（市政工程专业论文）利用废糖蜜生产单细胞蛋白的实验研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 ii i ii l ii_ 摘要 广西是我国的产糖大省，拥有丰富的甘蔗糖蜜资源，但长期以来，这些宝贵的糖蜜资 源只是用来生产经济附加值较低的酒精产品，且大多数的中小型糖厂由于资金和技术的制 约所产生的糖蜜酒精废液一直不能达标排放，这样不仅对环境造成严重的污染而且制约了 广西糖业的发展。因此，探索出一条糖蜜废液资源化利用的新路子意义非常重大。 单细胞蛋白( s i n g l ec e l lp r o t e i n ，简称s c p ) 指的是单细胞菌体蛋白，其蛋白含量高， 营养丰富。在当今世界性饲料蛋白质资源严重不足情况下，尤其是在我国，随着生活水平 的不断提高，饲料蛋白已经远远不能满足饲养业发展的需要，开发新的饲料蛋白资源已经 成为我国饲料业的重要课题。本研究利用制糖副产物废糖蜜为原料，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。主要研究内容如下： l 、通过实验分别测得甘蔗蜜中还原糖和总糖含量。按还原糖与总氮计算所得的c n 原子 摩尔比，从而证明甘蔗糖蜜是用于发酵生产单细胞蛋白的理想原料。 2 、通过发酵生产s c p 的四株菌株性能的测定可知，热带假丝酵母、皮状丝孢酵母、产朊 假丝酵母都是生长率快、细胞干重高、粗蛋自含量较高、总产量高的菌株，为利用废糖 蜜生产s c p 的最佳菌种。 3 、利用废糖蜜发酵生产单细胞蛋白的最佳菌种组合为白地霉、热带假丝酵母和产朊假丝 酵母以l ：1 ：l 的比例组合，投菌量为1 0 ，在2 0 9 1 0 0 m l 的糖蜜废液中，分别投加硫酸 镁、磷酸二氢钾和过磷酸钙，投加量分别为o 3 9 1 0 0 m l 、0 3 9 l o o m l 和0 6 9 1 0 0 m l ， 调节p h 为5 o ，在3 0 下发酵7 2 h ，经过干燥处理，可获得酵母干菌体。 4 、采用序批次操作，以白地霉、热带假丝酵母和产朊假丝酵母组成的混合菌种在糖蜜废 液培养基中发酵，在4 l 生物自动发酵罐中进行放大培养，测定了混合菌的生长曲线， 并借助手持式糖量计对培养液的糖度随酵母菌生长所产生的变化进行了测定。 5 、采用m o n o d 模型对混合菌发酵得到了较好的理论论述，并取得了相关的动力学参数， 阐明了混合菌发酵的动力学特征。 6 、废糖蜜是制糖工业的主要废弃物，经稀释、酸化、澄清、投加营养盐后，在最适发酵 条件下生产单细胞蛋白，具有很好的经济效益和社会效益、并具有很好的发展前景。 关键词：废糖蜜单细胞蛋白酵母菌好氧发酵 桂林工学院硕 士学位论文 a b s t r a c t g u a n g x i ，o n eo ft h el a r g e s ts u g a rp r o d u c i n gp r o v i n c si nc h i n a , h a sr i c hr e s o u r c e so f m o l a s s e s b u tf o ral o n gt i m e ，t h e s ev a l u a b l em o l a s s e sr e s o u r c ei so n l yu s e dt op r o d u c ea l c o h o l p r o d u c tw h i c hh a sl i t t l ea f f i x a t i o n , a n dm o l a s s e sa l c o h o ll i q u i dp r o d u c e db ym o s to ft h e s e s u g a r - r e f i n e r yc 矗n tr e l e a s es t a n d a r db e c a u s e o ft h er e s t r i c t i o no ft h ef u n da n dt e c h n o l o g y ，i nt h i s w a y ，i tn o to n l yh a ss e r i o u sp o l l u t i o nt oe n v i r o n m e n t ，b u ta l s or e s t r i c t st h ed e v e l o p m e n to f g u a n g x is u g a r s oi th a sg r e a ts i g n i f i c a n c e t oe x p l o r ean e w w a yf o rm o l a s s e sr e c y c l e s i n g l ec e l lp r o t e i n ( s c p ) r e f e r st os i n g l e - c e l lb a c t e r i ap r o t e i n ；i th a sh i g hp r o t e i na n dr i c h n u t r i t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h el i v i n gs t a n d a r da n dt h es e r i o u ss h o r t a g eo ff o d d e rp r o t e i n r e s o u r c e si nt h ew o r l d ，e s p e c i a l l yi nc h i n a , f o d d e rp r o t e i nh a sb e e nf a rf r o mm e e t i n gt h en e e d s o ff a r m e r s ，s ot h ed e v e l o p m e n to fn e wf o d d e rp r o t e i nr e s o u r c e sh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tt o p i ci n o u rf o d d e ri n d u s t r y t h i sp a p e ru s e dw a s t em o l a s s e so fs u g a rb y p r o d u c ta sr a wm a t e r i a lt o p r o d u c es i n g l e c e l lp r o t e i nf e e da f t e rl i q u i df e r m e n t a t i o n ，w h i c hh a se x p l o r e dap r o c e s sr o u t e s w i t hp o t e n t i a li n d u s t r i a l i z a t i o na p p l i c a t i o n s t h em a i nc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 i nt h ee x p e r i m e n t ，t h er e d u c i n gs u g a rc o n t e n ta n dt h et o t a ls u g a rc o n t e n ts h o u l db e m e a s u r e da n du s et h er e d u c i n gs u g a ra n dt h et o t a ln i t r o g e nt og e tt h ec n t h er e s u l ts h o w e d t h a ts u g a r c a n em o l a s s e si st h ei d e a lr a wm a t e r i a l st op r o d u c es c p 2 t h ec a n d i d at r o p i c a l i s ，w h i c hh a sf a s t e rg r o w t hr a t e ，h e a v i e rd r yc e l l ，h i g h e rc r u d e p r o t e i nc o n t e n t ，a n dh i g h e rp r o d u c t i o ns t r a i n si np r o d u c i n gs c p ，i st h eb e s tb a c t e r i at op r o d u c e s c pu s i n gw a s t em o l a s s e s 3 g e o t r i c h u mc a n d i d u m ，c a n d i d a t r o p i c a l i sa n dc a n d i d au t i l i st ot h er a t i oo f1 ：1 ：1 ，10 o f b a c t e r i a , i st h eb e s tw a yt op r o d u c es c pu s i n gw a s t em o l a s s e s a n di n2 1 3 l g lo o m lw a s t e m o l a s s e s ，w ep u t0 3 9 l o o m lm g s 0 4 ，0 3 e d l 0 0 m lk h t p o ) s ，0 6 9 1 0 0 m lc a ( h 2 p 0 4 ) 2 ，u n d e r p h5 0 。a t3 0 f e r m e n t e df o r7 2 ha f t e rd r y i n g ，t og e td r yy e a s tc e l l 4 as e q u e n c eb a t c ho p e r a t i o nh a sb e e nu s e dt og e tt h eg r o w t hc u r v eo fm i x e db a c t e r i ab y f e r m e n t i n gt h em i x e ds t r a i no fg e o t r i c h u mc a n d i d u m ，c a n d i d at r o p i c a l i sa n dc a n d i d au t i l i si n t h ea t i o no fm o l a s s e sw a s t e ，a n de n l a r g et r a i n i n gi n4 lo ff e r m e n t a t i o nt a n k f i n a l l y ，u s e h a n d h e l ds u g a rc o n t e n tm a c h i n et og e tt h ec h a n g eo fs u g a rc o n t e n to ft h em e d i u mw i t ht h e g r o w t ho fy e a s t 5 u s i n gm o n o dm o d e l ，g o o dt h e o r e t i c a le x p o s i t i o n s ，c o r r e l a t i v ek i n e t i cp a r a m e t e r s ，a n d k i n e t i cc h a r a c t e r i s t i c so fm i x e df e r m e n t a t i o nw e r eg o t n 桂林工学院硕士学位论文 6 t h ew a s t em o l a s s e si su s e dt op r o d u c es c pa f t e rd i l u t i n g ，a c i d i f i c a t i n g ，c l a r i f i c a t i n g ，a n d n u t r i e n t i n g ，w h i c hn o to n l yh a sg o o de c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s ，b u ta l s oh a sag o o d d e v e l o p m e n tp r o s p e c t s k e yw o r d s ：w a s t em o l a s s e s ；s c p ；m i c r o z y m e ；a e r o b i cf e r m e n t a t i o n i i i 桂林工学院硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在曾鸿鹄副教授指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并致以了谢意。 学位论文作者( 签字) ：i 拯 签字日期： 乙鳇孟：19 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求 提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目 录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以 赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规 定) 学位论文作者( 签字) ： 指导教师签字： 签字日期： 三柚宙c f 兰 桂林工学院硕士学位论文 1 1 导言 第1 章概论 单细胞蛋白( s i n g l ec e l lp r o t e i n 简称s c p ) 亦称微生物蛋白、菌体蛋白，是指细菌、真 菌和微藻在其生长过程中利用各种基质，在适宜的培养条件下培养细胞或丝状微生物的个 体而获得的菌体蛋白( m i c r o b i a l p r o t e i n ) 。 人类利用微生物生产食品已有数千年的历史，而近代采用培养微生物为食物的生产始 于德国。当时处于第一次世界大战，为了解决粮食问题，第一次工业化生产s c p 作为人类 食品f l 】。s c p 的生产与开发，近2 0 年来受到世晃科技界和工业界的注目【2 1 。从1 9 6 7 - - 一1 9 8 1 年已召开过三次国际s c p 会议，上百家公司、大学和研究所参与开发f 3 1 。 由于世界人口急增，据估计人口每年增长速度为百分之二以上，但粮食方面仅靠高等 植物的传统生产方法，其增长率赶不上世界人口的增加率。同时由于世界经济日趋富裕， 生活水平不断提高，对动物蛋白质的需求量增加很快。然而，生产动物蛋白却需要消耗很 多植物蛋白，如要获得牛蛋白1 需消耗植物蛋白3 一- 4 ；要获得家禽蛋白1 需消耗植物蛋白 7 1 0 ，很不经济。并且有些家禽与人类争粮食。由此可见，粮食不足中最严重的是蛋白 质问题。1 9 6 7 年在美国麻省理工大学召开了第一次世界s c p 会议，确认了开发s c p 是解 决粮食饲料的重要途径之一1 4 巧】。 广西是全国甘蔗糖业的生产中心，其蔗糖产量已经连续几年位居全国首位。因此在广 西每个榨季都会产生大量的制糖副产物甘蔗糖蜜。甘蔗糖蜜目前在广西区内主要是用 于生产附加值较低的酒精产品，但是多数糖厂附设的酒精生产车间规模不大且较为分散， 酒精废液处理设施运行效果参差不齐，随着环境管理的严格化，糖蜜酒精废液达标排放的 压力下，大多数的中小型糖厂纷纷关闭了酒精车间和酒精生产线。为了能更好地利用甘蔗 糖蜜这一重要的资源，进一步提高原料的经济附加值，减少其生产废弃物对环境的污染， 研究出一条利用糖蜜资源生产高附加值的单细胞蛋白产品使其变废为宝的新方法已成为 当前面临的紧迫任务。 1 2 单细胞蛋白 1 2 1 单细胞蛋白的生物学特性 微生物细胞中含有丰富的蛋白质，例如酵母菌蛋白质含量占细胞干物质的4 5 - - 5 5 ： 细菌蛋白质占干物质的6 0 - 8 0 ：霉菌丝体蛋白质占干物质的3 0 - 5 0 ；单细胞藻类 桂林工学院硕士学位论文 i l i r a 如小球藻等蛋白质占干物质的5 5 6 0 ，而作物中含蛋白质最高的是大豆，其蛋白质含 量也不过是3 5 - 4 0 。 s c p 的具体特性表现为以下六个方面： 1 、s c p 营养丰富 单细胞蛋白的氨基酸组成不亚于动物蛋白质，如酵母菌体蛋白，其营养十分丰富，人 体必需的8 种氨基酸，除蛋氨酸外，它具备7 种，故有“人造肉”之称。一般成人每天吃 干酵母l o - - 一1 5 9 ，蛋白质的需要量就足够了。微生物细胞中除含有蛋白质外，还含有丰富 的碳水化合物以及脂类、维生素、矿物质，因此单细胞蛋白营养价值很高。与黄豆粉相比， 蛋白质含量高达1 5 ，而可利用氮比大豆高2 0 ，如添加蛋氨酸则可利用氮达9 5 以上。 2 、利用原料广，可就地取材，廉价大量地解决原料问题 生产单细胞蛋白的原料来源极为广泛，一般分为四类：一是糖质原料，如淀粉或纤维 素的水解液、亚硫酸纸浆废液、制糖的废蜜等；二是石油原料，如柴油、正烷烃、天然气 等；三是石油化工产品，如醋酸、甲醇、乙醇等；四是氢气和碳酸气。最有前途的原料是 可再生的植物资源，如农林加工产品的下脚料、食品工厂的废水下脚料等。这些资源数量 多，而且用后可以再生，还可实现环境保护。 3 、生产速率高 一般蛋白质生产速度同猪、牛、羊等体重的倍增时间成正比。微生物的倍增时间比牛、 猪、鸡等快千万倍，如细菌、酵母菌的倍增时间为2 0 , 1 2 0 h 。霉菌和绿藻类为2 一- 6 h ，植 物l 2 周，牛1 2 个月，猪4 - 6 周。据估计，一头5 0 0k g 公牛每天生产蛋白质0 4k g ， 而5 0 0k g 酵母至少生产蛋白质5 0 0k g 。 4 、劳动生产率高 生产不受季节气候的制约，易于人工控制，同时由于在大型发酵罐中立体式培养占地 面积少。如年产1 0 万吨的s c p 工厂，以酵母计，按蛋白质含量4 5 计算，一年所产蛋白 质为4 5 0 0 0 t 。一亩大豆按亩产2 0 0 蚝计，含蛋白质4 0 ，则一年为8 0k g 蛋白质。所以一 个s c p 工厂所产蛋白质相当于5 6 2 5 0 0 亩土地所产的大豆。 5 、可以完全工业化生产 单细胞蛋白生产比农业生产需要的劳动力少，又不受地区、季节和气候条件的制约， 可在占地有限的小设备上进行，不仅数量大，而且质量好，远远超过现有粮食品种的蛋白 质。许多国家单细胞蛋白的生产已具有很大的规模，取得了丰硕成果。前苏联年产单细胞 蛋白质达数百万吨以上，保加利亚也有几十万吨之多。德国、美国、前苏联、加拿大等国 早已用单细胞高活性生物饲料代替了鱼粉。 6 、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 桂林工学院硕士学位论文 1 2 2 生产单细胞蛋白的菌种 菌种是发酵必不可少的物质。菌种的优良是成功生产菌体蛋白饲料的关键和保证。大 量事实表明，微生物发酵法是各种原料加工最为经济的方法。1 9 8 9 年，美国f d a 批准了 4 1 种认为是安全、有效的微生物，我国农业部于1 9 9 9 年6 月公布了啤酒酵母、嗜酸乳杆 菌、纳豆芽抱杆菌等1 2 种可作为饲用微生物。用于生产蛋白饲料的微生物需符合以下条 件： 繁殖速度快，茵体蛋白含量高 能较好地同化基质碳源及无机氮源 菌种性能稳定 无毒性和致病性 从当前的研究进展来看，一般采用混和菌种发酵较单菌种发酵效果要好，其优势在于 多个菌种之间可互相补偿其缺陷，进行协同互生发酵。国内外都从这方面做了大量的尝试 和研究，取得了一定的成果。在生产中根据原料和生产条件选择合适的菌种。至今，很少 有病毒、立克次氏体、支原体( 霉形体) 、衣原体、螺旋体和原生动物作饲料微生物的报 道，s c p 生产的微生物种类选择应从安全性、实用性、生产效率和培养条件等方面考虑。 目前用于生产单细胞蛋白的微生物主要包括4 大类群，即非致病和非产毒的酵母菌、细菌、 真菌和微藻；主要细菌有乳酸菌、粪链球菌、双歧杆菌、光合细菌、芽孢杆菌、纤维素分 解菌等；主要酵母有啤酒酵母、产朊假丝酵母、热带假丝酵母、解脂假丝酵母等：主要霉 菌有根霉、曲霉、青霉和木霉等；主要担子菌有小齿薄耙齿菌及柳叶皮伞，还有大量食用 真菌如香菇、木耳等；主要有微型藻、螺旋蓝藻和小球藻等【6 1 。介绍如下： 1 、酵母菌( y e a s t ) 酵母茵是当前生产单细胞蛋白的微生物类群中最受关注的一类，也是应用最为广泛的 一类。它是一种单细胞的真核微生物的的通俗名称，其繁殖方式包括无性繁殖和有性繁殖。 无性繁殖方式有芽殖和裂殖，而芽殖是酵母菌最普遍的繁殖方式。酵母具有特有的色、香、 味，适口性好，而且发酵过程中酵母菌耐酸能力强，适宜于低p h 值培养，不易污染，回 收率高。酵母菌蛋白含量高达6 0 ，几乎含所有的氨基酸，尤其是赖氨酸、苏氨酸、亮氨 酸、苯丙氨酸等必需氨基酸的含量高，而且维生素含量也比较丰富。常用的酵母菌有啤酒 酵母、假丝酵母和白地霉。其中假丝酵母能够同化六碳糖和五碳搪，能忍耐高浓度的s 0 2 ， 菌体中含有高含量的蛋白质，并含有大量的赖氨酸和较多的维生素及许多微量元素。 2 、霉菌( m o m ) 霉菌是丝状真菌的统称。构成霉菌营养体的基本单位是菌丝，分为基内菌丝和气菌丝。 黑曲霉、米曲霉、黄曲霉、根霉、毛霉、木霉、烟曲霉等真菌可以分泌丰富的酶类，如淀 粉酶、纤维素酶、果胶酶、蛋白酶、植酸酶等，这些酶能够促使原科中淀粉、纤维素等高 3 桂林工学院硕士学位论文 i_ 分子化合物分解为单糖，供微生物生长需要，且霉菌中菌体蛋白质含量也较高，达到2 0 - - - 3 0 。因此在蛋白饲料的生产中这些种类的霉菌广泛使用。 3 、放线菌( a c t i n o m y c e t e s ) 放线菌是一类呈菌丝状生长，主要以孢子繁殖的陆生性强的原核生物。放线菌经常用 于蛋白饲料的生产，尤其高温放线菌其有很高的分解纤维素和木质素的能力。此外，放线 菌在生长过程中可分泌抗生素类物质，抑制肠道中的病原菌，对促进肌体免疫有较好的作 用。放线菌的菌体蛋白由含有较高浓度的赖氨酸、色氨酸和含硫氨基酸，营养价值相对较 高。 4 、芽孢杆菌( t h i o b a l i l i u s ) 芽孢杆菌包括胶质芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、固氮芽孢杆菌、蜡状芽 孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短芽孢杆菌等菌株，这类菌可产淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤堆 素酶等活性较高的酶。此外，由于芽孢杆菌中具有不易致死的芽孢，故饲喂时以活菌状态 进入动物的消化系统，可抑制肠道中有害菌的生长繁殖。芽孢杆菌还可减少粪便、消化道 中的大肠杆菌数。 5 、真菌( e u m y c e t e ) 真菌菌丝生产慢，易受酵母污染，必须在无菌条件下培养，但是真菌的收获分离容易。 目前应用较多的有曲霉和青霉，主要利用糖蜜、酒糟、纤维类农副产品下脚料生产单细胞 蛋白。法国1 9 8 5 年利用丝状真菌将香蕉转化为高蛋白饲料( 发酵后蛋白质含量提高6 - 7 倍) ，德国科学家采用木屑和镰刀菌以甜菜渣为原料，获得粗蛋白为2 4 的蛋白饲料。 6 、藻类( a l g a e ) 微藻是一类分布最广、蛋白质含量很高的微量光合水生生物，繁殖快，光能利用率是 陆生植物的十几到二十倍。目前，全世界开发较多的是螺旋藻与鱼腥藻。其中螺旋藻繁殖 快、产量高，蛋白质含量高达5 8 5 - 7 1 ，且质量优、核酸含量低，只占干重的2 2 3 5 ，极易被消化和吸收。 7 、细菌( b a c t e r i u m ) 此外还有很多细菌，包括光合细菌和氢细菌。其原料主要为植物性纤维及石油衍生物 ( 如甲醇和乙醇等) 。与其他菌株相比，由病原菌生产的菌体蛋白含有毒物质的可能性较 大，因此在加工过程中必须经过处理，确保对食用动物的安全，目前研究较多的细菌为红 色光合细菌和自养产碱杆菌。据报道，日本生产的p b s 菌液作为鱼类的饲料添加剂己经形 成商品化生产。日本海洋微生物株式会社菌种场用p b s 养鱼苗，成活率从6 9 3 提高到 9 5 5 ，鱼苗生产率提高了1 倍。 微生物发酵生产蛋白饲料，关键是菌种，从目前报道的资料【7 - 1 3 来看，发酵方式由单 一菌种趋向于复合菌株的协同发酵，并且注重不同微生物之间的协同性、互补性，总体上 发挥出正组合效应。从组合情况看，菌种应包括纤维分解菌、氮素转化菌、增加适口性的 4 桂林工学院硕士学位论文 菌【1 4 l 。霉菌、酵母菌和乳酸菌的组合发酵为多数，这是由于木霉、黑曲霉、根霉等霉菌同 化淀粉、纤维素的能力强，可降解秸秆饲料中的结构性碳水化合物，将工业废渣中的淀粉 和纤维素降解为酵母能利用的单糖、双糖等简单糖类物质，使酵母得以良好地生长繁殖， 而利用乳酸菌产生乳酸等则可改善发酵饲料的适口性。并且，组合菌株发酵增加了发酵中 许多基因的功能，通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以完成的复杂代谢作用，可 以代替某些基因重组工程菌来进行复杂的多种代谢反应或促进生长代谢，提高生产效率。 此外，在双菌或多菌混合发酵中，酶促作用生成的糖立即被发酵糖的微生物所利用，这样 就维持了降解物的浓度，消除了酶合成作用受到的降解物的阻遏作用，也解除了反应终产 物对酶的反馈抑制，缩短发酵过程。这些体现了微生物之间的互惠、偏利生等关系。协同 发酵形式对各种原料的有效转化、蛋白饲料的品质提高起到了重要的积极作用。 1 2 3 单细胞蛋白饲料的研究现状 生产s c p 饲料可利用多种工业废液、农副产品加工下脚料以及植物纤维素。北京市营 养源研究所( 1 9 8 2 ) 开始研究用丝甚霉b n 9 9 对丁醇废水处理，生产饲料酵母，获得的菌 体产率为1 1 2 ，菌体蛋白质含量为3 0 5 0 蚶1 0 】。刘禹宏等从产朊假丝酵母、热带假丝 酵母、啤酒假丝酵母、扣囊拟内孢霉中诱导筛选出4 株理想菌株，利用秸秆和猪、鸡、牛 粪为基料进行微生物工程技术处理。结果是：以玉米秸秆为基料生产的酵母饲料，粗蛋白 增加4 4 6 0 ，粗脂肪增加1 1 1 ，粗纤维减少1 6 o ，无氮浸出物减少1 4 0 ，粗灰分增 加1 8 6 0 ，经奶牛饲喂实验，效果较好，提高秸秆利用率7 0 ；以猪、鸡、牛粪为基料生 产的酵母饲料，粗蛋自均高于猪的配合饲料，而粗纤维均低于猪的配合饲料，而且3 种饲 料生产的酵母饲料中，必需氨基酸种类比较齐全、比例适当，维生素含量丰富，与2 0 - 9 0 k g 猪的饲料需要量比较，均高于饲料标准，是猪的优质全价饲料【1 5 】。据章练红报道，辽宁 省淡水产研究所( 1 9 8 7 - - - 1 9 9 0 ) ，从分离的1 0 株酵母中选育出2 株( l d s 8 l 、l d 8 8 2 ) ，以 淀粉废水为原料，与引进的5 株饲料酵母进行培养，生产出蛋白质含量为6 5 - 8 7 的饲料 酵母【l 引。顾代芳等报道，盐城市农业微生物制剂厂从酵母菌株中选育出6 株能同化淀粉， 蛋白质和维生素，具有很高酶活性，总体水平互补性好的酵母菌株，利用农副产品及加工 废弃物生产酵母活性蛋白。通过动物饲养实验，适当添加钙、磷，能部分或完全取代进口 鱼粉。由于其含有消化酶等多种活性成分，可以提高动物的基础消化率，使动物的抗病能 力增强，死亡率降低i l 。谢建坤等采用y l 、y 2 、y 3 三个互为拮抗的酵母菌株与菜籽饼 混合发酵，毒素硫代葡萄糖苷降解率为6 0 8 0 ，蛋白质含量提高约1 2 ，含1 7 种氨 基酸，占总量的4 5 5 ，优于山东腾县以豆饼为原料生产的活性高蛋白饲料1 1 8 】。刘军研究 了以醋渣为主要原料，经酵母a s 2 1 6 1 7 固态发酵生产蛋白饲料，使醋渣粗蛋白从7 9 提 高到2 2 6 6 ，粗纤维1 0 t 1 9 j 。 桂林工学院硕士学位论文 利用各类植物秸秆、壳类、糖渣类和木屑等废弃物的纤维素资源主要是生产霉菌菌体 蛋自。用曲霉、木霉、青霉、根霉发酵，其中绿色木霉使用较多，或单纯利用霉菌生产s c p ， 或以霉菌和酵母菌等混合发酵生产s c p t 2 0 l 。据郗丽兰报道，埃及用哈茨木霉( t r i c h o a e r m a h a r z i a n u m ) 接种于稻秆，生产出粗蛋白含量高达3 2 8 的菌体蛋白饲料1 2 。王沁等利用黑 曲霉( a s p e r g i l l u sn i g e rz 2 5 ) 酶解稻草产糖培养酵母a s l1 3 7 4 ，s c p 转化率达到2 3 ，且蛋 白质含量高，氨基酸组成齐全，含动物必需氨基酸田j 。李飞等对青霉素菌体蛋白营养价值 及其应用效果进行评定，分析结果表明，其含粗蛋白为4 1 o o 、钙1 4 4 、总磷1 1 1 、 代谢能水平为9 9 6j g 。经饲喂实验，在蛋鸡全价料中添加3 、5 、7 青霉素菌体蛋白， 可获得不低于玉米一豆粕口粮的生产成绩【2 3 。万海清等以黑益霉、康宁木霉为出发菌株， 经紫外线诱变，用纤维素等培养基对黑曲霉、木霉及他们的诱变株进行筛选，确定出黑曲 霉为生产单细胞蛋白的优良菌种。以纤维素为唯一碳源进行发酵，产物中干菌体蛋白质含 量3 8 8 5 ，纤维素利用率7 1 7 8 0 6 1 。钟启平报道，中国科学院冶金研究所用溜曲霉似， t a m a r i i n 0 8 2 7 ) 发酵甜菜粕，产品粗蛋白达2 5 , - - - 2 7 ，产品回收率达7 0 蚶2 4 也6 。 多种菌同时发酵生产蛋白饲料时，这些菌在适宜的条件下互相促进，共同生长，不断 繁殖，从而生产出高质量的多菌种活性蛋白饲料。白坤等用黑曲霉、酵母菌和放线菌，以 纤维素为原料共发酵生产出含多种维生素、多种活性酶、多种氨基酸和多种微量元素的活 性蛋白饲料，喂养畜禽可以提高动物的抗病力，降低死亡率，并且提高饲料中营养物质的 利用型2 7 】。侯红萍筛选出5 株菌：l 株曲霉菌、2 株酵母菌、2 株乳酸菌，三种菌共同发酵。 产物营养成分明显高于单菌株发酬弱j 。蔡皓等利用几株微生态制剂用菌株：白链霉、酵母 菌、乳酸菌、芽孢菌及光合细菌，对混合废弃物蛋白源进行发酵生产活性蛋白饲料，蛋白 质的消化率从发酵前的7 5 9 提高到发酵后的9 1 2 。饲料发酵后呈黑褐色，带酒香酸味， 口感较好【2 9 1 。王立新等从供试菌种中优选出2 株酵母菌、2 株乳酸菌、2 株黑曲霉、2 株绿 色木霉，对以花生壳和麦草为主的粗饲料进行多菌种双重发酵处理，发现粗纤维降解率达 4 6 2 1 ，粗蛋白含量提高1 6 9 3 。用其饲喂育肥猪，猪的生长速度提高6 2 ( p 0 1 0 5 ) ， 饲料转化率和经济效率分别提高了7 8 6 和4 5 ，8 6 0 0 1 吴绵斌等利用木糖渣，以a s p e r g i l l u s 疗枇，z u 1 1 和c a n d i d au t i l i sa t c c 9 2 5 6 固态发酵生产饲料蛋白。纤维素降解率达6 7 7 ， 蛋白增加率为6 2 2 。干基中蛋白质含量由3 5 6 提高到2 0 0 2 ，且含有较高活力的纤维 素酶川。赵启荚等利用黑曲霉、产朊假丝酵母和白地霉对酱渣2 次发酵，生产蛋白饲料， 产品粗蛋白含量在实验室条件下可达3 9 ，5 ，小试和中试分别达到3 9 3 和3 7 2 。粗纤 维含量比原料本身下降了3 3 8 p _ 2 】。 2 0 世纪6 0 年代中后期，菌体蛋白的生产在利用传统原料的同时，开始利用石油、天 然气等碳氢化合物：2 0 世纪7 0 年代末，石油价格上涨，国内许多厂家用乙醇、甲醇生产 菌体蛋白，但成本较高，现在主要是利用工农业废弃物和纤维素资源生产菌体蛋白【3 3 1 。在 利用石油类资源和乙醇生产菌体蛋白方面：石油酵母的粗蛋白含量一般在6 0 以上，比其 6 桂林工学院硕士学位论文 它酵母高l o 个百分点左右。作为蛋白营养源，介于进口鱼粉与大豆之间，其中赖氨酸含 量与鱼粉接近，蛋氨酸或含硫氨基酸明显偏低。石油酵母粗脂肪含量高( 一般高达1 0 以 上) ，在细胞质中以结合型存在，非常稳定，利用率高，可作为优质的热能来源，优于鱼 粉。从微量元素成分分析，石油酵母铁含量比鱼粉高，维生素b 1 2 和碘的含量较少m l 。石 油酵母作为唯一的蛋白源成功地用于始重4 0 k g 的猪饲料中，结果增重提高，而饲料消耗 并未增加。据s a l a b h lm ie s 2 m a i l 报道，在家禽日粮中添加以一p a r a f f i n i c a ( 用c lp a r a f f n i c a 酵母在石蜡培养基上生产s c p 商品名) ，结果表明，该产品不但对家禽的生长和产蛋无副 作用，而且能改善试验组肉仔鸡和产蛋鸡的健康水平，降低其早期生长阶段因立克次氏病 所引起的死亡率。以假丝酵母( c a n d i d a s p l ) 发酵乙醇生产的s c p ，代替常规蛋白质的5 、 1 0 或1 5 添加于日粮中，试验鸡的采食量和饲料转化率未见明显差异，且代替常规蛋白 质1 5 的试验组产蛋量比对照组增加1 1 8 。但为避免较高水平的此种s c p 对鸡群健康和 产蛋持续时间的不利影响，推荐用量不能高于1 5 【3 5 j 。 1 2 4 单细胞蛋白的应用 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。以酵母茵和假丝酵母菌生产 的单细胞蛋白，可直接用作人的食品。由于单细胞蛋白氨基酸组成齐全，因此，常作为营 养强化剂而添加到食品中，用以提高各类产品的蛋白质生物价格。由于单细胞蛋白中维生 素、矿物质含量丰富，因此常用于补充许多食物所需全部或部分的维生素和矿物质。此外， 单细胞蛋白在食品加工中也有着重要作用。它能提高食品的物理性能，例如：把活性干酵 母加入意大利烘饼中可提高其延薄性能，把食用酵母以1 3 的比例加入肉制品中可提 高肉与水及脂肪的结合能力。它还能提高食品的风味，例如：酵母的浓缩蛋白质具有显著 的鲜味，已被广泛作为饲料、肉汁等食品的增香剂。 1 2 5 发酵生产单细胞蛋白的原料 发酵生产单细胞蛋白的原料非常丰富，主要有以下四个大类：第一大类是利用工农业 废弃物，包括造纸废液、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；第二类是工业下脚料，包括柑橘渣、马铃薯渣，木薯渣、醋渣、甜菜粕、糖渣、玉米 淀粉渣、葡萄渣、青霉菌渣等：第三类是利用石油类资源和乙醇生产s c p ：第四类是利用 植物纤维素类生产s c p ，纤维素原料是巨大的资源，包括各类植物的秸杆、皮、壳、芯、 林业废弃物。总的来说，生产菌体饲料的原料既安全廉价且易于获得从目前的研究进展来 桂林工学院硕士学位论文 看，主要有以下几种： ( 1 ) 各类农产品废渣废水 农产品及其加工产品的种类丰富多彩，同时产出的下脚料也越来越多，如酿造、果汁 等产业，出现的废渣、废水在国内大多不加处理就废弃，既污染环境又浪费资源，这些废 渣、废水中含有较丰富的碳源和其它营养元素，只要补充氮源和生长因子，通过固态发酵 或深层液体发酵均可生产菌体蛋白饲料。殷月兰等人用绿色木霉、白地霉、产朊假丝酵母、 米曲霉进行混菌发酵后，三七糠中纤维素明显降低，蛋白质含量得以提高，并平衡了氨基 酸的组成，显著提高了三七糠的饲用价1 3 副。刘军以酿造厂剩余的醋渣为原料，接种酵母菌， 经过初步研究，得到其适宜的发酵工艺条件，使醋渣的粗蛋白从7 9 0 提高至2 2 6 6 粗纤 维含量下降1 0 左右，改变了醋渣的适口性【37 。将甜菜渣晒干粉碎后，接入黑曲霉固态发 酵3 天，蛋白质含量由原来的9 8 提高至2 5 4 3 ，氨基酸含量普遍上升，尤其是赖氨酸 含量是玉米的近2 倍。而以醋糟为原料，经碱化处理后，接入1 0 纤维分解菌和酵母菌共 同发酵，醋渣的营养价值明显得到改善。麦芽根是啤酒工业的主要副产物，随着啤酒产量 和消费的增加，其产量随之增加。经研究发现，麦芽根中营养物质较为全面和丰富，适于 做生产菌体蛋白饲料的发酵基质。张西宁通过黑曲霉、热带假丝酵母和产朊假丝酵母进行 混合协同固态发酵酱渣，并较为系统地研究了发酵所需要的适宜条件【3 8 j 赵启美等人筛选出 产酶丰富的黑曲霉、产朊假丝酵母、扣囊拟内孢霉为发酵菌种，在p h 值为5 5 ，经7 2 h ， 1 0 接种量发酵可得到蛋白质含量高的饲料产品【3 哪。陈学林等人将先进的生物技术应用于 浓香型白酒废糟中，开发出新型菌休蛋白饲料，经过不断努力，进行小批量试制后，取得 了关键性突破，使废糟的粗蛋白从1 5 提高至2 8 左右，粗纤维降低约2 ；氨基酸含量 得到明显提古1 4 州。而王桂妮等人在关于食品工业麦料生产饲料酵母的研究进展中提到味精 加工后的废水中含有一定的碳源、氮源，在其中加少量氨水，用热带假丝酵母发酵，操作 方便、工艺简单，发酵产品具有浓曲香味，干酵母产率可达l o g l 1 4 。钟世博等人以热带 假丝酵母和绿色木霉为菌种固态发酵酒糟，并在酒糟中添加谷壳作疏松剂，在3 0 c 培养 4 8 h ，使发酵产物的粗蛋白从2 7 5 0 增加到4 1 4 80 1 4 2 1 。而以啤酒糟作主要原料，黑曲霉米 曲霉、异汉逊氏酵母共同发酵来生产蛋白饲料效果也较好。 除以上所述，动物的毛皮、血水及皮革粉等也可作为菌体蛋白饲料的生产原料。蔡皓 等人就以这些原料制作生物活性蛋白饲料，发酵菌种为乳酸菌、芽孢菌，酵母菌、白链菌 和光合细菌，接种量4 0 , 4 ( 每种菌株各占2 0 ) ，发酵温度为3 0 经4 d 发酵后，饲料呈黑 褐色，带酒香酸味，乳酸菌和酵母菌含量达到最高【4 3 1 。可以看出，用于生产菌体蛋白饲料 的原料丰富多彩，种类繁多。在实践中，根据当地资源和生产情况。选择合适的原料，生 产出品质好、营养价值高的蛋白饲料。对繁荣经济，促进畜牧业发展具有实际意义和社会 意义。 用这些原料生产蛋白饲料有其突出的优越性：来源丰富、持久：发酵后，污染物 g 桂林工学院硕士学位论文 有所降低；有利于降低生产成本；有利于化废为宝，使资源充分利用。在世界原料紧 张的情况，开发此类产品能产生巨大的经济效益。 ( 2 ) 淀粉及淀粉附产品 1 公顷马铃薯所产的饲料蛋白约等于5 公顷土地所产的大豆，可以看出，用淀粉作原 料生产蛋白饲料是经济可行的。各个国家相继展开此方面的相关研究。加拿大用烟曲霉在 4 5 。c 液体深层发酵，经2 4 h 后，木薯糊可得到2 4 9 产品，产率达到6 0 用马铃薯渣生料发 酵生产蛋白饲料，采用二次发酵工艺，以酵母菌和霉菌为发酵剂，可以显著提高蛋白质的 产量j 。而在木薯渣生料中接入根霉和酵母菌发酵后生产单细胞蛋白( s c p ) ，发酵温度在 2 8 ，添加0 5 尿素，p h 自然，可以使产物中的粗蛋白含量从3 9 提高至2 2 ，4 3 4 5 1 。 ( 3 ) 作物秸杆 我国的秸杆资源十分丰富，每年达5 7 亿吨以上，但用于词料的部分不足1 0 ，这 不仅污染环境且浪费了资源。秸杆属纤维素材料，主要由纤维素( 3 0 - - 5 0 ) 、半纤维 素( 1 5 3 0 ) 和木质素( 1 0 - - 2 0 ) 构成，其粗纤维、粗灰分高，粗蛋白含量低， 加之容积大，适口性差，因此提高秸杆的营养价值成了摆在人们面前的一个重要课题。半 个多世纪以来，各国的科学家对此问题作了艰苦的探索，核心问题还是在于生物技术的应 用。国外十分重视利用秸杆制作蛋白饲料，而国内在9 0 年代才得以重视。 目前，我国正在努力尝试以秸杆为原料来生产菌体蛋白饲料。据报道采用直接法利用 秸杆中纤维素和半纤维素发酵生产单细胞蛋白饲料的生产工艺即秸杆经汽爆处理后，加水 浸泡、过滤，可用其滤液经深层发酵为饲料酵母。残渣可通过固态发酵生产菌体蛋白，产 品均可以达到一定标准，张伟心等人进行了混合苗发酵玉米秸杆生产菌体蛋白饲料的研 究，其原理在于采用产生纤维素分解酶的菌体与酵母菌共同发酵，可降低原料中粗纤维含 量，提高蛋白质含量。研究过程中筛选出了酶活性较高的a s 3 3 0 3 0 ，用作混合菌菌株， 分别同白地霉( g e o t r i c h u mc a n d i d i u m ) 、产朊假丝酵母( c e u d r d a u t i l i s 入酿酒酵母 ( s a c c l a r o m g c e s ) 和热带假丝酵母( c a n d i d a tr o p i l a l l s ) ，以不同组和进行混菌种发酵，得 出a s 3 3 0 3 0 与自地霉、酿酒酵母三株菌共同发酵，产物中粗蛋白的含量达到最高，又在 正交试验的基础上优化出发酵的最佳条件为：料水比1 ：1 2 ，接种量为1 0 ，起始p h 值 为5 5 ，发酵时间5 天，经分析发酵产物表明：粗纤维比发酵前降低了5 7 6 ，粗蛋白增 加了3 6 1 9 1 4 6 1 。王成华等人报道用汽爆秸杆( 7 0 ) ，配以豆糟( 1 0 ) 、酒精( 1 0 ) ， 加4 ( n h 。) z s o , 、1 0 2o 6 k h ：p o 。为固态发酵培养基，接种里氏木霉和热带假丝酵母，经过扩 大培养，正交试验，得出最佳发酵条件为：加水量为干基的2 5 倍，最佳初始p h 为6 7 ， 培养时间9 6 h ，温度2 5 - - 一3 0 c ，接种量为1 5 ，接种比例2 ：3 ，可得到蛋白质含量较高的 发酵产物f 4