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1、概述,1. 单细胞蛋白的概念 2. 开发SCP的意义 3. SCP的特点 4. SCP生产的现状及其发展趋势,单细胞蛋白（SCP）, 单细胞蛋白（Single Cell Protein简称SCP）是指培养单细胞生物而获得菌体蛋白质，又叫微生物蛋白、菌体蛋白。 SCP一词首先是由C. L. Wilson在1966年于马萨褚塞技术学院使用。按生产原料不同，可以分为石油蛋白、甲醇蛋白、甲烷蛋白等；按产生菌的种类不同，又可以分为细菌蛋白、真菌蛋白、藻类蛋白等。 1967年在第一次全世界单细胞蛋白会议上，将微生物菌体蛋白统称为单细胞蛋白。,SCP开发的历史, 第一次世界大战时德国从木糖生产食用酵母。以后
2、发展 了从造纸工业的亚硫酸废液制造饲料酵母。 1955年联合国粮农组织的蛋白质咨询组织（PAG ）强 调SCP的重要性，制定了有关SCP研究的指导方针。 1963年发表了从汽油制造酵母的过程。后来发展了从不 同原料制造SCP，特别是利用石油资源制造酵母。 60年代已基本完成了烃蛋白的理论研究，解决了烃原料 不溶于水、需氧量及放热量大，菌体回收和后处理困难 等工业化生产问题。 70年代后不少国家相继建厂，投入生产。甲醇SCP在英 国已工业化，在美国乙醇SCP作为食品添加剂已有商品。,SCP开发的意义, 动物和植物是人类食物的主要来源，粮食不足中最严重的是蛋白质问题。对动物蛋白质的需求量的增加需要
3、消耗更多的植物蛋白。 采用培养微生物为食物始于第一次世界大战中的德国，为解决粮食问题，第一次工业化生产SCP作为人们的食品。 食品蛋白质的短缺与微生物蛋白利用的可能性促进了SCP的生产与开发，在60-70年代SCP受到世界科技界和工业界的注目。 1967年在MIT召开了第一次世界SCP会议，并确认开发SCP是解决粮食饲料的重要途径之一。,SCP的特点, SCP营养丰富：与传统食品营养成分比较，蛋白质含量高达40到80%，可利用氮比 大豆高20%，添加蛋氨酸后可利用氮提高到95% 以上。 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。 单细胞生物易诱变，比动、植物品种
4、容易改良。 生产原料来源广、价格低廉，利用某些工农业废弃物还可实现环境保护。这是解决大规模生产SCP成本的主要因素。 生产速率高：一般蛋白质生产速度同生物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。解决粮食问题。 劳动生产率高: 生产不受季节气候的制约，易于人工控制，同时在大型发酵罐中立体式培养占地面积少。 单细胞生物易诱变获得蛋白质含量高、质量好、味美，并易于提取等的优良菌种。,单细胞蛋白与传统食品的 各种主要营养成分含量比较,生产SCP原料的开发,农业废物、废水，如秸秆、蔗渣、甜菜渣、木屑等含纤维素的废料及农林产品的加工废水。 工业废物、废水，如食品、发酵工业中排出的含糖
5、有机废水、亚硫酸纸浆废液等。 石油、天然气及相关产品，如原油、柴油、甲烷、乙醇等。 H2、CO2等废气。利用无限再生的CO2为资源的自养微生物制造SCP的研究也受到重视，包括藻类、光合细菌和氢细菌为最有希望。,生产SCP的微生物,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。 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。 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。 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。 利用乙醇原料生产单细胞蛋白。假丝酵母、细菌、曲霉属。 利用CO2为碳源，H2为能源
6、的细菌为氢细菌，多为氢单胞菌属。 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。,世界上利用石油资源生产单细胞蛋白的企业,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,单细胞蛋自的一般工艺流程,通气 原料 上清液 菌种扩大培养发酵罐培养培养液分离菌体 动物饲料干燥洗涤或水解 食品干燥纯化蛋白质抽取分离水解,利用纤维素原料生产SCP工艺流程,甲醇蛋白生产工艺流程,SCP生产工艺中的注意事项,单细胞蛋白的生产中为使培养液中营养成分充分利用，可将部分培养液连续送入分离器中，上清液回入发酵罐中循环使用。 作为动物饲料的单细胞蛋白，可收集离心后的浓缩菌体，经洗涤
7、后进行干燥即可。 作为食品的SCP需将所得菌体水解，经分离、浓缩、抽提、洗涤、喷雾干燥得到食品蛋白。,石油SCP生产中的有关问题,正烷烃的灭菌：应含少量水，以达到灭菌要求。 需氧量：在培养菌体时需氧量比糖质原料时多2.5-3倍。 热量问题：用烃类发酵需要消耗较大的冷却能量。 产品质量问题：最重要的是产品的毒性问题和菌体蛋白中的核酸。另外酵母细胞壁不易被人畜消化，故作为人类食品或动物词料均需进行处埋。,纤维素废料生产SCP,地球上可再生的资源主要是纤维素、淀粉等碳水化合物，这些资源一部分被加工利用，一部分成为废弃物。用纤维素废料可以生产SCP。 纤维素原料生产SCP的优点是：原料来源丰富 价廉、
8、没有石油SCP那样的毒性疑虑、可附带解决废弃物的处理问题、可提高纤维质饲料的饲用价值。 纤维素原料的问题是天然植物纤维的聚合度和结晶度很高，并且被木质素包包裹着，是具有高度抵抗生物降解的高分子聚合物。在用作碳源前必须进行预处理，致使生产费用昂贵。,纤维素原料的预处理,纤维素原料的预处理方法有物理的、化学的和物理化学的。如磨碎、高压蒸煮、蒸汽爆破、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，这些都有助于提高纤维素的分解速度。 为了减少上述工序，也有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酵，使木质纤维素不必处理而作为碳源。,SCP的提取
9、和加工处理,细胞壁的破碎 化学处理方法：包括碱与尿素处理法等。 酶处理法：包括自溶法与细胞壁分解酶处理法等。 物理处理法：超声处理法、减压处理法、磨碎法等。 核酸的分离：为提高蛋白质的纯度，需将核酸除去。化学法抽提核酸往往会引起蛋自质变性，因此工业生产上应用很少。酶分离法较温和。 蛋白的组织化：为使酵母蛋白质具有兽肉所特有的食感，还要使这种蛋白质组织化，即采用纺丝法或挤压法成型。,核酸问题,核酸的组成成分磦吟碱基，在动物体内会转变成尿酸。尿酸在无脊推动物、鱼类、两栖类和许多哺乳动物体内会在尿酸酶的作用下继续转变成水溶性更大的尿囊素。因此饲料中即使有很高含量的磦吟存在，也不会造成危害。 人体内尿
10、酸酶含量很低，磦吟的基本分解代谢产物为低溶解度的尿酸。摄入过多的磦吟化合物，则会使血浆和尿液中尿酸含量过高，从而导致它在关节与软组织中积累和形成尿路结石。 所以作为人类食品的SCP其摄入量必须加以控制。每人每日摄入量不得超过2g。食用的SCP必须是除核酸的产品。,食品安全对SCP生产的影响,全世界对食品安全的重视也限制了SCP的发展，食品安全不仅表现在人的直接食品，对饲料原料的安全性也提出了要求。 传统的以石油化工原料为主要碳源（烃类、甲醇、乙醇、乙酸等）的SCP生产既有安全问题又受到石油短缺的影响。 废弃物为原料的SCP粗放生产方式生产也存在着化学和生物有害物质的污染问题。,SCP的展望,当前SCP生产的主要障碍是经济而不是技术问题，以甲醇和乙醇为生产SCP原料，是比较成熟的工艺，但由于原料价格问题，生产SCP的费用也会受到影响。 采用常规技术由碳水化合物生产SCP在经济上并不可行。而采用价值低的材料或废料，如纤维素等是大有发展前途的领域。 在SCP发酵生产中可产生有价值的副产物，多产品发酵在经济上更为合算。 通过菌株的遗传改造，提高SCP产量、蛋白质含量、原料的转化率，增加胞壁脆性等。,