浅析单细胞蛋白在食品工业中的生产及应用

【中图分类号】R155 【文献标识码】A 【文章编号】1672－3783(2011)11－0416－01

单细胞蛋白(Singlecellprotein简称SCP)就是从酵母或细菌等微生物中获取的蛋白质。酵母菌体中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%。同时微生物细胞中还有丰富的碳水化合物及脂类、维生素、矿物质,所以微生物菌体可以作为食品和饲料。SCP的生产在农业、畜牧、及渔业歉收时,可补充蛋白质供应的不足。当今世界人口迅速增长,要确保充足的蛋白质供给是一个十分严峻的问题。大力发展农业,增加粮食产量,至关重要。同时有了粮食,可以提供饵料和饲料,使养殖业和畜牧业发展,促使蛋白质量增加。因此发展SCP生产工业,有极其重要的意义。

一 生产单细胞蛋白的微生物生产

SCP的微生物应从食用安全性、加工难易、生产率和培养条件等方面进行选择。其中实用安全是重要条件,首先,选用的微生物必须是无毒的,不致病的。

目前生产SCP的微生物有四大类:即非致病和非产毒的酵母、细菌、真菌和藻类。酵母菌千百年来,一直就用在烤制面包、酿酒等方面。所以酵母菌是容易被接受生产SCP的微生物。同时酵母菌核酸含量较低,容易收获。在偏酸环境下(pH4.5~5.5)能够生长,可减少污染。常用的酵母菌有啤酒酵母和产脘假丝酵母。啤酒酵母只能利用己糖,而产脘假丝酵母能利用戊糖和己糖,在营养贫脊的培养基中生长很快。另外解脂假丝酵母可利用烷烃和汽油。细菌的生产原料广泛,生产周期短但细菌个体小,收获分离难,核酸含量高,同时消化性差。藻类的生产需要足够的阳关和一定的温度细胞壁不易被消化,食味不好,核酸含量高对人的健康不利。真菌菌丝生产慢,易受酵母污染,必须在无菌条件下培养。

二 在食品中的用途

大批量的SCP是以全细胞形式消费的,而且是用作饲料蛋白源。作为人的食品消费的SCP,限于酵母菌和假丝酵母菌。SCP以全细胞形式供人类消费的几个方面:

（一）增加谷类产品的蛋白质生物价:用补充含赖氨酸高的SCP可提高植物蛋白的生物价或蛋白质功能。可任意选择使用醇酒酵母,脆壁酵母、产脘假丝酵母这三种食用酵母,加到各类面包中,用量为面粉重量的2%，黑面包中假丝酵母用量已达到5%。在早餐用谷物产品、罐装婴儿食品和老人食品中,通常实用酵母用量为2%。也有一些商品添加2%-3%的干酵母。

（二）提高食品中的维生素和矿物质含量:用于补充许多食物(包括通心粉、面条)中所需全部或部分维生素和矿物质。每磅的限量是硫胺素4~5mg,核黄素117~212mg,尼克酸27~34mg,维D250~1000USP单位,铁1310~16.5mg,钙500~625mg。

（三）提高食品的物理性能:SCP细胞还可用于改进食品的物理性能。例如：把活性干酵母加入意大利烘饼中提高其延薄性能,把食用酵母以1%~3%比例加入肉类加工制品中以提高肉、水、脂肪的结合性能。Lindblom曾说明,破碎的酵母细胞持水容量为每g细胞310~3.5ml。在细胞壁碎片除去后,SCP浓缩物的持水容量降至115ml/g。因此,可以设想细胞壁部分在使食品膨胀方面起重要作用。

（四）食品添加物:Klapka等报告圆酵母添加物宜于加入汤、肉饼、辣椒、肉汁、马铃薯调味汁、蔬菜、谷物、烤面包中,但加入沙拉、果汁、农家奶酪的适宜性较差。SCP的全细胞被破碎,提取出蛋白质并浓缩制得浓缩蛋白质,但生产成本高。酵母的浓缩蛋白质比未经处理的SCP细胞,具有显著的鲜味,已被广泛作为汤料、肉汁等食品的增鲜剂。酵母菌质壁分离物已作焙烤食品的增香剂。组织化浓缩蛋白是经过组织化处理,产物具有咀嚼性、松脆性,在水中无分散性。据Akin报告组织化处理为：酵母的细胞首先用表面活性剂(如硫酸月桂酸钠)处理,促进细胞成分的部分渗出,残余的细胞碎片用胶凝剂(如氢氧化钠)处理,然后用盐酸或其它酸使蛋白质沉淀,导致组织形成。组织化面包酵母以30%的量加入牛肉馅饼中,以15%的量加入牛肉香肠中,以3%~10%的比例用于制特种面包、饼干、牛奶软糖、巧克力饼干中,提高食品的风味。日本开发出从亚硫酸浆(pulp)废液酵母抽出核酸以作为调味料之原料的方法，其抽出残渣则做为饲料用酵母。Akin报告，把SCP细胞与液状无机酸(如盐酸)在80~100e下，处理10~30min，离心分离除去残余的细胞物质，制成一种可发泡的产物，然后用乙醇把SCP浓缩物沉淀。回收SCP浓缩物的发泡性能胜于蛋清。

四 生产实例

味精厂排出大量的富含有机物和低pH值的废水,是微生物的理想培养基。上海酿造科学研究所研究了一种既能降低其耗氧量(COD),又可生产出具有经济价值的SCP的废水处理方法。

实验采用热带假丝酵母,先在Be6的麦芽汁琼脂斜面上生长3天,用4ml蒸馏水冲洗后接种到1000ml的三角瓶中,三角瓶中有100ml培养基,由4%糖蜜和96%味精厂废水组成。在旋转式摇床上,180r/min,30e培养18h。然后以5%的比例将种子液转换到含有30L100%废水的容积为50L的发酵罐中，pH为315，不需调节。维持1.0V/V/份的供氧速率，30~40e使发酵进行10h,此时要伴以搅拌。发酵过程中温度不低于35e，发酵醪的PH会自动地上升至6~7。最后，通过分离和干燥等方法回收SCP,并将其制成饲料蛋白粉。试验结果表明,SCP的蛋白含量可达到5414%。COD下降69%，生物耗量BOD下降54%。(化学耗氧量和生物耗氧量均为废水污染指标)。同时收获SCP的数量也较为理想。

工业化大规模生产SCP，比传统农业生产蛋白质具有许多优越性。第一，比农业生产需要的劳动力少，不受季节和气候的制约；第二，原料来源广泛，如农产品的下脚料、工业废水、烃类及其衍生物：第三，可用占地有限的小设备进行而得到高产；第四，生产周期短，生产效率高。在适宜条件下，细菌015~1h，酵母1~3h即可增殖一倍；第五，SCP含有丰富的蛋白质、维生素和矿物质，可以开辟新的饲料蛋白源，节约粮食，减少环境污染，促进畜牧业发展。有些SCP的营养成分符合人体的需要和吸收利用，可以直接做成食品。第六，SCP的生产使人类摆脱大自然的束缚，是发展工业化生产蛋白质的途径。

参考文献

［1］ 章练红.世界单细胞蛋白开发利用概况,饲料博览.1999 (2)

［2］ 陈坚 环境生物技术.中国轻工业出版社，1999

［3］ 严希康，生化分离工程，化学工业出版社2001

作者单位：221300 邳州市疾病预防中心