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发酵的类型及操作方式作者：林刚张朝武来源：《中国新技术新产品精选》2009年第19期摘要:发酵是指利用微生物制造工业原料或工业产品的过程。
根据各种微生物的特性,在有氧或无氧条件下利用生物催化(酶)的作用,将多种低值原料转化成不同的产品的过程。
如酿酒、制酱和醋等发酵技术古已有之。
本文介绍了发酵的类型及操作方式。
关键词:发酵;微生物;发20 世纪 40 年代中期美国抗菌素工业兴起,大规模生产青霉素以及日本谷氨酸盐 (味精 )发酵成功,大大推动了发酵工程的发展。
70年代以石油为原料生产单细胞蛋白,使发酵工程从单一依靠碳水化合物(淀粉)向非碳水化合物过渡,从单纯依靠农产品发展到利用矿产资源,如天然气、烷烃等原料的开发。
80年代初基因工程发展,人们能按需要设计和培育各种工程菌,在大大提高发酵工程的产品质量的同时,节约能源,降低成本,使发酵技术实现新的革命。
1 发酵类型1.1 微生物菌体发酵这是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。
传统的菌体发酵工业:有用于面包制作的酵母发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白发酵两种类型。
新的菌体发酵可用来生产一些药用真菌:如香菇类、天麻共生的密环菌、以及从多孔菌科的获苔菌获得的名贵中药获答和担子菌的灵芝等药用菌。
这些药用真菌可以通过发酵培养的手段来生产出与天然产品具有同等疗效的产物。
1.2 微生物酶发酵酶普遍存在于动物、植物和微生物中。
最初,人们都是从动、植物组织中提取酶,但目前工业应用的酶大多来自微生物发酵,因为微生物具有种类多、产酶的品种多、生产容易和成本低等特点;微生物酶制剂有广泛的用途,多用于食品和轻工业中,如微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生产葡萄糖,氨基酰化酶用于拆分DL一氨基酸等。
酶也用于医药生产和医疗检测中,如青霉素酰化酶用来生产半合成青霉素所用的中间体6一氨基青霉烷酸,胆固醇氧化酶用于检查血清中胆固醇的含量,葡萄糖氧化酶用于检查血中葡萄糖的含量等等。
1.3 微生物代谢产物发酵微生物代谢产物的种类很多,已知的有37个大类,其中16类属于药物。
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。
单细胞蛋白的生产现状及发展前景摘要：随着世界人口的不断增长,粮食和饲料不足的情况日益严重.面对这一严峻的现实，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。
因此，本文就单细胞蛋白的生产现状与发展前景作一阐述。
关键词：单细胞蛋白生产前景单细胞蛋白（简称SCP）主要是从酵母菌、细菌、放线菌、霉菌、微型藻等单细胞生物和具有简单结构的多细胞生物中所提取的蛋白质,称为单细胞蛋白质，目前工业化生产的单细胞蛋白几乎都是来自酵母菌。
单细胞蛋白其粗蛋白含量可达45％～70％（而作物中蛋白质含量最高的大豆仅达35％～45％），且各种氨基酸搭配合理，维生素含量高。
成本低、产量高、原料广等特点，特别对于缓解世界面临食物短缺、环境污染和能源缺乏等问题尤其显得重要。
1、单细胞蛋白的特性1.1单细胞蛋白的生物特性单细胞蛋白是通过培养单细胞生物而获得的菌体蛋白质。
用于生产SCP的单细胞生物包括微型藻类、非病原细菌、酵母菌类和真菌。
1.1.1SCP营养丰富蛋白质含量高达40%～80%，比大豆高10%～20%，比肉、鱼、奶酪高20%以上；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。
单细胞蛋白中还含有多种维生素、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。
［2］1.1.2 生产单细胞蛋白的原料来源极为广泛，成本较低。
一般分为四类：一是糖质原料，如淀粉或纤维素的水解液、亚硫酸纸浆废液、制糖的废蜜等；二是石油原料，如柴油、正烷烃、天然气等；三是石油化工产品，如醋酸、甲醇、乙醇等；四是氢气和碳酸气。
最有前途的原料是可再生的植物资源，如农林加工产品的下脚料、食品工厂的废水下脚料等。
这些资源数量多，而且用后可以再生，还可实现环境保护。
1.1.3 生产速率高一般蛋白质生产速度同猪、牛、羊等体重的倍增时间成正比。
微生物的倍增时间比牛、猪、鸡等快千万倍，如细菌、酵母菌的倍增时间为20～120h，霉菌和绿藻类为2～6h，植物1～2周，牛1～2个月，猪4～6周。
单细胞蛋白名词解释单细胞蛋白是一种由微生物製造的蛋白质制品，用于作为食品和饲料的替代品。
它是利用微生物（如细菌、酵母、微藻等）在发酵过程中生产大量蛋白质。
这种蛋白质具有高度的营养价值和可持续性，可以提供人体所需的多种氨基酸，而无需传统农业生产方式中的大面积农田、水资源和化肥农药等资源。
单细胞蛋白的制备过程通常包括菌种培养、发酵和分离纯化。
首先，选用合适的微生物菌种进行培养，提供适当的营养条件，如碳源、氮源等，以促进其生长和繁殖。
然后，在适当的温度、pH值和氧气含量条件下，进行大规模的发酵过程，产生大量的细胞生物量。
最后，通过离心、过滤等方法将细胞分离出来，去除其他杂质物质，最终得到纯净的单细胞蛋白。
单细胞蛋白具有许多优点。
首先，它具有高蛋白质含量，通常可以达到50%以上，远高于传统食物中的蛋白质含量。
其次，它富含多种必需氨基酸，适合作为植物和动物蛋白质的替代品，可以满足人体对蛋白质的需求。
此外，它不含胆固醇、转基因成分和抗生素等有害物质，对人体健康无负面影响。
此外，单细胞蛋白的生产过程相对简单，占用空间小，使用水资源和化肥农药量少，对环境影响较小，具有良好的可持续性。
单细胞蛋白具有广阔的应用前景。
首先，它可以作为高蛋白饲料添加剂用于畜牧养殖，代替传统的鱼粉、骨粉等饲料原料。
这不仅可以降低饲料成本，还可以减少对海洋资源的压力。
其次，单细胞蛋白可以作为人类食品的重要组成部分。
在未来的食品供应中，单细胞蛋白可以作为替代肉类和植物蛋白质的有效选择，有助于解决全球食物供应和安全性的问题。
尽管单细胞蛋白在营养和可持续性方面具有许多优势，但仍然存在一些挑战。
首先，其成本相对较高，需要进一步降低生产成本才能在市场上竞争。
其次，公众对于新型食品的接受度和食品安全性的关注度较高，需要加强相关政策法规和公众宣传教育，促进单细胞蛋白的广泛应用。
此外，与传统食品相比，单细胞蛋白的口感和风味可能存在差异，需要进一步改进技术，提高其食用的可接受性。
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d (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，它的生产占用土地棋少，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口资源。
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口质。
微生物细胞中含有丰富的蛋口质，例如酵母菌蛋口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%,而作物中含蛋口质最高的是大豆，其蛋口质含量也不过是35%〜40%。
单细胞蛋口的氨基酸组成不亚于动物蛋口质，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口质外，还含有丰富的碳水化合物以及脂类、维生素、矿物质，因此单细胞蛋口营养价值很高。
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)工农业糟渣类包括口酒糟、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、正烷烧、甲醇、乙醇、醋酸等。
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。
（2）我国在 20 世纪六七十年代时，有人在石油化工等产业中提出了利用石油生产蛋白，当时称为“气蛋白”，但由于历史原因及资源的限制而被搁浅。
如今由于环保、资源等问题，利用天然气生产单细胞蛋白又被渐渐提上日程。
国内外很多研究机构已经开始了这方面的实践研究，但我国至今尚未对甲烷氧化菌单细胞蛋白在饲料及食品行业的应用有专门报道。
（3）1970 年英国壳牌公司在英国 Sittingbourne 地区建立了一个规模为年产 300 t 的天然气蛋白试验装置，利用的甲烷氧化菌为 Methylomonas methanica。
1974年，壳牌公司宣布在英国锡廷伯恩（Sittingbourne）地区建立一个规模更大的试验装置，并筹备在荷兰阿姆斯特丹（Amsterdam）筹备一个规模为年产 10 万 t装置的发展计划。
但在 1976 年，壳牌公司决定停止该发展计划并无限推迟，当时的原因归结为：大豆和玉米的价格很低；很多国家有扩大现有蛋白来源的潜能；在不发达国家推广该先进工艺技术比较困难。
（4）1999年挪威国家石油公司与英国 Nycomedmer-sham 公司联合投资建设了世界上第一套用天然气生产甲烷氧化菌单细胞蛋白的工业装置。
该装置为合资企业 Norferm DA 公司所有。
这套装置具有年产1万t生物蛋白的能力。
生产单细胞蛋白的主要菌种为 Methylococcus capsulatus，并且还有一组伴生菌的共同生长。
生产出的单细胞蛋白含 70%蛋白质、12%碳水化合物、10%脂肪和 8%矿物质，目前在挪威已有农业合作社作为饲料出售。
（5）欧盟已经通过了利用天然气生产单细胞蛋白的批准（Council Directive No． 82／471／EEC），1995年，欧盟对甲烷蛋白在饲料中的添加比例做出规定：猪饲料中的使用量为8％，牛饲料为8％，咸水鲑鱼饲料为33％，淡水鲑鱼饲料为19％。
2009年，欧盟对蛋白质来源做了修订（Regulation（EC）No 767／2009，对利用天然气发酵制备的单细胞蛋白有了进一步的促进，进而促使了这类单细胞蛋白的发展和使用，确定了其作为单胃动物未来营养来源的地位。
（6）2016年美国Calysta公司和嘉吉公司准备在美国孟菲斯投资建立世界
上最大的天然气发酵工厂，以进行FeedKind蛋白的生产。
预计，该工厂能在2019年投入使用，每年生产2万吨的FeedKind蛋白；实现满负荷工作后，工厂的年产量将达到20万吨。
另外，公司还在英国设有工厂，向用户提供FeedKind蛋白的样本。
美国Calysta公司为我们打开了一种未来的可能性：从燃料中获得食物。
这个看似异想天开的想法实际上已经于2011年获得欧盟的批准，可用于各类动物饲料当中，并且已经在挪威和大西洋的三文鱼养殖中得到应用。
美国Calysta公司的技术来源就是挪威的石油公司Stateoil，其在1999年建成年产一万吨的生物蛋白工厂，但由于天然气价格过高且未在欧盟获批，最后关停技术转让给了Calysta公司。
4.蛋白组成分析
5.成本核算
利用甲烷生产单细胞蛋白，其主要的对手是传统饲料原料豆粕和鱼粉，以及发展最为快速的酵母单细胞蛋白，酵母单细胞蛋白的碳源以葡萄糖计。
上述产品价格如下表：
名称豆粕鱼粉酵母蛋白甲烷蛋白
价格元/吨2900～3400 9000～13500 6000～7500
成本。
