单细胞蛋白的应用及其开发前景

1、单细胞蛋白的应用及其开发前景第9卷第4期2009年7月潍坊学院学报journalofweifanguniversityvo1.9no.4ju1.2009单细胞蛋白的应用及其开发前景尹金标(山东畜牧兽医职业学院,山东潍坊261061)摘要:介绍了蛋白质的需求及其食品工业中的应用,阐述了单细胞蛋白应用和开发的前景.关键词:蛋白质;单细胞蛋白;生产;应用中图分类号:$816.4文献标识码:a文章编号:1671-4288(2009)04一o1oo一02食品和农业组织(fao)报告世界上至少有25的人口正在遭受着饥饿和营养不良的威胁,其中绝大多数生活在发展中国家.在发展中国家有2o%的居民热量不足,6o

2、的居民食物中蛋白质不足.因此,人们在不懈地寻求蛋白质的资源,推广新兴农业,培育高蛋白谷物,大豆,花生等高蛋白作物正在被大量种植;另外,利用微生物作为蛋白质生产工厂已获得成功.这就是所谓的单细胞蛋白(singlecellprotein,简称scp)的开发,它是指”生产”蛋白质的生物大都是单细胞或丝状微生物个体,而不是多细胞复杂结构的生物,如动物,植物等.1单细胞蛋白的开发前景通过发酵获取酵母,细菌,霉菌,以及培养蘑菇,单细胞藻类等微生物的群体细胞,进一步由此可获得大量的蛋白质.微生物蛋白质的必需氨基酸略高于大豆蛋白质,是较优质的蛋白质,世界年产量已超过3000万吨,发展前景非常可观.scp可补充

3、人和动物的蛋白质需求.在人的饮食中,scp可作为食品添加剂,以改善食物风味,并可代替动物蛋白.微生物比任何动物都能更有效地合成蛋白质.蛋白质是维持生命的基本物质,它是组成人体器官,组织和体内酶,激素以及免疫球蛋白的主要成分.全世界蛋白质缺乏的问题已存在多年,生物技术开发单细胞蛋白是解决这一问题的重要途径.单细胞蛋白是现代饲料工业和食品工业中重要的蛋白来源.单细胞蛋白是从酵母或细菌等微生物菌体中获取的蛋白质.微生物细胞中含有丰富的蛋白质,酵母菌中蛋白质的含量占干重的4555;细菌中的蛋白质含量占于重的608o;霉菌丝体中的蛋白质占干物质的3o5o;单细胞藻类如小球藻等蛋白质占干物质的556o,而

4、作物中含蛋白质最高的是大豆,其蛋白质含量也不过是3540%.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(赖氨酸,色氨酸,苏氨酸,缬氨酸,亮氨酸,异亮氨酸,蛋氨酸,苯丙氨酸),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1015g,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.scp可补充人和动物的蛋白质需求.由于人体不大容易消化核酸,而微生物含有较多的dna和rna,核酸代谢会产生大量的尿酸,可能导致肾结石或疼风,因此,单细胞蛋白产品在食用前要

5、先加工去除大量的核酸.在动物饲养上,scp因其富含蛋白质,风味温和,容易存储等特点,可代替传统的蛋白质添加剂,如鱼粉,豆粉等.特别是在水产养殖业,如养虾,养鱼等方面,scp已被广泛应用.2单细胞蛋白的生产特点2.1scp营养丰富与黄豆粉相比,蛋白质含量高15,而可利用氮比大豆高2o,如添加蛋氨酸则可利用氮达95以上.2.2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,一般分为五类: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.五是藻类,利用藻

6、类生产*收稿日期:20080720作者简介:尹金标(1962),男,山东寿光人,山东畜牧兽医职业学院讲师.100第4期尹金标:单细胞蛋白的应用及其开发前景scp只需要二氧化碳作为碳源,以阳光为能源进行光合作用,就可以在开放的池塘中很好地生长.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.2.3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204120h,霉菌和绿藻类为26h,植物12周,牛l2个月,猪46周.据估计,一头50

7、0kg公牛每天生产蛋白质0.4kg,而500kg酵母至少生产蛋白质500kg.2.4生产效率高单细胞蛋白是通过培养单细胞生物而获得的菌体蛋白质,用于生产scp的单细胞生物包括微型藻类,非病原细菌,酵母菌类和真菌.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10万tscp工厂,以酵母计,按含蛋白质45计算,一年所产蛋白质为45000t.一亩大豆按亩产200kg计,含蛋白质4o,则一年为80kg蛋白质,所以,一个scp工厂所产蛋白质相当于562500亩土地所产的大豆.2.5可以完全_丁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

8、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.2.6单细胞生物易诱变,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.3单细胞蛋白在饲料和食品工业中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.以酵母菌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

9、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理价值.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.通过发酵获取酵母,细菌,霉菌,以及培养蘑菇,单细胞藻类等微生物的群体细胞,进一步由此可获得大量的蛋白质.微生物蛋白质的必需氨基酸略高于大豆蛋白质.4影响scp领域发展的因素影响scp领域的发展除了纯技术和经济因素外,还有一个独特的方面,即地理,政治,社会与心理等因素对于该领域的发展有很大影响.特别是关注scp产品的安全性,营养价值与可接受程度.scp培养基的原材料是

10、危及安全性的关键,譬如:石油天然气或石蜡中的致癌烃类,矿物盐中的重金属或其他污染物,提取后的溶解残渣,和一些真菌产生的有毒物质.日本,意大利和英国禁止利用石油派生物作为生产scp的原料,而把重点放在从乙醇,甲烷或有机废料生产scp的研究上.有机体的加工必须无病原菌和无毒物,生物体代谢的产物也必须是无毒的.因此严格的卫生和质量控制程序必须贯穿于加工全过程.以避免病原菌或有毒微生物对产品的污染.最后的产品必须先用动物进行短期急性毒性检测,再接着用两年或更长的时间,对啮齿类和非啮齿类动物进行精密详尽的毒理研究.要人们把scp接受为食物,仅关注其安全性和营养价值是不够的,人们往往对于来自微生物的产品有抵触心理,不同的文化存在许多特异的饮食习惯.还要注意scp的风味,颜色和组织外观.因此,scp直接作为人们的食物,要求有高超的制作工艺,先在饲养家畜的基础上,再逐步向人类推广.参考文献:1张柏林.生物技术与食品加工m.北京:化学工业出版社,2005.e