单细胞蛋白及其发酵生产与工艺流程

单细胞蛋白及其发酵生产与工艺流程一、单细胞蛋白1、单细胞概述单细胞生物产生的细胞蛋白质称为单细胞蛋白(singlecellprotein简称SCP)，这一词是1966年在美国麻省理工学院命名的。它所包含的产品有饲用酵母，食用酵母和药用酵母三大类。单细胞蛋白是解决世界蛋白质不足的一个重要途径。与用农牧业生产的蛋白质相比，它的生产占用土地甚少，投资较省。它的营养丰富．售价亦较适宜，是良好的饲用和食用蛋白资源。对于人多地少的我国来说，建立单细胞蛋白产业对改善人民食物构成和生物技术的开发，都具有重要的意义。2、单细胞蛋白的含义及氨基酸组成单细胞蛋白（Single—Cell—Protein，简称SCP）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，例如酵母菌蛋白质含量占细胞干物质的45%～55%；细菌蛋白质占干物质的60%～80%；霉菌丝体蛋白质占干物质的30%～50%；单细胞藻类如小球藻等蛋白质占干物质的55%～60%，而作物中含蛋白质最高的是大豆，其蛋白质含量也不过是35%～40%。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10～15g，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。3、生产单细胞蛋白的原料

生产单细胞蛋白的原料种类很多，大体分为3类。（1）工业废液类包括造纸废液、酒精废液、味精废液、淀粉废液、生产柠檬酸废液、糖蜜废液、木材水解废液、豆制品废液等。

（2）工农业糟渣类

包括白酒糟、啤酒糟、果酒渣、醋糟、酱油糟、豆渣、粉渣、玉米淀粉渣、药渣、甜菜渣、甘蔗渣、果渣、饴糖渣等。

（3）化工产品类

包括石油、石蜡、柴油、天然气、正烷烃、甲醇、乙醇、醋酸等。

除以上所介绍的外，农作物秸秆、批壳、饼粕类、畜禽粪便、有机垃圾、风化煤等也可作为原料生产单细胞蛋白。

4、单细胞蛋白的生产特点

（1）原料来源广泛

生产单细胞蛋白可利用工农业废弃物与下脚料、石油化工副产品等作为原料，既可变废为宝，又可获得高层次的综合经济效益，起到保护环境、减少农田及江河污染的作用。

（2）工业化生产

与有关工业产品配套生产，不与粮食和牧草争地，不受季节和气候条件的限制。同时，因单细胞生物的培养过程是生物学过程，所用菌种均安全无毒，不会引起环境污染。

（3）生产周期快、效率高

在适宜条件下，细菌O.5~1h，酵母1~3h，微型藻2~6h即可增殖一倍。单细胞生物合成蛋白质的速度比植物快数百倍，比动物快数千倍。在良好培养条件下，接种100kg酵母菌种，一天之后可得2500kg干酵母，增长竞达25倍。

5、单细胞蛋白在饲料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。本次主要讨论饲料级酵母单细胞蛋白的生产。二、饲料级酵母单细胞蛋白生产及其工艺流程1、单细胞蛋白饲料(SingleCellProtein)指通过发酵方法生产的酵母菌、细菌、霉菌及藻类细胞生物体等。单细胞蛋白饲料营养丰富、蛋白质含量较高，且含有18～20种氨基酸，组份齐全，富含多种维生素。除此之外，单细胞蛋白饲料的生产具有繁育速度快、生产效率高、占地面积小、不受气候影响等优点。因此，在当今世界蛋白质资源严重不足的情况下，发展单细胞蛋白饲料的生产越来越受到各国的重视，其生产成本低，作为蛋白质含量较高的饲料已被养殖户接受。2、基本原理单细胞蛋白(饲料酵母或称菌体蛋白)是利用食品发酵行业排放的有机废液，培养酵母菌细胞合成效价蛋白质，并能同化各种碳水化合物以及各种含氧化合物，在利用酵母菌迅速繁殖的生理特点，使废液通过发酵获得大量的菌体蛋白，采用高效节能的发酵设备，实现全废液饲料化，使发酵生产基本没有废液排出。3、产品的质量标准饲料级酵母单细胞蛋白添加剂的建议标准为：干物质90%—92%；水分8%—10%；粗蛋白45%—50%；灰分16%—20%；粗纤维1.5%—2.0%；酵母菌体数≦150亿个/g。4、培养基的制备（1）培养基的配方液量/(m3/a)干物质浓度/%干物量/(t/a)糖度/%含糖量/(t/a)玉米浸泡水2560007179202.05120玉米皮渣水解液5000007350002.512500废蜜糖125117593833.05630黄浆废水6488.891.597.33营养盐3875其它（消泡剂、碱）总量7814888.486627523250（2）培养基配方指标要求培养基总量78000m3/a；培养基干物浓度8.5%；培养液总糖浓度3.0%；培养液pH4.2—4.4；培养液灰分10%—14%。5、无菌空气制备正如人生存需要空气，微生物好气性发酵也需要持续的空气供应。其中常见的液态深层纯种发酵，要求空气是无菌的，并具有一定的压力，以克服设备阻力和液层静压力。发酵无菌空气制备是一个十分重要的工艺环节，这一工艺环节的系统功能，是保证发酵生产过程中无菌空气的连续、可靠供应，控制染菌发生和降低生产制造费用(包括能量损耗和材料损耗)。发酵无菌空气制备系统所选用的介质及其组合方式直接反映该系统的技术水平，而系统的功能分析与分解是正确选择和优化组合过滤介质的重要理论基础。微生物好氧发酵无菌空气的制备，一般是把吸气口吸人的空气先经过压缩前过滤，然后进入空气压缩机，从空气压缩机出来的空气(一般压力在2．Okg／cm2以上，温度120～150℃)，先冷却至适当温度(接近或达到露点温度：20～25℃)除去油和水，再加热至50℃左右，最后通过总空气过滤器和分过滤器(除菌)，从而获得洁净度、压力、温度和流量都符合工艺要求的无菌空气。6、菌种与种子的扩大培养(1)菌种：我们选育的热带假丝酵母F1能广泛利用各种碳源，如六碳糖、五碳糖以及各种有机酸等。在发酵罐中能耐较高的温度35℃。目前，在生产上已用于味精废液，粉丝废液水，玉米原料酒精废液，淀粉厂玉米浸泡水等为原料生产饲料酵母，废水经此酵母发酵后，COD含量能降低60％左右，所以它是一株利用食品发酵工业废液生产单细胞蛋白的优良菌株。酵母的三级培养过程(2)发酵罐的特点：酵母增殖罐(统称发酵罐)是液体发酵过程中构成微生物生长、繁殖和形成产物所需外部环境的装置。它是生产饲用酵母的最基本，最主要的设备。环状喷射自吸式发酵罐不需通风装置，即不需要鼓风机或空压机通风。(3)酵母提取工艺的特点：采用蒸发浓缩全干燥法生产工艺，即发浓缩到干物质浓度18—20％时，将此浓缩液用高速离心喷雾干燥机干燥或酵母粉。整个生产过程除汽凝水和洗刷发酵罐及冲地水外，没有废液排放。COD的去除率可达97％。(4)种子制备及主发酵工艺设备菌种培育及配套设备和理化检测仪器仪表及摇床等；一级种子罐(夹套换热)V=0．5m3／台，2台；二级种子罐喷射器2台；三级种子罐喷射器2台；主发酵罐喷射器：每罐8只，80台。一级种子罐配用专项气液两相泵2台；二级种子罐配用专项气液两相泵2台；三级种子罐配用专琐气液两棚泵2台；主发酵罐配用专项气液两相泵40台。发酵醪贮罐V=265m3台，4台；发酵醪输液泵Q=150m3／台，25m3／h，6台。(5)种子扩大培养的任务要得到纯而壮的菌体，而且要得到活力旺盛的、接种数量足够的菌体。种子制备的过程菌种进入种子罐有两种方法：孢子进罐法（图一）摇瓶菌丝进罐法（图二）图一图二7、发酵工艺流程菌种（斜面）——→摇床玉米浸泡液玉米皮渣水解液玉米浸泡液玉米皮渣水解液玉米黄浆废水玉米废蜜糖其他（营养盐等）↓——————空气一级种子喷射器←—∣↓二级种子换热器∣∣↓↓三级种子——→主发酵工艺←———气液两相泵—发酵贮桶∣包装入库←—干燥工艺←—浓缩工艺←8、发酵后的技术操作发酵过程的控制条件一定要保证达到；有关总量各厂的排放量都不一样，所以只能用一参考数来平衡计算。发酵醪浓缩工艺，采用节能的热利用率高的板式蒸发器，蒸发速率快，热利用系数高，节能又节水，建筑面积很小(1:0.25左右，每蒸发1t水耗0.25t蒸汽)。干燥设备采用高速离心或压力喷雾干燥器，出来的产品成颗粒状成品。包装采用药用真空包装不透气塑料等。种子培养系统也采用喷射自吸式循环发酵.采用“板式蒸发工艺装置”，每小时蒸发量的m3／h两台套，备用30m3／h一台套，此装置节能节水，热利用系数高，换热效率快，占地面积小，耗汽比大(1:0.25)。采用高速离心或压力喷雾干燥器，初估蒸发水分6t／h左右。需2台套，配一台蒸发水分2t／h。热源有三种方案参考：(1)用电加热热油温度可达290℃，可省掉加热的汽凝水的配套装置；(2)采用热风炉，但对环保不利；(3)直接电加热，但成本可能高一点。包装入库,仓库可利用大厂(即母体厂)配套的设施，但需专用仓库。三、饲料级酵母单细胞蛋白的适用范围与开发前景1、适用范围该工业适用于淀粉厂的玉米浸泡水、粉丝加工废水、酒精蒸馏废液，味精生产的疗分废水、柠檬酸、赖氨酸、食品加工业等的工业废水生产单细胞蛋白。也可以应用于糖蜜原料，淀粉原料(玉米、木薯、马铃薯等)生产食用酵母的综合利用和废液治理。该项目推广应用前景广阔。2、单细胞蛋白开发和生产的前景单细胞蛋白在饲料和食品工业中有着极重要的作用。单细胞蛋白具有如此奇妙的功能，其开发和生产在我国更具有广阔的前景。我国现在单细胞蛋白年产仅数千吨。上海酵母厂通过特异生物技术培育成能富积微量元素的微生物，如硒酵母、锌酵母等。我国是农业大国，食物结构以植物蛋白为主，动物蛋白的摄入量与欧美各国相差悬殊，为了提高人民群众的体质，SCP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。参考文献[1]无锡轻工业学院等编．通风除尘与气力输送[M].北京：中国商业出版社,1986．[2J肖安红，李明纪，周乃如，等．面粉气力压运吹通旋转式供料器性能的研究[J]．粮食与饲料工业，2000(12)：7—8．[3]肖安红，周乃如，朱风德．面粉气力压运系统总压损的研究[J]．粮食与饲料工业，1994(11)：32—37．[4]李勇，李亚莉．气力输送中供料方式的比较分析[J]．工程塑料应用，2003，31(12)：51—54．[5]周漠仁．流体力学泵与风机[M]．北京：中国建筑工业出版社，1979．[6]周乃如，朱风德．引进厂气力压运系统测试结果分析[J].郑州粮食学院学报，1992(4)：19—25．[7]李丽立，杨坤明主编.现代生物技术与畜牧业，北京：科学出版社，2002.[8]张柏林.生物技术与食品加工[M].北京：化学工业出版社，2005.附录资料：不需要的可以自行删除35t汽车吊上结构楼板计算书1、概况圆形采光顶钢结构为跨度31.6m单层网壳结构，网壳顶标高25.6m，主要由GC-1、GC-2、GC-3、GC-4构件组成，其中GC-1、GC-3为主龙骨，其余为连系件（如下图所示）。圆形采光顶钢结构平面图圆形采光顶钢结构剖面图2、吊车荷载及尺寸质量参数行驶状态自重（总质量）kg32300前轴轴荷kg11150后桥轴荷kg21150尺寸参数外形尺寸(长×宽×高)mm12613×2500×3280支腿纵向距离m5.35支腿横向距离m6根据施工方案，35t汽车吊吊装穹顶钢结构最不利工况为：吊装半径10m，吊重1t，即起重力矩为10t·m。3、吊车支腿压力计算（1）计算简图计算简图（2）计算工况工况一、起重臂沿车身方向（α=0°）工况二、起重臂垂直车身方向（α=90°）工况三、起重臂沿支腿对角线方向（α=48°）（3）支腿荷载计算公式：N=ΣP/4±[M×（Cosα/2a+Sinα/2b）]式中：ΣP——吊车自重及吊重；M——起重力矩；α——起重臂与车身夹角；a——支腿纵向距离；b——支腿横向距离。（4）计算结果A、工况一、起重臂沿车身方向（α=0°）N1=N2=ΣP/4+[M×（Cosα/2a+Sinα/2b）]=（32.3+1）/4+10×（1/10.7）=9.26tN3=N4=ΣP/4-[M×（Cosα/2a+Sinα/2b）]=（32.3+1）/4-10×（1/10.7）=7.39tB、工况一、起重臂垂直车身方向（α=90°）N1=N3=ΣP/4+[M×（Cosα/2a+Sinα/2b）]=（32.3+1）/4+10×（1/12）=9.16tN2=N4=ΣP/4-[M×（Cosα/2a+Sinα/2b）]=（32.3+1）/4-10×（1/12）=7.49tC、工况一、起重臂沿支腿对角线方向（α=52°）N1=ΣP/4+[M×（Cosα/2a+Sinα/2b）]=（32.3+1）/4+10×（Cos52°/10.7+Sin52°/12）=9.57tN4=ΣP/4-[M×（Cosα/2a+Sinα/2b）]=（32.3+1）/4-10×（Cos5