1、第第1919讲讲 单细胞蛋白的生产单细胞蛋白的生产1学习交流PPT教学目的与要求教学目的与要求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;2学习交流PPT主要内容主要内容 1 1 概述概述 2 2 生产生产SCPSCP的微生物的微生物 3 3 生产生产SCPSCP的基质的基质 4 SCP4 SCP的生产的生产 5 5 生产及使用注意事项生产及使用注意事项 3学习交流PPT1 1 概述概述1.1 1.1 单细胞蛋白的概念单细胞蛋白的概念 单细胞蛋白（单细胞蛋白（Single-Cell-Protein,Single-Cell-Pr
2、otein,简称简称SCP)SCP)一一词是由美国麻省理工学院（词是由美国麻省理工学院（MIT)MIT)的的Carroll WilsonCarroll Wilson教教授于授于19661966年首先提出的。年首先提出的。通常通常SCPSCP是指通过培养单细胞生物而获得的生物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。菌体蛋白质，又称微生物蛋白。4学习交流PPT 用于生产单细胞蛋白的单细胞生物包括用于生产单细胞蛋白的单细胞生物包括微型藻类、微型藻类、非病原细菌、酵母菌类和真菌非病原细菌、酵母菌类和真菌等。等。它们可利用各种基质在适宜的培养条件下生产单它们可利用各种基质在适宜的培
3、养条件下生产单细胞蛋白。细胞蛋白。菌体中蛋白质含量随所用菌种及基质而异，一般菌体中蛋白质含量随所用菌种及基质而异，一般含量达含量达4040-80-80。5学习交流PPT1.2.1.2.开发开发SCPSCP的意义的意义1)1)、微生物蛋白的营养价值、微生物蛋白的营养价值 微生物菌体的微生物菌体的70708585为水分，干物质中的主为水分，干物质中的主要成分是糖类、蛋白质、核酸、脂类及灰分。要成分是糖类、蛋白质、核酸、脂类及灰分。粗蛋白的含量：粗蛋白的含量：细菌：细菌：40408080 酵母菌：酵母菌：35356060 丝状真菌：丝状真菌：151550506学习交流PPT SCP SCP与传统食品
4、营养成分比较，蛋白质含量高，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，含有人体必需氨基酸组成较为齐全，含有人体必需8 8种氨基酸，尤种氨基酸，尤其是谷物中含量较少的赖氨酸。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，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。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。问题开辟了新的途径。7学习交流PPT单细胞蛋白与传统食品的单细胞蛋白与传统食品的各种主要营养成分含量比较各种主要营养成分含量比较8学
5、习交流PPT 2 2）、用途广泛）、用途广泛 作为人类食品作为人类食品 作为饲料作为饲料 作为工业原料（微生物培养基成分、合成纤维作为工业原料（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）的亲水剂、各种填料、增稠剂、乳化剂及稳定剂等）9学习交流PPT世界上利用石油资源生产单细胞蛋白的企业1.3 SCP生产的现状及其发展趋势10学习交流PPT国内外以农业废物和食品工业废物为原料研制单细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胞蛋白的主要情况 11学习交流PPT 2.1 2.1 单细胞生物的特性如下：单细胞生物的特性如下：（1 1）营养丰富：蛋白质含
6、量高达）营养丰富：蛋白质含量高达1515，可利用氮比大，可利用氮比大豆高豆高2020，如添加蛋氨酸则可利用氮达，如添加蛋氨酸则可利用氮达9595以上。以上。（2 2）利用材料广。）利用材料广。（3 3）生产速率高。）生产速率高。（4 4）劳动生产率高。）劳动生产率高。（5 5）单细胞生物易诱变，比动、植物品种容易改良。）单细胞生物易诱变，比动、植物品种容易改良。2、生产SCP的微生物12学习交流PPT根据利用原料种类的不同分类：根据利用原料种类的不同分类：（1 1）利用糖类原料发酵生产单细胞蛋白。如酿酒酵母、）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。假丝酵母、木霉、
7、青霉等。（2 2）利用石油原料生产单细胞蛋白。如酵母菌，细）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。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。们还是担心其安全性。2.2 微生物种类13学习交流PPT（3 3）利用甲烷为原料生产单细胞蛋白。以细菌为）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。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
8、丰富，成本低。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。产速率低，尾气中残留甲烷的利用尚未完全解决。（4 4）利用甲醇生产单细胞蛋白。甲烷单胞菌属、）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。甲基球菌属，假单胞菌。14学习交流PPT（5 5）利用乙醇原料生产单细胞蛋白。假丝酵母、）利用乙醇原料生产单细胞蛋白。假丝酵母、细菌、曲霉属。细菌、曲霉属。（6 6）利用二氧化碳为碳源，氢为能源的细菌为氢）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。细菌，多
9、为氢单胞菌属。（7 7）利用太阳光能生产单细胞蛋白。单细胞藻类，）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。如小球藻、螺旋藻属及光合细菌等。15学习交流PPT细菌：细菌：生长速度快，蛋白质含量高，能利用糖类和烃生长速度快，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类，但个体小，分离困难，且蛋白质不如酵母菌易于消化吸收。消化吸收。丝状真菌：丝状真菌：易于回收，但生产速度慢，蛋白质含量较易于回收，但生产速度慢，蛋白质含量较低。低。藻类：藻类：纤维质的细胞壁不易为人体消化，且具有富集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。重
10、金属的问题。酵母菌：酵母菌：个体大，易于分离、回收，且蛋白质易于吸个体大，易于分离、回收，且蛋白质易于吸收，目前生产上采用较多。收，目前生产上采用较多。2.3 生长特性16学习交流PPT3 3、生产、生产SCPSCP的基质的基质3.1 3.1 适于生产适于生产SCPSCP的有机物需满足的条件：的有机物需满足的条件：价廉价廉 易于被微生物降解易于被微生物降解 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能经济地将原料运往工厂 质量稳定且可预测质量稳定且可预测17学习交流PPT3.2 3.2 用于生产用于生产SCPSCP的常见废弃物：
11、的常见废弃物：农业废弃物，需经粉碎、碱处理以提高可消化农业废弃物，需经粉碎、碱处理以提高可消化性。性。烃类及其衍生物烃类及其衍生物 高浓度有机废水高浓度有机废水 固体废弃物固体废弃物 工业废气工业废气18学习交流PPT4.1 4.1 单细胞蛋白生产中应该考虑的问题：单细胞蛋白生产中应该考虑的问题：（1 1）菌种应增殖速度快，营养要求低，易于培养，）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；可连续发酵，菌体收量大；（2 2）原料低廉，能大量供给，或直接利用工农业）原料低廉，能大量供给，或直接利用工农业废料；废料；（3 3）菌体分离回收容易；）菌体分离回收容易；（4 4）不易
12、被杂菌污染；）不易被杂菌污染；（5 5）生产过程排放废水少；）生产过程排放废水少；（6 6）菌体蛋白质含量高，氨基酸组成好；）菌体蛋白质含量高，氨基酸组成好；4、SCP的生产19学习交流PPT（7 7）无毒性、病原菌及致癌物质；）无毒性、病原菌及致癌物质；（8 8）适口性好；）适口性好；（9 9）易于储藏、包装。）易于储藏、包装。20学习交流PPT4.2 SCP4.2 SCP生产的工艺生产的工艺单细胞蛋白生产的一般工艺过程21学习交流PPT发酵车间一角22学习交流PPT发酵车间23学习交流PPT4.3 4.3 用糖类原料生产菌体蛋白用糖类原料生产菌体蛋白1 1）原料：）原料：生产单细胞蛋白的糖
13、类原料非常丰富，如糖蜜，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、玉甘薯粉、玉米粉、土豆粉、麦粉、稻草、麦秆、玉米茎和叶。米茎和叶。其中其中纤维素类纤维素类是生产单细胞蛋白的最佳原料之一。是生产单细胞蛋白的最佳原料之一。其其优点优点是：原料来源丰富，价廉，没有毒性疑虑，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。使用价值。24学习交流PPT 天然纤维素的聚合度、结晶度很高。由天然纤维素的聚合度、结晶度很高。由-1,4-1,4-糖糖苷键连接的苷键连接的D-D-葡萄
14、糖残基组成的高分子聚合物的聚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。合度从几百到一万五千。据据X X衍射测定，多种植物纤维素的相对结晶度在衍射测定，多种植物纤维素的相对结晶度在30-4030-40之间，而棉花纤维高达之间，而棉花纤维高达70-8070-80，且植物纤维被，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。分子聚合物。因此，纤维素在用作碳源前必须进行预处理，这因此，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
15、用廉价生产的要求。改进处理技术，以适用廉价生产的要求。2）、纤维素25学习交流PPT3 3）利用纤维素原料生产）利用纤维素原料生产SCPSCP工艺流程工艺流程 26学习交流PPT 预处理有预处理有物理、化学和物理化学物理、化学和物理化学等方法。如磨碎、等方法。如磨碎、高压蒸煮、氧化处理、酸、碱或酶水解等，使高结高压蒸煮、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。应表面积。4）纤维素原料的预处理27学习交流PPT预处理过程预处理过程 粉碎：粉碎：秸秆类秸秆类6cm-7cm6cm-7cm的碎片。的碎片。水解：
16、水解：常压下常压下2 2-3-3的硫酸，加压下的硫酸，加压下0.50.5-1 1的硫酸。的硫酸。2-4%2-4%的的NaOHNaOH，110-130110-130加热加热30-30-60 min60 min即可。即可。28学习交流PPT 中和：中和：水解液中除含有戊糖和己糖外，还含有糠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。醛、萜烯、甲醇、醋酸、甲醛、甲酸等挥发性物质。添加石灰乳中和，使添加石灰乳中和，使pHpH达到达到6.5-6.86.5-6.8，然后静止、，然后静止、澄清、除去石膏等，添加硫酸亚铁等以除去单宁及澄清、除去石膏等，添加硫酸亚铁等以除去
17、单宁及其衍生物，将中和液冷却至其衍生物，将中和液冷却至30-4030-40备用。备用。选用能产生纤维素酶和木质素酶的菌种，与纤维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素原料一起混合发酸，使木质纤维素不必处理而作为碳源。为碳源。29学习交流PPT4.4 4.4 利用纤维素生产单细胞蛋白的工艺过程利用纤维素生产单细胞蛋白的工艺过程（1 1）生产菌种：）生产菌种：中温好气性细菌，主要属于纤中温好气性细菌，主要属于纤维单胞菌属、假单胞菌属、纤维粘菌属和芽孢杆维单胞菌属、假单胞菌属、纤维粘菌属和芽孢杆菌属等。菌属等。30学习交流PPT（2 2）工艺流程：）
18、工艺流程：31学习交流PPT（3 3）所得产品与原料成分分析）所得产品与原料成分分析 原料与产品分析32学习交流PPT4.4 4.4 以甲醇等醇类原料生产菌体蛋白以甲醇等醇类原料生产菌体蛋白 以甲醇为原料的以甲醇为原料的优点优点是价格低，熔于水，是价格低，熔于水，缺点缺点是是同化甲醇的微生物比较有限，菌体收率较低、甲醇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。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但菌体分离容易，用水洗涤菌体就能将有毒物质除去。除去。若能提高菌体收率，那么甲醇则是一种极好的原若能提高菌体收率，那么甲醇则是一种极好的原料。
19、料。33学习交流PPT 同化甲醇的细菌中，有的只同化甲烷和甲醇（同化甲醇的细菌中，有的只同化甲烷和甲醇（有有假单胞菌、甲烷单胞菌、甲基球菌、甲基单胞菌等假单胞菌、甲烷单胞菌、甲基球菌、甲基单胞菌等属的一些种属的一些种)，有的除甲醇外还同化乙醇或葡萄糖类，有的除甲醇外还同化乙醇或葡萄糖类，但不同化甲烷但不同化甲烷(有精朊杆菌、假单胞菌、无色杆菌及有精朊杆菌、假单胞菌、无色杆菌及芽孢杆菌属的一些种芽孢杆菌属的一些种)。只同化甲醇的细菌只同化甲醇的细菌(解甲基甲烷单胞菌等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。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
20、用的酵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。酵母、圆酵母等属。34学习交流PPT 培养培养时，通常采用无机盐培养基，加入玉米浆一时，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，一般采用以低浓度加入，一般采用2 2-3-3以下的浓度。以下的浓度。以甲醇为原料生产单细胞蛋白，在美、英、德、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，日等国和北欧都通过了中试
21、，我国台湾也正在开发，但开发较成功的目前只有英国的但开发较成功的目前只有英国的ICIICI公司。公司。该公司自该公司自19681968年开始，年开始，1212年投资年投资1 1亿英镑，于亿英镑，于19791979年形成年产年形成年产5 5万吨的甲醇蛋白工厂，产品行销欧洲市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。场，其饲料应用效果很好。35学习交流PPT甲醇蛋白生产工艺流程36学习交流PPT 以甲醇和乙醇为原料的食用单细胞蛋白生产方面，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目前世界上已有年产10001000吨的中间工厂。吨的中间工厂。37学习交流PPT
22、5.5.单细胞蛋白的应用单细胞蛋白的应用 20世纪80年代中期，全世界的单细胞蛋白年产量已达2.0106t，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。38学习交流PPT 单细胞蛋白的应用单细胞蛋白的应用 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
23、内得到了广泛应用。39学习交流PPT 6.6.单细胞蛋白的安全性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、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。安全性等问题。单细胞蛋白也不例外。例如，单细胞蛋白的核酸含量在例如，单细胞蛋白的核酸含量在4%4%18%18%，食用过，食用过多的核酸可能会引起痛风等疾病。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。会得到圆
24、满解决。40学习交流PPT7 7、单细胞蛋白使用中需注意的问题、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。但以微生物蛋白生产易于实现工业化。但SCPSCP的广泛的广泛使用还存在如下一些问题：使用还存在如下一些问题：（1 1）核酸含量高）核酸含量高（2 2）毒性物质存在的可能性）毒性物质存在的可能性（3 3）在人类消化管道中消化得很慢，会使使用者）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。产生消化不良或过敏等症状。（4 4）比其他来源的蛋白质，如大豆蛋白质更昂贵。）比其他来源的蛋白质，如大豆蛋白质更昂贵。41学习交流PPT思考题1 1、名词解释：单细胞蛋白（、名词解释：单细胞蛋白（SCP)SCP)2 2、简述单细胞蛋白的生产工艺和操作要点？、简述单细胞蛋白的生产工艺和操作要点？42学习交流PPT43学习交流PPT
