第19讲 单细胞蛋白的生产ppt课件

第19讲单细胞蛋白的生产 教学目的与要求 了解单细胞蛋白的生产现状 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 主要内容 1概述2生产SCP的微生物3生产SCP的基质4SCP的生产5生产及使用注意事项 1概述 1 1单细胞蛋白的概念单细胞蛋白 Single Cell Protein 简称SCP 一词是由美国麻省理工学院 MIT 的CarrollWilson教授于1966年首先提出的 通常SCP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 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 1 2 开发SCP的意义1 微生物蛋白的营养价值微生物菌体的70 85 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 粗蛋白的含量 细菌 40 80 酵母菌 35 60 丝状真菌 15 50 SCP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分含量比较 2 用途广泛作为人类食品作为饲料作为工业原料 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 世界上利用石油资源生产单细胞蛋白的企业 1 3SCP生产的现状及其发展趋势 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 2 1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 2 生产SCP的微生物 根据利用原料种类的不同分类 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 2 2微生物种类 3 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 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 细菌 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消化吸收 丝状真菌 易于回收 但生产速度慢 蛋白质含量较低 藻类 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 酵母菌 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 2 3生长特性 3 生产SCP的基质 3 1适于生产SCP的有机物需满足的条件 价廉易于被微生物降解原料能常年可靠地供应并能够安全 经济地储存能经济地将原料运往工厂质量稳定且可预测 3 2用于生产SCP的常见废弃物 农业废弃物 需经粉碎 碱处理以提高可消化性 烃类及其衍生物高浓度有机废水固体废弃物工业废气 4 1单细胞蛋白生产中应该考虑的问题 1 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 2 原料低廉 能大量供给 或直接利用工农业废料 3 菌体分离回收容易 4 不易被杂菌污染 5 生产过程排放废水少 6 菌体蛋白质含量高 氨基酸组成好 4 SCP的生产 7 无毒性 病原菌及致癌物质 8 适口性好 9 易于储藏 包装 4 2SCP生产的工艺 单细胞蛋白生产的一般工艺过程 发酵车间一角 发酵车间 4 3用糖类原料生产菌体蛋白 1 原料 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 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 2 纤维素 3 利用纤维素原料生产SCP工艺流程 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 4 纤维素原料的预处理 预处理过程 粉碎 秸秆类6cm 7cm的碎片 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 中和 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 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 4 4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 4 4以甲醇等醇类原料生产菌体蛋白 以甲醇为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 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 但开发较成功的目前只有英国的ICI公司 该公司自1968年开始 12年投资1亿英镑 于1979年形成年产5万吨的甲醇蛋白工厂 产品行销欧洲市场 其饲料应用效果很好 甲醇蛋白生产工艺流程 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1000吨的中间工厂 5 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 0 106t 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 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 也在世界范围内得到了广泛应用 6 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 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4 18 食用过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 7 单细胞蛋白使用中需注意的问题 微生物的培养