10、工业发酵过程实例-单细胞蛋白生产工艺
天然气发酵产单细胞蛋白
天然气发酵产饲用单细胞蛋白1.单细胞蛋白SCP（single-cell-protein）是指利用各种基质大规模培养细菌、酵母菌、霉菌、微藻、光合细菌等而获得的微生物蛋白，是现代饲料工业和食品工业中重要的蛋白来源。
1966年，麻省理工学院首次提出SCP的概念，1967年在第一次全世界蛋白会议上正式将微生物菌体蛋白统称为单细胞蛋白。
SCP营养丰富，蛋白质含量40％-80％不等，所含氨基酸组分齐全平衡，且有多种维生素，消化利用率高(一般高于80％)，其最大特点是原料来源广，微生物繁殖快，成本低，效益高。
细胞和酵母利用甲醇、乙醇、甲烷和多链烷烃生产单细胞蛋白(SCP)；利用废物中的许多物质转化为SCP，如稻秸、蔗渣、柠蒙酸废料、果核、糖浆、动物粪便和污物等；利用藻类(如小球藻、栅藻)生产SCP。
生产SCP的微生物有酵母、非病原性细菌、放线菌和真菌及藻类等，其中饲用酵母和藻类蛋白发展最快。
2.嗜甲烷细菌/甲烷氧化菌甲烷氧化菌（Methanotrophs 或 Methane-oxidizing bacteria）是甲基氧化菌的一个分支，它能够利用甲烷或甲醇等 C1 化合物作为唯一的碳源进行生长，在全球大气甲烷的平衡中有着十分重要的作用。
利用甲烷为原料生产单细胞蛋白的细菌种类，如甲烷假单胞菌，嗜甲烷单胞菌等。
甲烷不含芳香烃类，无致癌物质、无毒害，产品安全性高，原料蕴含丰富，成本低，曾被当作第二代石油蛋白进行研究。
但嗜甲烷生产菌往往生长缓慢，菌体浓度低。
所以其生产效率低，且尾气中的残留甲烷的利用是个问题。
3.甲烷蛋白发展史（1）20 世纪 60 年代，单细胞蛋白开始在各国引起重视，被称为单株蛋白或合成蛋白。
由于制造的原料是正构石蜡烃、粗柴油、甲烷、乙醇、甲醇等都属于石油产品或者石油衍生物，因此在当时单细胞蛋白又称为石油蛋白。
欧美等国家便在那时已经开始了以天然气作为原料生产单细胞蛋白的研究，已有年产千吨日产十吨的专利报告，其成分报导大约与鱼粉相当。
单细胞蛋白及其发酵生产与工艺流程
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
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。
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％。
256000
7
17920
2.0
5120
玉米皮渣水解液
500000
7
35000
2.5
12500
发酵工程应用实例 单细胞蛋白生产
纤维素类原料生产SCP
有三条路线： •一是预处理-酶解 •二是酸解 •三是混合发酵法
纤维素酶分解天然纤维的先决条件是酶与纤维素相互接触，形 成复合物，但天然纤维的纤维素和其它主要成分不溶于水，并 且在细胞壁中排列成紧密的复合结构，因此，必须设法使纤维 素酶分子扩散到细胞壁内，纤维素分子的表面才能使之相互接 触并进行反应。结晶度越高，纤维表面积越小，酶解越困难。 另外，纤维素原料中的木质素会阻碍酶与纤维素接触，是影响 酶反应敏感性的另一重要因素。
以木薯为原料采用深层发酵法生产SCP的流程图
➢在SCP生产中，发酵过程必须控制温度以利于菌体的大量增殖、 生长。可以通过发酵罐内部的冷却表面散发培养液的热量，当然 也可以在罐外通过热交换器来降低培养液的温度。
➢以甘薯、木薯、玉米等淀粉质原料发酵生产SCP得率一般可超 过50％，即2t原料可生产出1t多蛋白含量超过50％的产物。每 升发酵液中生物量约为37～40g。
单细胞蛋白生产
单细胞蛋白(SCP)
指适用于食品和动物饲料应用的微生物细胞，包括酵母菌、 细菌、霉菌和高等真菌。 这些微生物大多数是富含蛋白质的单细胞生物，可以认为是 单细胞蛋白质的重要来源。
应用微生物生产单细胞蛋白的优点：
（1）细胞蛋白质含量高达50%以上，含有多种氨基酸、维 生素、矿物质、粗脂肪等营养成分，易于消化吸收。 （2）微生物生长繁殖快，短时间可获得大量产品。
➢瑞典糖业有限公司在1973年便利用土豆加工的废渣以混合培 养方法生产饲料SCP。
糖蜜原料生产SCP
糖蜜是制糖工业的主要副产品。甜菜、甘蔗糖蜜中含有多 种可利用成分，是综合利用发酵生产酵母、酒精、核苷酸 等产品的宝贵资源，而且特别适用于SCP生产。
工业发酵过程实例-单细胞蛋白生产工艺
3
单细胞生物的特性如下：
（1）营养丰富：蛋白质含量高达15％，可 利用氮比大豆高20％，如添加蛋氨酸则可 利用氮达95％以上。 （2）利用材料广。 （3）生产速率高。 （4）劳动生产率高。 （5）单细胞生物易诱变，比动、植物品种 容易改良。
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16.1 作为蛋白质资源的微生物
（1）利用糖类原料发酵生产单细胞蛋白。 如酿酒酵母、假丝酵母、木霉、青霉等。 （2）利用石油原料生产单细胞蛋白。如酵 母菌，细菌中的诺卡氏菌、假单胞菌、棒 状杆菌等。 尽管已经证明烃类蛋白质没有毒性和致癌 性，但人们还是担心其安全性。
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（3）利用甲烷为原料生产单细胞蛋白。以 细菌为主，如甲烷假单胞菌、嗜甲烷单胞 菌等。
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甲醇蛋白生产工艺流程
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以甲醇和乙醇为原料的食用单细胞蛋白生 产方面，目前世界上已有年产1000吨的中 间工厂。
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利用纤维素原料生产SCP工艺流程
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1．纤维素原料的预处理
预处理有物理、化学和物理化学等方法。 如磨碎、高压蒸煮、氧化处理、酸、碱或 酶水解等，使高结晶纤维素微粒化，以增 大纤维素的非结晶程度和反应表面积。 （1）粉碎：秸秆类6cm~7cm的碎片。 （2）水解：常压下2％~3％的硫酸，加压 下0.5％~1％的硫酸。2~4%的NaOH， 110~130℃加热30 ~60 min即可。
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1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动PCBA上的开关按键来实现功 能的一种设计方式。
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择 平头类的按键，以防按键下陷。
单细胞蛋白的生产
目录1 前言 (2)单细胞蛋白饲料的优点 (2)1.1.1蛋白质含量丰富 (2)1.1.2原材料来源广泛 (3)1.1.3生长速度快 (3)1.1.4不受季节和气候等条件的影响 (3)细胞蛋白生产的菌种类型 (3)单细胞蛋白的生产工艺的类型 (4)1.3.1液体深层发酵法[4] (4)1.3.2固体发酵法 (4)单细胞蛋白饲料的应用 (4)2 菌种的选育 (5)菌种的选取及筛选 (5)2.1.1菌种的选取 (5)2.1.2菌种的采集 (6)2.1.3培养菌 (6)2.1.4菌种的初筛 (6)2.1.5菌种的复筛[11] (6)诱变育种 (7)菌种的保藏 (7)3 培养基的配制 (8)配置培养基的原则 (8)培养基类型 (8)3.2.1孢子培养基 (8)3.2.2种子培养基 (9)3.2.3发酵培养基 (9)热带假丝酵母菌的培养基及培养条件 (9)培养基的设计 (10)3.4.1碳源 (10)3.4.2 氮源 (10)3.4.3 水 (10)3.4.3无机盐及微量元素 (10)4 灭菌 (11)仪器灭菌 (11)培养基灭菌 (11)4.2.1分批灭菌 (12)4.2.2连续灭菌 (12)空气除菌 (12)发酵罐除菌 (12)5 种子扩大培养 (13)实验室种子的制备 (13)生产车间种子制备 (13)6 发酵罐的工艺设计 (14)发酵罐的结构 (14)发酵罐的工艺尺寸 (15)h-底封头或顶封头高度 (15)6.2.1发酵罐的工艺计算 (16)6.2.2物料衡算 (17)7 发酵工艺控制[16] (17)发酵过程温度的影响及控制 (17)pH对假丝酵母生长的影响 (18)KH2P04含量对假丝酵母生长的影响 (18)氧气对酵母菌生长的影响 (18)染菌的控制 (19)8下游加工 (19)预处理和固液分离 (19)提取和干燥 (20)参考文献 (22)20摘要：单细胞蛋白(Single cell protein，简称SCP)指的是单细胞菌体蛋白，其蛋白含量高，营养丰富。
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(single cell protein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。
单细胞蛋白SCP的生产
单细胞蛋白SCP的生产引言单细胞蛋白是一种具有巨大潜力的生物资源，它能够广泛应用于医药、食品、化工等领域。
在过去的几十年中，单细胞蛋白的生产技术得到了长足的发展，其中最具代表性的就是单细胞蛋白SCP的生产。
本文将介绍单细胞蛋白SCP的生产工艺及其应用。
单细胞蛋白SCP的概述单细胞蛋白SCP（Single-cell Protein）是指通过利用微生物细胞进行发酵或培养得到的一种富含蛋白质的产物。
SCP具有高蛋白质含量、氨基酸组成均衡、营养价值丰富等特点，可用作饲料、食品添加剂、营养补充剂等。
单细胞蛋白SCP的生产工艺单细胞蛋白SCP的生产工艺主要包括菌种培养、发酵和提取等环节。
菌种培养菌种培养是单细胞蛋白SCP生产的关键环节。
首先选择适合生产SCP的微生物菌种，常用的包括酵母菌、蓝藻、真菌等。
然后将选定的菌种进行预处理和扩大培养，确保菌种的活力和数量达到要求。
发酵发酵是SCP生产的核心步骤。
通过给菌种提供适当的营养物质和环境条件，促使其进行充分的生长和代谢，产生大量的蛋白质。
发酵条件包括温度、pH值、氧气供应等，需要根据具体菌种和工艺进行调控。
提取提取是将发酵过程中产生的SCP从发酵液中分离出来的过程。
常用的提取方法包括沉淀法、离心法、过滤法等。
通过这些方法，可以获得高纯度的SCP产物。
SCP的应用领域单细胞蛋白SCP具有广泛的应用领域。
饲料领域由于SCP具有高蛋白质含量和良好的营养价值，它在饲料领域具有广泛的应用前景。
SCP可以用作动物饲料的蛋白质来源，提高饲料的蛋白质含量，增加动物的生长速度和抵抗力。
食品添加剂领域SCP可以提取得到多种氨基酸，这些氨基酸可以作为食品添加剂，提供食品的口感和营养价值。
另外，SCP还可以作为替代性蛋白质来源，用于制备素食产品和代餐食品。
化工领域SCP中的蛋白质可以通过加工处理，提取出特定的功能性物质。
这些功能性物质可以用于化工领域的合成反应、生物降解材料等方面，具有很高的应用潜力。
单细胞蛋白的生产流程
三、单细胞蛋白的优势
营养丰富, 生物效能高：单细胞蛋白所含的营养物质极为丰富， 其中蛋白质含量高达40 %～80 % ，比大豆高10 %～20 % ，比 肉、鱼、奶酪高20 %以上；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；氨基酸的组成较为齐全，含有人体必需 的8 种氨基酸，尤其是谷物中含量较少的赖氨酸
单细胞蛋白简介
08300700055 生物科学 彭镇
一、什么是单细胞蛋白？
单细胞蛋白( Single cell protein 简称SCP)
又称微生物蛋白或菌体蛋白, 是利用工业废水、废气、天然 气、石油烷烃类、农副加工产品以及有机垃圾等作为培养基, 培养酵母、非病源细菌、真菌等单细胞生物体, 然后经过净 化干燥处理后制成,是食品工业和饲料工业的重要蛋白质来源。
参考文献及网页
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单细胞蛋白与传统食品的 各种主要营养成分含量比较
单细胞生物的特性如下：
（1）营养丰富：蛋白质含量高达15％，可 利用氮比大豆高20％，如添加蛋氨酸则可 利用氮达95％以上。 （2）利用材料广。 （3）生产速率高。 （4）劳动生产率高。 （5）单细胞生物易诱变，比动、植物品种 容易改良。
16.1 作为蛋白质资源的微生物
单细胞蛋白（SCP）是通过培养单细胞生物 而获得的菌体蛋白质。 用于生产单细胞蛋白的单细胞生物包括微型 藻类、非病原细菌、酵母菌类和真菌等。 它们可利用各种基质在适宜的培养条件下生 产单细胞蛋白。 菌体中蛋白质含量随所用菌种及基质而异， 一般含量达40％~80％。
与传统食品营养成分比较，蛋白质含量高， 氨基酸组成较为齐全，含有人体必需8种氨 基酸，尤其是谷物中含量较少的赖氨酸。 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。 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。
甲醇蛋白生产工艺流程
以甲醇和乙醇为原料的食用单细胞蛋白生 产方面，目前世界上已有年产1000吨的中 间工厂。
16.2 用糖类原料生产菌体蛋白
生产单细胞蛋白的糖类原料非常丰富，如 糖蜜，甘薯粉、玉米粉、土豆粉、麦粉、 稻草、麦秆、玉米茎和叶。 其中纤维素类是生产单细胞蛋白的最佳原 料之一。 其优点是：原料来源丰富，价廉，没有毒 性疑虑，可附带解决城市垃圾问题，可提 高纤维质粗饲料的使用价值。
天然纤维素的聚合度、结晶度很高。由β1,4-糖苷键连接的D-葡萄糖残基组成的高分 子聚合物的聚合度从几百到一万五千。 据X衍射测定，多种植物纤维素的相对结晶 度在30~40之间，而棉花纤维高达70~80， 且植物纤维被木质素包蔽着，是一种具有高 度抵抗生物降解的高分子聚合物。 因此，纤维素在用作碳源前必须进行预处理， 这也是该原料的不足之处，因而也促使人们 加以研究改进处理技术，以适用廉价生产的 要求。
（1）利用糖类原料发酵生产单细胞蛋白。 如酿酒酵母、假丝酵母、木霉、青霉等。 （2）利用石油原料生产单细胞蛋白。如酵 母菌，细菌中的诺卡氏菌、假单胞菌、棒 状杆菌等。 尽管已经证明烃类蛋白质没有毒性和致癌 性，但人们还是担心其安全性。
（3）利用甲烷为原料生产单细胞蛋白。以 细菌为主，如甲烷假单胞菌、嗜甲烷单胞 菌等。 甲烷不合芳香烃，无致癌物质，无毒害， 产品安全性高，原料蕴藏丰富，成本低。 但产生菌大多都生长较慢，菌体浓度低， 所以生产速率低，尾气中残留甲烷的利用 尚未完全解决。 （4）利用甲醇生产单细胞蛋白。甲烷单胞 菌属、甲基球菌属，假单胞菌。
利用纤维素原料生产SCP工艺流程
1．纤维素原料的预处理
预处理有物理、化学和物理化学等方法。 如磨碎、高压蒸煮、氧化处理、酸、碱或 酶水解等，使高结晶纤维素微粒化，以增 大纤维素的非结晶程度和反应表面积。 （1）粉碎：秸秆类6cm~7cm的碎片。 （2）水解：常压下2％~3％的硫酸，加压 下0.5％~1％的硫酸。2~4%的NaOH， 110~130℃加热30 ~60 min即可。
培养时，通常采用无机盐培养基，加入玉米 浆一类有机营养源，再补充所需要的维生素 即可。甲醇以低浓度加入，一般采用2％~3％ 以下的浓度。 以甲醇为原料生产单细胞蛋白，在美、英、 德、日等国和北欧都通过了中试，我国台湾 也正在开发，但开发较成功的目前只有英国 的ICI公司。 该公司自1968年开始，12年投资1亿英镑，于 1979年形成年产5万吨的甲醇蛋白工厂，产品 行销欧洲市场，其饲料应用效果很好。
（3）中和：水解液中除含有戊糖和己糖外， 还含有糠醛、萜烯、甲醇、醋酸、甲醛、 甲酸等挥发性物质。 添加石灰乳中和，使pH达到6.5~6.8，然后 静止、澄清、除去石膏等，添加硫酸亚铁 等以除去单宁及其衍生物，将中和液冷却 至30℃~40℃备用。 选用能产生纤维素酶和木质素酶的菌种， 与纤维素原料一起混合发酸，使木质纤维 素不必处理而作为碳源。
（5）利用乙醇原料生产单细胞蛋白。假丝 酵母、细菌、曲霉属。 （6）利用二氧化碳为碳源，氢为能源的细 菌为氢细菌，多为氢单胞菌属。 （7）利光合细菌 等。
世界上利用石油资源生产单细胞蛋白的企业
国内外以农业废物和食品工业废物为原料研 制单细胞蛋白的主要情况
同化甲醇的细菌中，有的只同化甲烷和甲 醇（有假单胞菌、甲烷单胞菌、甲基球菌、 甲基单胞菌等属的一些种)，有的除甲醇外 还同化乙醇或葡萄糖类，但不同化甲烷(有 精朊杆菌、假单胞菌、无色杆菌及芽孢杆 菌属的一些种)。 只同化甲醇的细菌(解甲基甲烷单胞菌等)。 能够利用甲醇的酵母一般也能同化烃类。 研究酵母菌体生产比研究细菌更重要，采 用的酵母有克勒克酵母、毕赤氏酵母、汉 逊氏酵母、假丝酵母、圆酵母等属。
2．利用纤维素生产单细胞蛋白的工艺过程
（1）生产菌种：中温好气性细菌，主要属 于纤维单胞菌属、假单胞菌属、纤维粘菌 属和芽孢杆菌属等。 （2）工艺流程：
（3）所得产品与原料成分分析 原料与产品分析
16.3 以甲醇等醇类原料生产菌体蛋白
以甲醇为原料的优点是价格低，熔于水， 缺点是同化甲醇的微生物比较有限，菌体 收率较低、甲醇本身及其代谢产物甲醛有 毒。 但菌体分离容易，用水洗涤菌体就能将有 毒物质除去。 若能提高菌体收率，那么甲醇则是一种极 好的原料。