单细胞蛋白的生产与应用

姚 峰 安徽农业大学动物科技学院 230036

传统蛋白质饲料主要是植物性蛋白饲料和动物性蛋白饲料。植物性蛋白饲料的蛋白含量为20%～50%，包括大豆及其饼粕、棉籽饼粕、菜籽饼粕、花生饼粕、葵花饼粕、亚麻籽饼粕、玉米蛋白粉及其加工副产品玉米麸料和玉米胚芽粕。动物性蛋白饲料的蛋白含量为40%～90%，包括鱼粉、肉骨粉、肉粉、血粉、羽毛粉、蚕蛹粉及蚕蛹饼、血浆蛋白粉、奶粉和酪蛋白。20 世纪以来，随着人口的增加，传统蛋白质饲料产量已满足不了养殖需求，各国都在寻求其他的饲料蛋白源。单细胞蛋白（SCP）饲料就是在这种背景下发展起来的。

1 单细胞蛋白的概念

单细胞蛋白(SCP)是指利用各种基质大规模培养酵母菌、细菌、真菌和微藻等而获得的微生物蛋白。SCP 的蛋白含量高达40%～80%。

酵母是最早广泛用于生产单细胞蛋白的微生物。酵母中含蛋白质45%～55%，是一种接近鱼粉的优质蛋白。

细菌蛋白的蛋白含量占干重的3/4 以上，在补充含硫氨基酸以后，它的营养价值与大豆分离蛋白相近。用于生产单细胞蛋白的细菌较多，研究较多的细菌为光合细菌和自养产碱杆菌。自养产碱杆菌的菌体蛋白质含量高达60%～80%。应用较多的真菌有曲霉和青霉。主要利用糖蜜、酒糟、纤维类农副产品下脚料生产单细胞蛋白。霉菌丝体蛋白质占干物质的30%～50%。利用水域培养藻类获得蛋白质也是很好的途径。开发利用较多的是小球藻和螺旋藻，产品蛋白含量可达55%～70%。

2 单细胞蛋白饲料的特点

2.1 生产效率高

比动植物高成千上万倍，这主要是因为微生物的生长繁殖速率快。在适宜条件下细菌0.5～1h、酵母1～3h、微型藻类2～6h 即可增殖1 倍。

2.2 原料丰富

工农业废物、废水，如秸秆、蔗渣、甜菜、木屑、废糖蜜、废酒糟水、亚硫酸纸浆废液等；石油、天然气及相关产品，如原油、柴油、甲烷、甲醇、乙醇、CO2、H2等，都可作为基质原料。

2.3 可以工业化大量生产

设备简单，容易生产；需要的劳动力少，不受地区、季节和气候的限制。如年产10 万吨SCP 的工厂，以酵母计，一年可产蛋白4000 多吨；以大豆计，一年所产蛋白相当于50 多万亩大豆所含蛋白。

2.4 营养丰富

产品中含有丰富的维生素，必需氨基酸含量较高、组成齐全，包含了人体必需的8 种氨基酸，而且消化利用率高，一般高于80%。

2.5 核酸含量较高

如酵母为6%～1l%、细菌为10%～18%。核酸在畜体内消化后形成尿酸，因家畜无尿酸酶，尿酸不能分解，随血液循环在家畜的关节处沉淀或结晶，可引起痛风症或风湿性关节炎，使用时应控制用量[1]。

3 单细胞蛋白的开发利用

单细胞蛋白在饲料和食品工业中有着重要的作用。20 世纪20 年代，荷兰、德国和英国就已公布了SCP 的生产专利。

单细胞蛋白可直接食用。干酵母蛋白含量高、热量低，可作为食品的添加剂。有的国家在婴儿食品中掺入酵母蛋白以提高食品的营养性能。酵母的浓缩蛋白有显著的鲜味，已广泛用于食品的增鲜添加剂。

单细胞蛋白应用最多和最普遍的是动物饲料。

早在20 世纪20 年代，就有人用饲料酵母作反刍动物的蛋白补充料。1967 年在美国麻省理工大学召开了第一次世界单细胞蛋白饲料会议，确认开发生产单细胞蛋白是解决饲料粮短缺的重要途径之一。随后，世界各国广泛开展单细胞蛋白饲料生产的研究，特别是利用现代化发酵工程技术手段以多种非食用资源和废弃资源作为基质料，以工业化的方式大规模生产单细胞蛋白饲料。

用于生产单细胞蛋白的细菌较多，研究较多的细菌为光合细菌和自养产碱杆菌。国外对于大量培养光合细菌生产SEP 的研究是20 世纪70 年代后期才开始的，日本生产的PSB 菌液作为鱼类的饲料添加剂已形成商品化生产。自养产碱杆菌是氢细菌中被研究最多的SCP 生产菌，这种菌体蛋白质含量高达70%～80%。目前，主要进行这方面研究工作的有美国、俄罗斯、德国和日本。

目前已实现藻类蛋白质商品化生产的国家和地区有10 多个，年产干藻粉1 万吨以上，其中墨西哥占85%。墨西哥的Sosa Texacoeo 公司拥有目前世界最大的螺旋藻生产工厂，年产330 吨。日本在冲绳也成立了2 个小球藻生产有限公司，其中一个公司拥有17 个培养池，每月产8～10 吨饲用干藻粉。

我国SCP 的主要产品是饲料酵母。单细胞蛋白饲料的生产与发达国家比较还存在一定差距，生产技术和产品技术有待进一步研究和提高。近些年，我国先后以石油、石蜡、甲烷、甲醇、乙醇、棉籽壳、糖糟渣、蔗渣、木屑、秸秆、纸浆纤维及食品、发酵工业等废液为原料，研究生产菌体蛋白，取得了不少研究成果。我国蛋白饲料年需要量在500 万吨以上，每年都要大量进口鱼粉和豆粕，因此单细胞蛋白在我国的发展空间很大。

4 SCP 生产工艺

生产单细胞蛋白饲料的工艺流程一般可以概括为菌种+培养基+氮源+微量元素-菌种扩大培养-发酵罐培养-培养液-分离菌体-洗涤或水解-干燥-动物饲料。

菌种的选择非常重要。菌种之间可互相补偿缺陷，协同互生。因此生产不同的生物蛋白饲料选用的复合菌株不同。目前生产SCP 的工艺主要有两大类：固态发酵和液体深层发酵。

4.1 固态发酵

固态发酵是指某些微生物生长需水很少，可利用疏松而含有必需营养物的固体培养基进行需氧、厌氧或兼性发酵生产。固态发酵工艺是很古老的技术，从远古时代人们就已利用固态发酵制造食品、干酪和堆肥。

固态发酵工艺的缺点是机械化程度低、生产效率低、劳动强度大、易染杂菌，优点是无或少有环境污染、投资少、操作容易、原料易得。发酵原料一般为富含营养物质的工农业副产品和废弃物，如麸皮、薯粉、棉籽饼粕、菜籽饼粕、大豆饼粉、血粉、羽毛粉、高粱和玉米粉等[2]。

4.2 液体深层发酵

液体深层发酵是指在液体培养基表面及内部进行的微生物培养过程，是在第二次世界大战后发展起来的。液体深层发酵工艺产量大、易控制、机械化程度高，但投资大、能耗大、污染多。液体深层发酵可以实现连续发酵，而固体发酵却不能。

随着世界能源危机的出现和环保意识的加强，已被忽视的古老固体发酵工艺重新引起人们的兴趣。因为这种方法对利用大量农业和森林废弃物很方便，但固态发酵技术水平还比不上液体深层发酵技术水平，设备和工艺都需要改进[3]。

[1]张勇,朱宇旌.饲料与饲料添加剂[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]张日俊.现代饲料生物技术与应用[M].北京：化学工业出版社，2008.

[3]郭维烈,郭庆华.新型发酵蛋白饲料[M].北京:科学技术文献出版社2005.