天然氣發(fā)酵產(chǎn)單細(xì)胞蛋白

1、天然氣發(fā)酵產(chǎn)飼用單細(xì)胞蛋白單細(xì)胞蛋白SCP( single-cell-protein)是指利用各種基質(zhì)大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)菌、酵母菌、霉菌、微藻、光合細(xì)菌等而獲得的微生物蛋白，是現(xiàn)代飼料工業(yè)和食品工業(yè)中重要 的蛋白來(lái)源。1966年，麻省理工學(xué)院首次提出SCP的概念，1967年在第一次全世界蛋白 會(huì) 議上正式將微生物菌體蛋白統(tǒng)稱為單細(xì)胞蛋白。SCP營(yíng)養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量40%-80 %不等，所含氨基酸組分齊全平衡，且有多 種維生素，消化利用率高(一般高于80%)，其最大特點(diǎn)是原料來(lái)源廣，微生物繁殖 快，成本低，效益高。細(xì)胞和酵母利用甲醇、乙醇、甲烷和多鏈烷烴生產(chǎn)單細(xì)胞蛋 白(SCP);利用廢物中的許多物質(zhì)

2、轉(zhuǎn)化為SCP如稻秸、蔗渣、檸蒙酸廢料、果核、糖 漿、動(dòng)物糞便和污物等；利用藻類(如小球藻、柵藻)生產(chǎn)SCP。生產(chǎn)SCP的微生物 有酵母、非病原性細(xì)菌、放線菌和真菌及藻類等，其中飼用酵母和藻類蛋白發(fā)展最 快。嗜甲烷細(xì)菌/甲烷氧化菌甲烷氧化菌(Methanotrophs 或 Methane-oxidizing bacteria )是甲基氧 化菌的一 個(gè)分支，它能夠利用甲烷或甲醇等C1化合物作為唯一的碳源進(jìn)行生長(zhǎng)，在全球大氣 甲烷的平衡中有著十分重要的作用。利用甲烷為原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的細(xì)菌種類，如甲烷假單胞菌，嗜甲烷單胞菌 等。甲烷不含芳香烴類，無(wú)致癌物質(zhì)、無(wú)毒害，產(chǎn)品安全性高，原料蘊(yùn)含豐富，成本

3、 低，曾被當(dāng)作第二代石油蛋白進(jìn)行研究。但嗜甲烷生產(chǎn)菌往往生長(zhǎng)緩慢，菌體濃度 低。所以其生產(chǎn)效率低，且尾氣中的殘留甲烷的利用是個(gè)問(wèn)題。甲烷蛋白發(fā)展史20世紀(jì)60年代，單細(xì)胞蛋白開(kāi)始在各國(guó)引起重視，被稱為單株蛋白或 合成蛋白。由于制造的原料是正構(gòu)石蠟烴、粗柴油、甲烷、乙醇、甲醇等都屬 于石油 產(chǎn)品或者石油衍生物，因此在當(dāng)時(shí)單細(xì)胞蛋白又稱為石油蛋白。歐美等國(guó)家便在那 時(shí)已經(jīng)開(kāi)始了以天然氣作為原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的研究，已有年產(chǎn)千噸日產(chǎn)十噸的 專利報(bào)告，其成分報(bào)導(dǎo)大約與魚(yú)粉相當(dāng)。 我國(guó)在20世紀(jì)六七十年代時(shí)，有人在石油化工等產(chǎn)業(yè)中提出了利用石 油生產(chǎn)蛋白，當(dāng)時(shí)稱為“氣蛋白”，但由于歷史原因及資源的限制而

4、被擱淺。如 今由于環(huán)保、資源等問(wèn)題，利用天然氣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白又被漸漸提上日程。國(guó)內(nèi) 外很多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始了這方面的實(shí)踐研究，但我國(guó)至今尚未對(duì)甲烷氧化菌單細(xì) 胞蛋白在飼料及食品行業(yè)的應(yīng)用有專門報(bào)道。1970年英國(guó)殼牌公司在英國(guó)Sittingbourne地區(qū)建立了一個(gè)規(guī)模為年產(chǎn) 300 t的天然氣蛋白試驗(yàn)裝置，利用的甲烷氧化菌為Methylomonas methanica。1974年，殼牌公司宣布在英國(guó)錫廷伯恩(Sittingbourne)地區(qū)建立一個(gè)規(guī)模更大的 試驗(yàn)裝置，并籌備在荷蘭阿姆斯特丹(Amsterdam)籌備一個(gè)規(guī)模為年產(chǎn)10萬(wàn)t裝置的發(fā)展計(jì)劃。但在1976年，殼牌公司決定停止該發(fā)展

5、計(jì)劃 并無(wú)限推遲，當(dāng)時(shí)的原因歸結(jié)為：大豆和玉米的價(jià)格很低；很多國(guó)家有擴(kuò)大現(xiàn)有蛋白 來(lái)源的潛能；在不發(fā)達(dá)國(guó)家推廣該先進(jìn)工藝技術(shù)比較困難。1999年挪威國(guó)家石油公司與英國(guó)Nycomedmer-sham公司聯(lián)合投資建 設(shè)了世界上第一套用天然氣生產(chǎn)甲烷氧化菌單細(xì)胞蛋白的工業(yè)裝置。該裝置為合資 企業(yè)Norferm DA公司所有。這套裝置具有年產(chǎn)1萬(wàn)t生物蛋白的能力。生產(chǎn)單細(xì)胞 蛋白的主要菌種為Methylococcus capsulatus，并且還有一組伴生菌的共同生長(zhǎng)。生 產(chǎn)出的單細(xì)胞蛋白含70%蛋白質(zhì)、12%碳水化合物、10%脂肪和8%礦物質(zhì)，目前在 挪威已有農(nóng)業(yè)合作社作為飼料出售。歐盟已經(jīng)通過(guò)了利

6、用天然氣生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的批準(zhǔn)(Council Directive No. 82 / 471 /EEC) ，1995年，歐盟對(duì)甲烷蛋白在飼料中的添加比例做出規(guī) 定：豬飼料中的使用量為8%，牛飼料為8%，咸水鮭魚(yú)飼料為33%，淡水鮭魚(yú)飼 料為19%。2009年，歐盟對(duì)蛋白質(zhì)來(lái)源做了修訂(Regulation ( EC) No767/2009，對(duì)利用天然氣發(fā)酵制備的單細(xì)胞蛋白有了進(jìn)一步的促進(jìn)，進(jìn)而促使了這 類單細(xì)胞蛋白的發(fā)展和使用，確定了其作為單胃動(dòng)物未來(lái)營(yíng)養(yǎng)來(lái)源的地位。6) 2016年美國(guó)Calysta公司和嘉吉公司準(zhǔn)備在美國(guó)孟菲斯投資建立世界 上最大的天然氣發(fā)酵工廠，以進(jìn)行FeedKind蛋白的

7、生產(chǎn)。預(yù)計(jì)，該工廠能在2019年 投入使用，每年生產(chǎn)2萬(wàn)噸的FeedKind蛋白；實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷工作后，工廠的年產(chǎn)量將達(dá)到20萬(wàn)噸。另外，公司還在英國(guó)設(shè)有工廠，向用戶提供FeedKind蛋白的樣本。美國(guó)Calysta公司為我們打開(kāi)了一種未來(lái)的可能性：從燃料中獲得食物。這個(gè)看似異想天開(kāi)的想法實(shí)際上已經(jīng)于2011年獲得歐盟的批準(zhǔn)，可用于各類動(dòng)物飼料 當(dāng)中，并且已經(jīng)在挪威和大西洋的三文魚(yú)養(yǎng)殖中得到應(yīng)用。美國(guó)Calysta公司的技術(shù)來(lái)源就是挪威的石油公司Stateoil，其在1999年建成年產(chǎn) 一萬(wàn)噸的生物蛋白工廠，但由于天然氣價(jià)格過(guò)高且未在歐盟獲批，最后關(guān)停技術(shù)轉(zhuǎn) 讓給了 Calysta公司I。蛋白組成

8、分析表1甲烷蛋白與幾種參考蛋白質(zhì)在氨基酸組成上的比較（g/16君蛋白）甲烷蛋白豆粕魚(yú)粉甲醇蛋白必需氨基酸精氨酸6.3 土 0.37.40.56.20.64.6組氨酸2.20.22,70.22,50.41”9異亮氨酸4.40.470.34.70.34.3亮氨酸7,50.27+90.47+0賴氨酸5.60.46.10.38.20.36.0蛋氨酸2.60.2L30.12.4苯丙氨酸4.2025,00.34.1 0.24J蘇氨酸4.30.33.90.34.00.64.6色氨酸2.20.81.4().90.9緘氨酸5.80.34.80.4530.15.6 -非必需氨甚酸丙氨酸 滅冬氨酸 胱氨酸 谷氨酸 甘氨酸 脯氨酸 絲氨酸 酪氨酸7土 0.44.20.46J0.17J8.50.411.20.79.91.28.80.70.11.50.20.90.20.710.6+0.618.21.412.61.00.64,90.34.2036.00.85.73,80.35,0034.3 土 02.93,60.25,2034J033.33.6 土 0.33,8033,2