单细胞蛋白_什么是单细胞蛋白_单细胞蛋白的生产(2)

3.2 微生物混合发酵注意事项

3.2.1 菌种组合 混合发酵菌种组合常选择包括纤维素分解菌、木质素分解菌、蛋白增加菌等。产纤维素酶菌株多选用木霉,也可用曲霉、烟曲霉、黑曲霉或宇佐美曲霉等;木质素分解菌主要有侧孢霉、白腐菌等;常用酵母菌可提高蛋白含量,如产朊假丝酵母、热带假丝酵母、啤酒酵母等。菌种搭配时应注意菌株之间的相容性,尽量选用习性接近的微生物菌种。

3.2.2 发酵条件 发酵过程中的温度、时间、水分、pH等因素及其交互作用对发酵影响显著。对固态发酵而言,温度是首要因素。因此,首先必须根据所采用的菌种组合及原料的特点调整好培养基的起始pH、含水量;其次,需根据微生物的最佳生长繁殖温度设定好培养温度;最后,需明确微生物产生目标代谢产物的最佳时间,并根据实际情况确定发酵时间。

3.2.3 发酵料处理 由于一般混合发酵采用的原料多为纤维素类生物质资源,因此,在发酵前有必要对原材料进行充分的物理、化学处理,从而达到将纤维素、半纤维素、木质素等分离,使后续的酶解反应更顺利。单细胞蛋白通常采用的处理方法包括蒸煮法、酸/碱处理法、有机溶剂处理法、生物法和湿氧化法等。另外,秸秆材料中的营养成分并不能完全满足微生物生长繁殖的需要,因此还要添加适当的碳源(如麸皮等)和氮源(如尿素等),以便提高产物的酶活力和蛋白含量。对于好氧性较强的微生物,添加适量的膨胀剂(如膨润土等)也是必要的。

4 微生物混合发酵产SCP研究进展

目前,对微生物混合发酵生产SCP的研究主要集中在高效菌种的筛选及改良、发酵工艺的优化改进以及寻找合适原材料方面。

4.1 高效菌种的筛选及改良 目前, 人类对于微生物的认识还十分有限,一方面是受限于有限的技术条件,另一方面是由于微生物资源种类繁多且分布广泛。基于微生物资源的丰富性,研究者极有可能从自然界中筛选到适合发酵和生产SCP的高效微生物菌株。因此,大量针对合适菌株的筛选工作也随之展开,并且取得了良好效果。

Banat等从科威特分离筛选出一种嗜热芽孢杆菌Ba cillussp.(KISRITMIA,NCIMB40040),该菌在实验室中经过优化的工艺处理后,能使SCP产率达到5.06g/(L h)。

Gustavo等介绍了一种通过基因工程技术改良了的酵母菌 Kluyveromycesmarxianus,该菌在生产 -半乳糖苷酶、 -葡萄糖苷酶、单细胞蛋白等活性物质方面具有潜在的优势。国内在这方面也有相关的研究,涂璇等通过紫外线诱变选育出的纤维素酶高产突变株黑曲霉和烟曲霉(UA8Aspergillusfumigatus和UF2Asper gillusniger)与酵母菌混合发酵,在短时间内可大大提高纤维素酶组分的活性,这为进一步利用微生物发酵纤维素含量较高的秸秆类资源、农作物壳类资源生产SCP提供依据。

4.2 发酵工艺的优化与改进 由于通过现代生物技术筛选改良适合生产SCP的菌种的成本较高,不确定因素也较多,且筛选出的菌种性状稳定性差。因此,目前对于利用微生物发酵生产SCP的研究更多集中于利用各种方法对其生产工艺的优化与改进。单细胞蛋白Gao等通过对培养基进行优化,经过56h的发酵,发现每1L培养基中可产生10.1g的marineyeastCryptococcusaureusG7a菌体细胞干重。Tipparat等在利用Schwanniomycescastellii发酵生产SCP时,通过改变发酵工艺,大大提高了该菌对淀粉的转化能力。

4.3 寻找合适的原料 在具备优良菌株及良好工艺的条件下,还必须找到合适的原材料。原材料必须具备以下几个首要条件,如价格低、取材易、数量多、糖类物质含量丰富等。目前,国内外对原材料的研究主要集中于玉米芯、水稻秸秆、工业废水、废渣等。这些材料一方面造成了资源的浪费,另一方面也给环境造成了严重的污染。

Rajoka、Matilda、廖雪义、肖佐华等的相关研究已证明米糠、多年生草、小麦酒糟、玉米秸秆、水稻秸秆等是良好的SCP生产原材料。随着生物技术特别是微生物技术的发展,将有更多的材料变废为宝。