mg／L，COD51216g/L，是当前污染环境、破坏水生生态平衡的污染源。

用此液培养假丝酵母，在30℃、1：

1通气条件下，12小时后菌体干物质达20g/L左右。

关键词：

单细胞蛋白，酵母菌，味精废液，发酵

1前言

以味精废液为原料生产饲料酵母，废液不经过滤，只需加少量氨水，用热带假丝酵母酵母直接发酵，工艺简单，操作简便。

味精废液通过酵母发酵后，COD去除率达60％左右。

因此，利用味精废液生产饲料酵母，不仅能减轻污染，保护环境，同时又是一条开辟蛋白质饲料来源的新途径，对促进畜禽养殖业的发展具有重大的意义。

味精废液生产的饲料酵母，蛋白质含量高达60％，其中含有18种氨基酸，并合有丰富的B族维生素，因此是一种富含氨基酸、维生素的全效价蛋白质饲料。

经动物蛋白质利用试验表明，鸡、猪的消化吸收率分别达88．53％和％。

通过在猪、鸡粮中添加饲料酵母与鱼粉进行饲喂对比试验证明，词喂味精废液饲料酵母的经济效益比进口鱼粉高。

表1味精废液的主要成分

单细胞蛋白饲料的优点

1.1.1蛋白质含量丰富

单细胞蛋白蛋白质含量一般在40％以上（细菌含蛋白质50％～80％，酵母菌含蛋白质40％～60％，藻类含蛋白质40％～50％，霉菌含蛋白质20％～30％），并且氨基酸的含量齐全，比一般蛋白质营养价值高，此外还含有丰富的维生素和未知因子[6]。

因此，单细胞蛋白饲料可称得上是一种全价的蛋白质饲料，可部分代替鱼粉饲喂动物。

表2饲料酵母、鱼粉、豆饼的化学成分

1.1.2原材料来源广泛

生产单细胞蛋白饲料的原料来源很广：

农业副产品，如糖渣、果渣、淀粉渣、饼粕；工业废液，如酿酒工业副产品、淀粉工业副产品、味精工业副产品、柠檬酸工业副产品；造纸废液、味精废液、豆腐废水、甘蔗糖蜜废液、有机废水、啤酒混合废液等。

除此外还有植物纤维素如植物秸秆，皮、壳、芯、林业废弃物。

微型藻类，作饲料的藻类有螺旋藻和小球藻等单细胞藻类，其中钝顶螺旋藻和极大螺旋藻最理想，蛋白质含量一般为60％～70％。

1.1.3生长速度快

单细胞生物世代周期短，生长繁殖速度快，在良好的条件下，微生物干物质产量在2～4h内可增加1倍以上，其富集蛋白质的能力远远高于动植物。

因此，以工业方式生产单细胞蛋白能比较快地提高饲料蛋白的产量。

1.1.4不受季节和气候等条件的影响

单细胞蛋白的生产不受季节和气候、土壤、自然灾害的影响，可以在工厂里进行，与传统的农业生产方式相比，过程易于控制，可以节省耕地、人力和能源。

细胞蛋白生产的菌种类型

可用于生产单细胞蛋白的菌种类别很多。

大致可以分为酵母菌、细菌、真菌和微藻[2]。

其中，酵母菌主要包括白地霉、热带假丝酵母、产朊假丝酵母、啤酒酵目等等[3]。

常用的酵母菌有啤酒酵母、产院假丝酵母和热带假丝酵母菌等，前者只能利用己糖，而后者能利用戊糖和己糖，在缺乏营养的培养基中生长很快。

饲料酵母应用广泛，是将酵母菌繁殖在适当的工农业副产品上而制成的一种饲料。

酵母菌核酸含量较低，容易收获，且在偏酸环境下（pH能够生长，可减少污染[4]。

虽然真菌的蛋白质含量为30％～60％，但缺乏蛋氨酸，这可在加工过程中添加0．2％蛋氨酸加以解决。

用藻类生产单细胞蛋白已有很长的历史，但藻类不易消化和代谢。

表3：

外农产品加工废料为原料研制单细胞蛋白饲料主要情况

单细胞蛋白的生产工艺的类型

1.3.1液体深层发酵法[4]

液体深层发酵法是将糟液分离得到的废糟水，添加营养盐和适当玉米浆，调节pH至，接种假丝酵母等多株菌种混合发酵，再经分离、干燥得到成品。

液体深层发酵法产量大、机械化程度高、易于监控，适合于工业化生产，但投资大、生产成本较高。

1.3.2固体发酵法

固体发酵是指微生物在没有或几乎没有游离水的固态的湿培养基上的发酵过程。

固态态的湿培养基一般含水量在30%-70%，而无游离水流出，此培养基通常是“手握成团，落地能散”。

一般只在麦麸、棉菜柏、次粉、玉米蛋白粉及其他非常规饲料中加适量废渣水，适度灭菌后，接种假丝酵母、黑曲霉、米曲霉等进行发酵，烘干后制成蛋白饲料[5]。

单细胞蛋白饲料的应用

在饲料工业上的应用：

单细胞蛋白作为饲料蛋白，已被世界广泛应用。

例如用假丝酵母及产朊酵母作为菌种，利用亚硫酸废液或石油生产酵母菌体，可用于牲畜饲料。

用它喂养家禽、家畜，效果好、生长快，奶牛产奶多。

鸡产蛋率增高，并能增强机体免疫力。

稻壳可生产单细胞蛋白饲料。

在食品工业上的应用：

SCP蛋白特别是由农副产物原料生产的酵母菌和假丝酵母及最近美国用乙醇为

原料生产的SCP可用作人类食品，是食品工业的重要蛋白质来源。

酵母蛋白具有黏性和凝胶性、起泡性、水合性、成纤性和组织成型性等功能特性，因此，除可作为食品直接食用外，还可广泛应用于食品加工中。

2菌种的选育

一般菌种分离纯化和筛选的步骤如下：

菌种的选取及筛选

2.1.1菌种的选取

本设计选用热带假丝酵母，热带假丝酵母在28℃--30℃的麦芽汁中培养24h，原本清澈的麦芽汁以十分混浊，瓶底有白色菌体沉淀。

在400倍显微镜下，观察在麦芽汁培养基中接种48h后菌种的形态图可见，菌种正处在生长旺盛期，成熟的酵母细胞长出芽体，母细胞的细胞核分裂成两个子核，一个随母细胞的细胞质进入芽体内，当芽体接近母细胞大小时，自母细胞脱落成为新个体，如此继续出芽。

酵母菌生长旺盛，在芽体尚未自母细胞脱落前，即可在芽体上又长出新的芽体，最后形成假菌丝状。

图1热带假丝酵母的形态

2.1.2菌种的采集

土壤是微生物的大本营，种类多，数量广。

在那里几乎可以找到各种有用的微生物，因而是最常采集的样品。

采集土样时应注意土坡的肥瘦、采土深度、伞坡湿度、pH值、采土季节、植被等条件。

采土后要尽快分路否则要影响微生物种类的组成。

本设计使用的热带假丝酵母在土壤中选取。

2.1.3培养菌

菌种还需要纯化筛选。

每个250mL三角瓶加100mL种子培养基，灭菌后接人斜面菌种1环。

培养条件：

摇床转速160r／min，培养温度3O℃，培养时间20h，备用[11]。

将得到的菌株，挑取生长状况良好的,菌落乳白色，平滑，有或无光泽，边缘整齐或菌丝状菌落重新接入富集培养基上培养。

2.1.4菌种的初筛

用常规微生物分离方法，将抽块样品进行稀释，分别从活化的斜面上用无

菌水洗下，制成菌悬液，稀释至10-6后，取lml涂布于平皿，划线分离，静止培养2d，观察固体平板上各菌株的生长情况，以菌落大小，颜色，凸起程度。

生长速度为评价标准。

挑选出生长迅速，菌落大且凸起的酵母菌作为酵母复筛的初始菌株[11]。

2.1.5菌种的复筛[11]

将分离到的热带假丝酵母，接种到发酵培养基中，30℃静止培养．24h倒瓶1次，发酵培养60h，并在发酵过程中每隔12h监控1次真蛋白质含量。

用凯氏定氮法、氮基酸分析法等进行复筛，选出高蛋白含量的酵母菌株。

诱变育种

诱变育种是利用物理、化学等诱变因素处理微生物群体诱发基因发生突变，然后根据育种目标，从无定向的突变抹中，筛选出我们所需要的菌种。

诱变育种的理论基础是突变，大致步骤如下：

菌种的保藏

优良菌种被分离选育出来后，必须尽可能保持其原来性状和活力不变异，不死亡，不被污染。

但在自然条件下，菌种的污染、死亡和生产性能的逐渐下降又是不可避免的。

为了解决这一矛盾，就必须采取妥善的的保藏方法，以便随时供应优良菌种给生产、科研使用[12]。

菌种保藏是进行微生物研究和微生物育种工作的重要组成部分，其首要任务是使菌种不死亡，同时还要尽可能设法把菌种的优良特性保持下来而不致向坏的方面发展。

菌种保藏主要是根据菌种的生理生化特点，人工创造条件，使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以减少变异。

一般可通过保持培养基成分在最低水平，缺氧状态，干燥和低温，使菌种处于“休眠”状态，抑制其繁殖能力。

菌种常用的保存的方法有斜面冰箱保藏法、沙土管保藏法、菌丝速冻法、石蜡油封存法、真空冷冻干燥保藏法、液氮超低温保藏法。

3培养基的配制

配置培养基的原则

培养基是指人工配制的用于细胞培养和发酵的各种营养物质的混合物。

在设计培养基时

①要根据不同细胞和不同用途的不同要求，确定各组分的种类和含量

②考虑C、N源时速效与长效相搭配

③有合适的C、N比

④生理酸、碱性盐及缓冲液搭配

⑤各种培养基成分用量需要根据试验结果来定，如果代谢成分清楚可以进行物料衡算来做参考

⑥选择成分时，应注意原料的货源，价格，加工方式等以保证生产正常进行，降低成本。

培养基类型

培养基可以按照用途可以分成孢子培养基、种子培养基和发酵培养基。

3.2.1孢子培养基

孢子培养基是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基，对这类培养基的要求是能使菌体生长迅速,产生数量多而且优质的孢子,并且不会引起菌体变异。

①培养基的营养不要太丰富，特别是有机氮源要低一些，否则孢子不易形成。

②无机盐的浓度要适当,否则会影响孢子的颜色和数量。

③应注意培养基的pH值和湿度。

生产上常用的孢子培养基有：

麸皮培养基、小麦培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基和用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食盐等配制的琼脂斜面培养基。

3.2.2种子培养基

种子培养基是供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌丝体长的粗壮，成为活力强的“种子”。

应该提供速效碳源如葡萄糖等；氮源也要提供一些易于利用的；磷酸盐的浓度可以适当高一些；总之要相对丰富、完全、并要考虑能够维持稳定的pH值。

一般种子培养基都用营养丰富的而完全的天然有机氮，因为有些氨基酸能刺激孢子发芽。

但无机氮容易利用，有利于菌体的迅速生长，所以在种子培养基中常包括有机氮源和无机氮源。

3.2.3发酵培养基

发酵培养基既要有利于生长繁殖，防止菌体过早衰老，又要有利于产物的大量合成。

要求培养基的组成应丰富、完全，碳、氮源要注意速效和迟效的互相搭配，少用速效营养，多加迟效营养，还要考虑适当的碳氮比，加缓冲剂稳定pH值；并且还要有菌体生长所需的生长因子和产物合成所需的元素、前体和促进剂等。

热带假丝酵母菌的培养基及培养条件

A:

斜面培养基：

5Be麦芽汁，麦芽汁10％，琼脂2％，PH值自然，1．12KPa灭菌20min[9]。

B:

种子培养基:

葡萄糖100、（NH）2SO21、尿素1O、酵母粉2．0、

MgSO41．1、K2HPO41．0、KH2PO40．50。

250mL三角瓶装液量100mL[13]。

C：

种子罐培养级味精生产废液。

D：

发酵培养基：

味精生产废液。

味精生产废液：

经一步冷冻等电发提取谷氨酸后的废液，其成分含量（g/100ml）:

残糖，全氮，谷氨酸，速效磷，COD50000-60000mg/L,BOD25000-30000mg/L,pH[10]。

培养基的设计

3.4.1碳源

碳源是构成酵母细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质，同时又是合成细胞所需生物能量的来源，一般情况下每生长1g酵母干固物理论上需碳水化合物2g左右。

蛋白酶的生产既受分解代谢物阻遏也受底物的诱导，葡萄糖等容易利用的碳源常可引起分解代谢阻遏使产酶降低，故通常用大麦粉、玉米粉、淀粉，有时也用麦芽糖为碳源。

3.4.2氮源