第19講 單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)

第19講

單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)編輯課件教學(xué)目的與要求了解單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)現(xiàn)狀；熟悉生產(chǎn)用菌種的特性、原料種類及特點(diǎn);3.掌握單細(xì)胞的工藝過程及關(guān)鍵工藝控制;

編輯課件主要內(nèi)容1概述2生產(chǎn)SCP的微生物3生產(chǎn)SCP的基質(zhì)4SCP的生產(chǎn)5生產(chǎn)及使用本卷須知

編輯課件1概述1.1單細(xì)胞蛋白的概念單細(xì)胞蛋白〔Single-Cell-Protein,簡(jiǎn)稱SCP)一詞是由美國(guó)麻省理工學(xué)院〔MIT)的CarrollWilson教授于1966年首先提出的。通常SCP是指通過培養(yǎng)單細(xì)胞生物而獲得的生物菌體蛋白質(zhì)，又稱微生物蛋白。編輯課件用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的單細(xì)胞生物包括微型藻類、非病原細(xì)菌、酵母菌類和真菌等。它們可利用各種基質(zhì)在適宜的培養(yǎng)條件下生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。菌體中蛋白質(zhì)含量隨所用菌種及基質(zhì)而異，一般含量達(dá)40％-80％。編輯課件1.2.開發(fā)SCP的意義1)、微生物蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值微生物菌體的70％～85％為水分，干物質(zhì)中的主要成分是糖類、蛋白質(zhì)、核酸、脂類及灰分。粗蛋白的含量：細(xì)菌：40％～80％酵母菌：35％～60％絲狀真菌：15％～50％編輯課件SCP與傳統(tǒng)食品營(yíng)養(yǎng)成分比較，蛋白質(zhì)含量高，氨基酸組成較為齊全，含有人體必需8種氨基酸，尤其是谷物中含量較少的賴氨酸。還含有多種維生素、碳水化合物、脂類、礦物質(zhì)，以及豐富的酶類和生物活性物質(zhì)。單細(xì)胞蛋白的開發(fā)與生產(chǎn)為解決人類食品和飼料問題開辟了新的途徑。編輯課件單細(xì)胞蛋白與傳統(tǒng)食品的各種主要營(yíng)養(yǎng)成分含量比較編輯課件2〕、用途廣泛作為人類食品作為飼料作為工業(yè)原料〔微生物培養(yǎng)基成分、合成纖維的親水劑、各種填料、增稠劑、乳化劑及穩(wěn)定劑等〕

編輯課件世界上利用石油資源生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的企業(yè)1.3SCP生產(chǎn)的現(xiàn)狀及其開展趨勢(shì)編輯課件國(guó)內(nèi)外以農(nóng)業(yè)廢物和食品工業(yè)廢物為原料研制單細(xì)胞蛋白的主要情況

編輯課件2.1單細(xì)胞生物的特性如下：〔1〕營(yíng)養(yǎng)豐富：蛋白質(zhì)含量高達(dá)15％，可利用氮比大豆高20％，如添加蛋氨酸那么可利用氮達(dá)95％以上?！?〕利用材料廣?！?〕生產(chǎn)速率高?！?〕勞動(dòng)生產(chǎn)率高。〔5〕單細(xì)胞生物易誘變，比動(dòng)、植物品種容易改進(jìn)。2、生產(chǎn)SCP的微生物編輯課件根據(jù)利用原料種類的不同分類：〔1〕利用糖類原料發(fā)酵生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。如釀酒酵母、假絲酵母、木霉、青霉等。〔2〕利用石油原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。如酵母菌，細(xì)菌中的諾卡氏菌、假單胞菌、棒狀桿菌等。盡管已經(jīng)證明烴類蛋白質(zhì)沒有毒性和致癌性，但人們還是擔(dān)憂其平安性。2.2微生物種類編輯課件〔3〕利用甲烷為原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。以細(xì)菌為主，如甲烷假單胞菌、嗜甲烷單胞菌等。甲烷不合芳香烴，無致癌物質(zhì)，無毒害，產(chǎn)品平安性高，原料蘊(yùn)藏豐富，本錢低。但產(chǎn)生菌大多都生長(zhǎng)較慢，菌體濃度低，所以生產(chǎn)速率低，尾氣中殘留甲烷的利用尚未完全解決?！?〕利用甲醇生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。甲烷單胞菌屬、甲基球菌屬，假單胞菌。編輯課件〔5〕利用乙醇原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。假絲酵母、細(xì)菌、曲霉屬?！?〕利用二氧化碳為碳源，氫為能源的細(xì)菌為氫細(xì)菌，多為氫單胞菌屬。〔7〕利用太陽光能生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。單細(xì)胞藻類，如小球藻、螺旋藻屬及光合細(xì)菌等。編輯課件細(xì)菌：生長(zhǎng)速度快，蛋白質(zhì)含量高，能利用糖類和烴類，但個(gè)體小，別離困難，且蛋白質(zhì)不如酵母菌易于消化吸收。絲狀真菌：易于回收，但生產(chǎn)速度慢，蛋白質(zhì)含量較低。藻類：纖維質(zhì)的細(xì)胞壁不易為人體消化，且具有富集重金屬的問題。酵母菌：個(gè)體大，易于別離、回收，且蛋白質(zhì)易于吸收，目前生產(chǎn)上采用較多。2.3生長(zhǎng)特性編輯課件3、生產(chǎn)SCP的基質(zhì)3.1適于生產(chǎn)SCP的有機(jī)物需滿足的條件：價(jià)廉易于被微生物降解原料能常年可靠地供給并能夠平安、經(jīng)濟(jì)地儲(chǔ)存能經(jīng)濟(jì)地將原料運(yùn)往工廠質(zhì)量穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)編輯課件3.2用于生產(chǎn)SCP的常見廢棄物：

農(nóng)業(yè)廢棄物，需經(jīng)粉碎、堿處理以提高可消化性。烴類及其衍生物高濃度有機(jī)廢水固體廢棄物工業(yè)廢氣編輯課件4.1單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)中應(yīng)該考慮的問題：〔1〕菌種應(yīng)增殖速度快，營(yíng)養(yǎng)要求低，易于培養(yǎng)，可連續(xù)發(fā)酵，菌體收量大；〔2〕原料低廉，能大量供給，或直接利用工農(nóng)業(yè)廢料；〔3〕菌體別離回收容易；〔4〕不易被雜菌污染；〔5〕生產(chǎn)過程排放廢水少；〔6〕菌體蛋白質(zhì)含量高，氨基酸組成好；4、SCP的生產(chǎn)編輯課件〔7〕無毒性、病原菌及致癌物質(zhì)；〔8〕適口性好；〔9〕易于儲(chǔ)藏、包裝。編輯課件4.2SCP生產(chǎn)的工藝單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)的一般工藝過程編輯課件發(fā)酵車間一角編輯課件發(fā)酵車間編輯課件4.3用糖類原料生產(chǎn)菌體蛋白1〕原料：生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的糖類原料非常豐富，如糖蜜，甘薯粉、玉米粉、土豆粉、麥粉、稻草、麥稈、玉米莖和葉。其中纖維素類是生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的最正確原料之一。其優(yōu)點(diǎn)是：原料來源豐富，價(jià)廉，沒有毒性疑慮，可附帶解決城市垃圾問題，可提高纖維質(zhì)粗飼料的使用價(jià)值。編輯課件天然纖維素的聚合度、結(jié)晶度很高。由β-1,4-糖苷鍵連接的D-葡萄糖殘基組成的高分子聚合物的聚合度從幾百到一萬五千。據(jù)X衍射測(cè)定，多種植物纖維素的相對(duì)結(jié)晶度在30-40之間，而棉花纖維高達(dá)70-80，且植物纖維被木質(zhì)素包蔽著，是一種具有高度抵抗生物降解的高分子聚合物。因此，纖維素在用作碳源前必須進(jìn)行預(yù)處理，這也是該原料的缺乏之處，因而也促使人們加以研究改進(jìn)處理技術(shù)，以適用廉價(jià)生產(chǎn)的要求。2〕、纖維素編輯課件3〕利用纖維素原料生產(chǎn)SCP工藝流程編輯課件預(yù)處理有物理、化學(xué)和物理化學(xué)等方法。如磨碎、高壓蒸煮、氧化處理、酸、堿或酶水解等，使高結(jié)晶纖維素微?；栽龃罄w維素的非結(jié)晶程度和反響外表積。4〕纖維素原料的預(yù)處理編輯課件預(yù)處理過程①粉碎：秸稈類6cm-7cm的碎片。②水解：常壓下2％-3％的硫酸，加壓下0.5％-1％的硫酸。2-4%的NaOH，110-130℃加熱30-60min即可。編輯課件③中和：水解液中除含有戊糖和己糖外，還含有糠醛、萜烯、甲醇、醋酸、甲醛、甲酸等揮發(fā)性物質(zhì)。添加石灰乳中和，使pH到達(dá)6.5-6.8，然后靜止、澄清、除去石膏等，添加硫酸亞鐵等以除去單寧及其衍生物，將中和液冷卻至30℃-40℃?zhèn)溆谩＿x用能產(chǎn)生纖維素酶和木質(zhì)素酶的菌種，與纖維素原料一起混合發(fā)酸，使木質(zhì)纖維素不必處理而作為碳源。編輯課件4.4利用纖維素生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的工藝過程〔1〕生產(chǎn)菌種：中溫好氣性細(xì)菌，主要屬于纖維單胞菌屬、假單胞菌屬、纖維粘菌屬和芽孢桿菌屬等。編輯課件〔2〕工藝流程：編輯課件〔3〕所得產(chǎn)品與原料成分分析原料與產(chǎn)品分析編輯課件4.4以甲醇等醇類原料生產(chǎn)菌體蛋白以甲醇為原料的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，熔于水，缺點(diǎn)是同化甲醇的微生物比較有限，菌體收率較低、甲醇本身及其代謝產(chǎn)物甲醛有毒。但菌體別離容易，用水洗滌菌體就能將有毒物質(zhì)除去。假設(shè)能提高菌體收率，那么甲醇那么是一種極好的原料。編輯課件同化甲醇的細(xì)菌中，有的只同化甲烷和甲醇〔有假單胞菌、甲烷單胞菌、甲基球菌、甲基單胞菌等屬的一些種)，有的除甲醇外還同化乙醇或葡萄糖類，但不同化甲烷(有精朊桿菌、假單胞菌、無色桿菌及芽孢桿菌屬的一些種)。只同化甲醇的細(xì)菌(解甲基甲烷單胞菌等)。能夠利用甲醇的酵母一般也能同化烴類。研究酵母菌體生產(chǎn)比研究細(xì)菌更重要，采用的酵母有克勒克酵母、畢赤氏酵母、漢遜氏酵母、假絲酵母、圓酵母等屬。編輯課件培養(yǎng)時(shí)，通常采用無機(jī)鹽培養(yǎng)基，參加玉米漿一類有機(jī)營(yíng)養(yǎng)源，再補(bǔ)充所需要的維生素即可。甲醇以低濃度參加，一般采用2％-3％以下的濃度。以甲醇為原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，在美、英、德、日等國(guó)和北歐都通過了中試，我國(guó)臺(tái)灣也正在開發(fā)，但開發(fā)較成功的目前只有英國(guó)的ICI公司。該公司自1968年開始，12年投資1億英鎊，于1979年形成年產(chǎn)5萬噸的甲醇蛋白工廠，產(chǎn)品行銷歐洲市場(chǎng)，其飼料應(yīng)用效果很好。編輯課件甲醇蛋白生產(chǎn)工藝流程編輯課件以甲醇和乙醇為原料的食用單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)方面，目前世界上已有年產(chǎn)1000噸的中間工廠。編輯課件

5.單細(xì)胞蛋白的應(yīng)用20世紀(jì)80年代中期，全世界的單細(xì)胞蛋白年產(chǎn)量已達(dá)2.0×106t，廣泛用于食品加工和飼料中。單細(xì)胞蛋白不僅能制成“人造肉〞，供人們直接食用，還常作為食品添加劑，用以補(bǔ)充蛋白質(zhì)或維生素、礦物質(zhì)等。由于某些單細(xì)胞蛋白具有抗氧化能力，使食物不容易變質(zhì)，因而常用于嬰兒粉及湯料、作料中。干酵母的含熱量低，常作為減肥食品的添加劑。編輯課件

單細(xì)胞蛋白的應(yīng)用此外，單細(xì)胞蛋白還能提高食品的某些物理性能，如意大利烘餅中參加活性酵母，可以提高餅的延薄性能。酵母的濃縮蛋白具有顯著的鮮味，已廣泛用作食品的增鮮劑。單細(xì)胞蛋白作為飼料蛋白，也在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。編輯課件6.單細(xì)胞蛋白的平安性任何一種新型食品原料的問世，都會(huì)產(chǎn)生可接受性、平安性等問題。單細(xì)胞蛋白也不例外。例如，單細(xì)胞蛋白的核酸含量在4%～18%，食用過多的核酸可能會(huì)引起痛風(fēng)等疾病。此外，單細(xì)胞蛋白作為一種食物，人們?cè)诹?xí)慣上一時(shí)也難以接受。但經(jīng)過微生物學(xué)家的努力，這些問題會(huì)得到圓滿解決。編輯課件7、單細(xì)胞蛋白使用中需注意的問題