论文单细胞蛋白的提取方法及发展方向研究

- 学 院 毕 业 论 文学 院（系）： 专 业： 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： e12【摘要】本文简单概述了单细胞蛋白，及单细胞蛋白在工业、农业、饲料等方面的应用；阐明了单细胞蛋白的开发和生产前景【关键词】 单细胞蛋白 安全性 提取制备工艺 应用 发展前景 目 录引言: 单细胞蛋白的营养价值极高，氨基酸的组成较为齐全，含有人体必需的8种氨基酸，而且生产效率高，生产原料来源广，可以工业化生产，它不仅需要的劳动力少，不受地区、季节和气候的限制，而且产量高，质量好。所生产的蛋白质等营养物质含量高，对人体无致病作用，味道好并且易消化吸收，对培养条件要求简单，生长繁殖迅速等。单细胞蛋白的生产过程也比较简单，目前有多种提取工艺。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。单细胞蛋白既可变废为宝，又可获得高层次的综合经济效益，解决环境污染问题。单细胞蛋白作为饲料蛋白，已被世界广泛应用。作为一种新型食品原料的问世，单细胞蛋白单细胞蛋白液受到都可接受性、安全性等问题。因为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，人们在习惯和心理上一时也难以接受。因此研究单细胞蛋白的提取方法及发展方向是一个必要的问题。 内容：单细胞蛋白的提取方法及发展方向研究单细胞蛋白的概述单细胞蛋白：英文名Single-Cell-Protein，简称SCP。是从人工培养的单细胞生物中获得的菌体蛋白质，又叫微生物蛋白，菌体蛋白。作为一种生物化工高新技术产品单细胞蛋白是由许多工农业废料及石油废料微生物菌体。因而，单细胞蛋白不是一种纯蛋白质，而是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸及不是蛋白质的含氮化合物、维生素和无机化合物等混合物组成的细胞质团。单细胞蛋白的特点：第一，营养物质极为丰富。其中，蛋白质含量高达40%80%，（而作物中蛋白质含量最高的大豆仅达3545），比大豆高10%20%，比肉、鱼、奶酪高20%以上；从氨基酸的组成来看，单细胞蛋白中除含硫氨基酸不足外，其他氨基酸含量充足并保持良好的平衡。同时还含有多种维生素、碳水化合物、脂类、矿物质，以及丰富的酶类和生物活性物质，如辅酶A、辅酶Q、谷胱甘肽、麦角固醇等。 第二，原料来源广泛，可就地取材，廉价大量地解决原料问题。一般有以下几类：1.碳水化合物。2.烃类、石油、天然气及相关产品，如原油、柴油、甲烷、乙醇等；3.无机气体4.有机工农业废水（ 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有机废水、亚硫酸纸浆废液等；）第三，单细胞蛋白质生产周期短，效率高。如酵母菌在良好条件下每接种100千克，1天即可获得2500千克酵母，其生长繁殖速度约为大豆的1300倍，为动物生长的2000倍。微生物的生长速度世代周转迅速因此生产效率高。第四，节约土地，可以完全工业化生产。 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。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。 第五，单细胞生物易诱变，比动、植物品种容易改良，因此可采用物理、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。第六，核酸含量高，细菌细胞中核酸含10%-18%。酵母（干基）6%-11%,肉只有2%。核酸过多会抑制动物的生长，若摄入过多的核酸，会造成血液中含酸量上升，大多数动物和人代谢利用核酸的能力有限，可导致体内尿酸积存。由于尿酸在生理的PH条件下是微溶的，它会在关节沉淀或析出结晶，造成痛风或风湿性关节炎；又由于在尿中含量大于其溶解度，会在泌尿系统中沉淀成结石。单细胞蛋白的安全性：核酸问题： 核酸的组成成分嘌呤碱基，在动物体内会转变成尿酸，尿酸在无脊椎动物、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嘌呤存在不会造成危害。人体内尿酸酶含量很低，嘌呤基本分解代谢物为低溶解度的尿酸摄入过多的嘌呤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。另外，细胞中有难于消化的类脂细胞膜，影响蛋白质等营养物质的消化吸收。因此在使用时要限量使用。所以作为人类食品的SCP其摄入量必须加以控制。成年人每日摄入核酸量不得超过2g，食用的SCP也必须是除核酸产品。食品安全对SCP的影响： SCP作为饲料蛋白已被广泛的应用，但作为人类食品联合国蛋白质咨询组织对SCP的安全性评价做出了一系列的规定：生产菌株不是病原菌，不产生毒素；石油原料中多环芳香族烃含量低，农产品原料中重金属与农药的残留量不能超过标准；培养及产品处理过程中无污染，无溶剂残留；产品中应无病原菌、无活细胞、无原料和溶剂残留；产品必须进行小白鼠和大白鼠的毒性试验和两年的致癌实验，还要进行传代遗传、哺乳、致畸及变异应实验。这些试验通过后，还要安排作人的临床试验，测定scp对人的可接受性和耐受性。可用于食品的scp生产的酵母菌主要有酿酒酵母、产朊假丝酵母和乳清酵母(脆壁克鲁维酵母）等。单细胞蛋白的提取方法：单细胞蛋白的生产要求：生产菌种繁殖速度快，菌体收量大；原料价格低，易得到或利用工农业废料；菌种营养要求底，培养方法简单；发酵时不易污染杂菌，分离回收容易；菌体蛋白含量高，氨基酸组成好，适口性好；菌体及蛋白无毒性、病原性及致癌性；不产生废水及其他污染；易于包装运输和储藏。单细胞蛋白的生产步骤包括原料处理、发酵基质的调配、发酵条件的控制、菌体回收及分离、纯化等几个环节。发酵过程中温度的控制、氧的供应及热量的排放是生产中要注意的问题。饲用单细胞蛋白生产可采用固体发酵，使用单细胞蛋白生产采用液体发酵工艺，发酵结束后，收获的方法有离心分离和压滤法。菌体收获后必须洗涤数次，以尽量将培养基洗掉。藻类的培养则是在池内进行，并需要足够的光照，培养过程要经常搅拌以补充表面养分。单细胞蛋白的一般工艺流程： 通气原料 上清液 菌种种子扩大 发酵罐培养 培养液 分离菌体 动物饲料干燥洗涤或分解 食品干燥纯化蛋白质抽取分离水解近几年主要的单细胞蛋白提取制备工艺技术及应用有：（1）菌糠单细胞蛋白饲料生产方法（2）单细胞蛋白质作为鱼类和贝类饲料的用途（3）利用皂素生产废水发酵生产单细胞蛋白的方法（4）单细胞蛋白材料的用途（5）一种单细胞蛋白饲料的生产方法（6）仅微溶于水或不溶于水的活性物质和单细胞蛋白质材料的混合 物的水分散体（7）利用柑桔废渣生产单细胞蛋白(SCP)饲料的方法（8）利用提取甾体皂甙元的残渣生产单细胞蛋白的方法（9）一种单细胞蛋白质饲料及其加工工艺（10）冷法絮凝提取味精废液中单细胞蛋白质的方法（11）单细胞蛋白和蔗糖的生产方法（12）利用抗氨固氮菌生产富硒单细胞蛋白,维生素E和菌肥的方法（13）固态发酵生产单细胞蛋白（14）一种单细胞蛋白的生产方法（15）生产甜菜渣单细胞蛋白的新方法（16）利用啤酒废渣生产单细胞蛋白（17）粗淀粉一步法生产单细胞蛋白技术（18）固态法单细胞蛋白(SCP)塔式发酵机（19）糟渣原料生产单细胞蛋白饲料技术（20）一种利用浓醪酒糟生产单细胞蛋白的方法（21）一种利用海洋酵母菌生产单细胞蛋白的工艺（22）利用废糖蜜生产单细胞蛋白饲料的方法（23）用大豆乳清废水生产单细胞蛋白的复配酵母的制备方法（24）柑橘皮渣单细胞蛋白饲料生产技术单细胞蛋白的应用：一、SCP 在饲料中的应用 单细胞蛋白含有蛋白质、碳水化合物、无机盐、维生素等，其丰富的营养，可作为饲料的蛋白源，配制饲料可代替部分鱼粉。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。据分析，酵母单细胞蛋白中蛋白质含量为4555，比大豆高30以上；细菌的单细胞蛋白中蛋白质的含量高达70，比大豆高50，比鱼粉高20。因此，在各类饲料中加入单细胞蛋白添加剂，可以取得诸如使猪长得更快、牛产奶更多这样的效果。二、SCP在食品加工中的应用： SCP在食品加工中也有着重要作用，（1）可以增加谷类产品的营养价值。选用高赖氨酸含量的单细胞蛋白加到面包等谷物食品中可提高植物蛋白的生物价，也可提高谷物食品中的维生素。（2）它能提高食品的物理性能，例如：经组织化处理的浓缩蛋白具有理想的咀嚼性、松脆性、在水中无分散性。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。（3）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。酵母质壁分离物可作为烘烤食品的增香剂。三、SCP的其他应用： 由于SCP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。以酵母菌和假丝酵母菌生产的SCP，可直接用作人的食品。从酵母菌体重可提取辅酶A、细胞色素C及维生素等药物，此外，SCP还可用于合成现稳和粘合剂。单细胞蛋白的发展前景：食品安全对单细胞蛋白生产的影响：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的原料的安全性也提出了要求。传统的以石油化工为原料为主要碳源（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有害物质的污染问题。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。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。单细胞蛋白的发展前景： 中国作为一个人口大国，人口众多不仅粮食趋于紧张，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，而且人民的食品结构中存在着严重的蛋白质供应不足。而世纪生物科技革命的主战场在大农业。开展新农业科技革命，应以生物工程为中心，改革传统农业，创建新型农业。微生物新型农业的开发是生物工程技术推动农业发展的主要体现。发展微生物新型农业，由植物、动物资源为主组成的“二维结构”传统农业，调整为植物种植业、动物养殖业和微生物发酵转化业的“三维结构”的新农业，这是一个产业结构健全、资源节约型农业；此外，白色农业是节土、节水型农业，能缓解传统农业“与人争地”、“与人争水”日益尖锐的矛盾。 微生物单细胞蛋白也更适合我国的国情， 一但进入大规模的商品化生产，必将对缓解蛋白饲料紧张、促进养殖业的迅速发展、增强人民的体质发挥重要的作用，因此发展单细胞蛋白产业具有广阔开发前景。我们每年有数千万吨的稻壳、棉籽壳、玉米芯等农业废弃物可以用来作为单细胞蛋白的生产原料。据有人测算，仅仅利用这些废弃物的，就可形成年产万吨单细胞蛋白的生产能力，在工业生产的废渣废水中含有糖类和其他营养物质，从工厂排放后极易发生腐败，严重污染环境。利用这些废弃资源生产单细胞蛋白不仅可降低水的生物需氧量和化学需氧量，从而减轻环境污染。既可变废为宝，又可获得高层次的综合经济效益，解决环境污染问题。单细胞蛋白作为饲料蛋白，已被世界广泛应用。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。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。 SCP单细胞蛋白的开发与生产一方面，微生物蛋白食品的开发可以缓解耕地减少、粮食紧缺的矛盾，另一方面，高蛋白的微生物蛋白食品的开发，也有利于改善人们的食品结构，满足我们既要吃饱、又要吃好的要求。 不仅为解决人类食品和饲料问题开辟了新的途径，并且单细胞蛋白质研究发展的实验要比研究农作物或家畜的实验易于进行，而且在极短的时间内就可得到有价值的数据与结果，而人类自身也会直接从单细胞工业的发展中享受到巨大的利益。一座占地不多，年产10万t单细胞蛋白的微生物工厂，能相当于11.9988104 hm2耕地生产的大豆蛋白质，或是19.998106 hm2原饲养牛羊生产的动物蛋白质。发展白色农业，可实现“人畜分粮”的目标，能极大地缓解粮食紧缺问题，白色农业的微生物饲料为畜牧业的发展提供保障。我国现有秸秆6亿多t，若其中2亿t秸秆通过微生物发酵工程转化为饲料，则可得到800亿kg饲料粮，约为目前我国年用饲料粮的1/2，真正实现“人畜分粮”。通过引进新物种，开发挖掘潜在生态位，增加多功能循环链，提高系统综合生产力。微生物肥料、食用菌和沼气菌的引入，填补了农业生态系统中的一些潜在生态位；微生物肥料和微生物农药的应用，可以减少能源、资源消耗，减轻环境污染，实现农业动植安全生产和生态环境保护；食用菌及沼气菌的引入食物链后具有多种功能，如可实现食品、饲料、燃料和肥料的协调生产和利用，大大提高了有机废弃物的利用效率；微生物生态环保护剂可清除空气中韵有毒气体、水和土壤中的有害重金属及有害化学物质，是世界上正在发展的一项环保新产业。新型微生物农业的崛起，标志着我国新的农业科技革命的到来，它符合生态大农业的发展要求，必将使我国的农业发展走上一条高效和可持续发展之路。单细胞蛋白作为当前比较尖端的科技产品，还处于刚刚起步阶段，尤其在我国还不成熟，其发展前景是广阔的参考文献：王尔冒 主编 食品营养与卫生 科学出版社出版，2004周家春 食品行业新技术 化学工业出版社，2005郭雪山，肖玫 单细胞蛋白的应用及其开发前景 中国食物与营养 2006，5，5钱爱东 食品微生物学 中国农业出版社 2008，2、魏瑶. 单细胞蛋白J 四川粮油科技 2003，4致谢词美好的大学生活，伴着这篇论文的最后一个字结束。三年的时光，学习充盈了我知识的宝箱，生活丰盈了我稚嫩的羽翼，让我不断地成长。这篇论文是我学习成果、无数教诲、关爱和帮助的结晶。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。首先，我要感谢我的指导教师冷妍老师。不仅在论文的完成上给予我指导，还在三年的学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。其次，感谢我的专业课老师，你们传授给我的知识让我在食品检测和营养学的理论和实践中不断地前进，是我成长的源泉，也是完成本论文的基础。同时，我要感谢辽阳职业技术学院所有教过我的老师，是他们传授给我方方面面的知识，拓宽了我的知识面，培养了我的功底。还要感谢我的各位朋友、同学、室友等能和相遇、相交、相知是人生的一大幸事。最后，感谢我的家人，他们是我生命中永远的依靠和支持，他们无微不至的关怀，是我前进的动力；他们的殷殷希望，激发我不断前行。没有他们就没有我，我的点滴成就都来自他们。 本论文的完成远非终点，文中的不足和浅显之处则是我新的征程上一个个新的起点。我将继续前行！