[00056397]马铃薯淀粉加工副产物单细胞蛋白的生产技术

单细胞蛋白（Single-cell protein, SCP）是指利用各种基质大规模培养细菌、酵母菌、霉菌、微藻和担子菌所获得的微生物蛋白，是现代食品工业和饲料工业重要的蛋白来源。单细胞蛋白有较高的营养价值，蛋白质含量40%～80%不等，所含氨基酸组分齐全，且含有多种维生素。最大特点是原料来源广、微生物繁殖快、成本低、效益高。因此，在当今世界蛋白质资源严重不足情况下，发展SCP愈来愈受到各国重视，目前已发展成为一项具有巨大经济效益的生物工程产业。在我国生物技术发展规划的重点中就有蛋白质生物工程项目。我国SCP的生产始于20世纪20年代初，但20世纪80年代以后才有较大的发展，主要是利用工农业中各项可再生资源生产食用酵母或饲料酵母，如利用造纸废液、味精厂废液、糖蜜、酒糟、淀粉厂废水废渣、油脂工业废水、果渣、石油、天然气等，筛选优良菌种，通过现代微生物发酵工程技术或基因工程技术，生产出等级不同的产品。

　　一、单细胞蛋白的特点

　　单细胞蛋白与传统的动植物蛋白相比有许多特点：

　　1．微生物菌体的蛋白质含量很高，按其干重计算，细菌一般为40%～80%，酵母菌为40%～60%，霉菌为15%～50%，藻类为60%～70%。微生物蛋白所含人体8种必需氨基酸略高于大豆蛋白质，有几种在一般粮食里缺少的氨基酸。另外，所含维生素有维生素B2、维生素B6以及β-胡萝卜素、麦角固醇等，因此可视其为一种理想的蛋白质资源。

　　2．微生物世代时间短，在最佳环境条件下，能以惊人的速率生长。若以蛋白质含量计算，1kg单细胞蛋白相当于1～1.5kg的大豆。1头体重500kg的牛，每天只能合成0.5kg蛋白质，而500kg的活菌体，在适宜的条件下，1天能够生产1250kg蛋白质。建造一座5只100t发酵罐的工厂，可年产50000t单细胞蛋白，相当于5万亩耕地上种植大豆的产量。

　　3．微生物易于变异，可通过各种物理、化学方法进行诱变，或采用基因重组技术对单细胞蛋白生产菌进行遗传性状的改变，从而较易获得优质高产的突变株。

　　4．微生物的培养不受季节、气候和地区的限制，它的生产环境可人为控制，所以微生物蛋白易于实现工业化生产。

　　5．微生物的培养基来源广泛，可以以大量的农业废弃物作为培养基质，因此，它的生产原料廉价而充足。

　　二、单细胞蛋白的生产菌种

　　许多微生物都可以用于生产单细胞蛋白，但以酵母菌最受重视。酵母细胞蛋白质构成比较理想，而且比细菌更容易从培养介质中回收。还有许多细菌和放线菌也用于生产单细胞蛋白。细菌生长繁殖快，其蛋白质含量及含硫氨基酸含量均较高，更适用于作动物饲料。近年来，真菌已开始引起人们的关注，真菌含有较丰富的木素、纤维素等的降解酶系，可用廉价的废弃的碳水化合物原料连续地进行单细胞蛋白生产。

　　三、单细胞蛋白的可接受性和安全性

　　单细胞蛋白作为食品，它的气味、颜色、口味必须为食用者所喜欢，这是可接受性；对人体无毒副作用，这是安全性。在单细胞蛋白的发展过程中，除了纯技术和经济因素外，还有一个重要方面，即在很多人心里很难接受将微生物蛋白作为食物，特别是关注单细胞蛋白产品的安全性和营养价值。单细胞蛋白的原材料是危及安全性的关键。因此，在单细胞蛋白的生产过程中要注意以下几个方面：①所用菌种被公认不产毒素则安全的，菌体代谢产物也必须是无毒的，如啤酒酵母等。②培养基内不含任何毒性成分。③产品的气味、口味和组织外观要好。④菌体内核酸含量不能过高。⑤基因工程菌的培养和处理应严守有关法规。由此可见，严格的卫生质量控制程序必须贯穿于生产的全过程，以避免病原菌或有毒微生物对产品的污染。

　　四、用马铃薯加工副产物生产单细胞蛋白

　　1．用马铃薯加工废水生产单细胞蛋白

　　随着我国改革开放以来东西方文化的交流，油炸马铃薯片等加工企业的数量正以成倍甚至几百倍的速度增长。但随之而来的问题是马铃薯加工副产物--薯皮和漂洗废水愈来愈多，这些下脚料含有大量可供微生物生长的淀粉和残糖等，是生产单细胞蛋白的良好原料，可进行综合利用，开发非传统的蛋白饲料，用以作为动物的蛋白补充剂。如荷兰利用废料生产的一种马铃薯蛋白，蛋白质含量高达75.5%，氨基酸组成和牛乳类似。我国马铃薯加工的副产物尚未得到充分利用，除部分作为廉价饲料和肥料外，大部分作为垃圾弃掉。选用的米曲霉具有较高的淀粉酶活力，该菌株在最适培养条件下，随着菌体的迅速生长繁殖，消耗了马铃薯副产物中淀粉等营养物质，致使马铃薯漂洗废水中有机物质的含量大大降低，菌体中粗蛋白含量达到45.43%，菌体蛋白中氨基酸组成与鱼粉类似，含有8种必需氨基酸。所选用的米曲霉菌株生长繁殖快、无毒、蛋白质含量高，生长的菌丝较酵母菌容易收集。利用工业化生产，发酵生产的菌体蛋白除可作为饲料外，还可作为酶制剂、抗生素和肌苷酸发酵工业的氮源。在马铃薯发酵菌体蛋白中还含有一定量的膳食纤维，进行纯化处理后是理想的食品工业原料。

　　2．用马铃薯渣进行固态发酵生产单细胞蛋白

　　我国在马铃薯加工过程中每年产生数百万吨的马铃薯废渣。目前对薯渣的利用只是以鲜渣或晾干后作为饲料，由于薯渣蛋白质含量低、粗纤维较多，营养价值不高，饲养效果差，从而造成了极大的浪费，而且导致严重的环境污染，因而成为食品工业的一个十分突出的问题。以马铃薯薯渣为主，采用黑曲霉（Aspergillus niger）和白地霉（Geotrichum candidum）协生固态发酵技术，黑曲霉对薯渣中大分子碳水化合物具有较强的分解能力，使碳源糖化，然后用α-淀粉酶液化，经白地霉固态发酵生产菌体蛋白饲料。传统的菌体蛋白固态发酵工艺中，常采用单菌种培养或多菌种混合接种发酵法，这些方法对生产菌株要求较高，单菌种对纤维素含量很高的渣、糟原料而言，很难实现非蛋白物质转化为菌体蛋白的生化过程。多菌种混合发酵中尽管可较好地处理原料降解和菌体蛋白的转化问题，但两类不同生理类型的菌（其最适生长和发酵条件各异）同时接种，就必须要求它们具备一致的发酵条件（温度、pH、通风、搅拌等）。但生产中只能采取偏重一方的方式，因而菌种往往不容易筛选获得。多菌种协生分阶段接种发酵工艺可以有效地解决上述问题，实现薯渣多菌种固态发酵工业化生产。