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七、菌體蛋白質的生產與利用
隨著世界人口的增加和耕地麵積的逐漸減少， 糧食的短缺已成為當今世界麵臨的三大難題之一( 另兩大難題是環境問題和能源問題) 。十分值得慶幸的是， 微生物為我們解決糧食問題提供了充滿希望的可靠的途徑。
科學研究證明， 酵母菌和很多黴菌的菌體含有豐富的蛋白質、碳水化合物、核酸、脂肪類物質、無機鹽和維生素等營養物質， 是人類和家畜的良好食物來源。例如每100 公斤幹的酒精酵母中含有粗蛋白53 公斤、脂肪7. 0 公斤、纖維素5. 5 公斤。特別是在蛋白質營養方麵， 菌體細胞幾乎可以和我們食用的任何食物相媲美， 例如大豆的蛋白質含量為40 % 左右， 而菌體的蛋白質含量高達50 ～60 %， 有的酵母菌的蛋白質含量竟高達60 % 以上。
菌體蛋白質又叫單細胞蛋白， 簡稱SCP 。單細胞蛋白在飼料工業上被用來替代魚粉， 因為它的氨基酸含量和魚粉相當， 僅賴氨酸和蛋氨酸略少於魚粉。在製造各種飼料時可添加20 % 左右的單細胞蛋白質。用這種菌體蛋白製造的飼料來喂養奶牛、豬、肉牛和雞等具有很好的效果。例如， 當用菌體飼料喂養奶牛時比用青草喂養每天多產牛奶6 ～7 公斤， 而且牛奶的脂肪含量更高。用菌體飼料來喂豬， 豬長得又肥又壯。除此之外， 菌體飼料還可以用來喂魚和養蠶。最近十幾年來， 菌體蛋白在飼料工業中的應用得到很快的發展， 它不僅為我們節約了很多糧食， 緩解了世界上糧食緊張的局麵， 而且極大地促進了畜牧業的發展， 為我們提供了豐富的食品， 真是一舉多得。
由於酵母菌等微生物的菌體含有豐富的蛋白質和其他營養成份， 由農副產品發酵生產的酵母菌菌體是人類潛在的食物來源。但由於菌體蛋白具有特有的臭氣而且消化性較差， 必須通過適當的處理除去臭氣和提高消化性能後方可應用於製作各種食品， 目前這方麵的技術已取得突破， 國外已有由菌體蛋白製造的人造肉出售。值得指出的是， 當人類發生大的饑荒或戰爭時， 菌體蛋白有可能成為人類的重要食物之一。
和我們生產食物的其他方式相比較， 單細胞蛋白質和生產具有很多的優點。首先， 我們生產大豆等植物蛋白質食品時受氣候和各種病蟲害的影響， 而單細胞蛋白質的生產不受氣候等環境條件的影響。其次， 單細胞蛋白質的生產是在立體的發酵罐中進行， 可以節約占地麵積， 在小麵積的土地上可以生產出大量的產品。例如35 個容積為250 立方米的發酵罐每天可生產300 ～400 噸的幹酵母， 一年以300 個工作日計算， 每年可以生產出60000 噸左右的優質蛋白質， 若作為飼料則相當於400 萬平方米耕地每年產出的大豆。再次， 微生物由於生長繁殖快， 它合成蛋白質的速度也是動物和植物無法比擬的。例如在牧場中體重500 公斤的牛， 每天合成的蛋白質約0. 5 公斤， 而在發酵罐中的500 公斤製菌體每天可以產生1250 公斤蛋白質， 因此微生物合成蛋白質的速度比牛快2500 倍！
由於單細胞蛋白質的廣泛用途和優越性， 70 年代以後， 世界各國都十分重視它的開發應用。目前世界已經建成的單細胞蛋白工廠有幾十家， 其中年產量在10 萬噸以上的就有近10 家。全世界每年的單細胞蛋白總產量在100 萬噸以上， 為人類節約了大量的蛋白質原料， 並極大地促進了全球畜牧業的發展。
目前在工業生產上用於發酵生產單細胞質的原料主要是一些農副產物和石油化工產物。小麥的桔杆、水稻的穀殼等農業廢棄物是生產單細胞蛋白的最理想原料， 因為它們的來源廣、產量大而且價格低， 是變廢為寶的好途徑。近年來有關這方麵的研究進展迅速。例如我國科研人員通過多年研究， 建立了從稻殼生產單細胞蛋白的試驗工廠， 取得了很好的效果。所生產的單細胞蛋白營養全麵， 被用於製作多種豬飼料。
以甲醇、正烷烴、柴油等石油化工產品為原料生產單細胞蛋白質是過去幾十年研究的重點。70 年代以來， 英國、原蘇聯、意大利、日本、西班牙、委內瑞拉和原東德等近10 個國家相繼建立了年產10 萬噸以上的工廠， 都是以石油化工產品為原料的。例如， 在原油加工時經過分餾後可得約10 % 的粗柴油， 但粗柴油中含有很多的蠟， 使它的凝固點很高， 使用和運輸都不方便， 因此使用前必須進行脫蠟處理。以前大多采用尿素脫蠟或機械脫蠟， 現在則找到了更好的微生物方法。將微生物培養在粗柴油中， 利用微生物把柴油中的蠟吃掉， 可使柴油的凝固點下降30 ～40 ℃， 同時還可以獲得大量的單細胞蛋白。一般每100 公斤柴油發酵可得10 公斤菌體蛋白和90 公斤高質量的柴油， 達到了一箭雙雕的效果。
令人十分驚奇的是， 有一類細菌的培養隻要供給它們氫氣、氧氣、二氧化碳和少量的無機鹽與無機氮就行了， 它們可使氫進行氧化而獲得能量， 從而將二氧化碳、氫氣、氧氣和無機氮輕變為蛋白質等有機物質。我們把這類細菌叫作氫細菌。氫細菌的菌體組成成分與我們前麵介紹的酵母菌和黴菌相似， 蛋白質含量高達50 % 。由於它們基本上不要吃什麽東西， 因此是生產單細胞蛋白質的最理想微生物。目前利用這類氫細菌生產單細胞蛋白的研究正在進行之中， 而且許多技術難題已得到了解決。因此可以預見， 它們今後將是生產單細胞的主角之一。
大千世界無奇不有。1971 年一位日本科學家發現了一種更神奇的細菌， 它們在二氧化碳、N2 O2 和H2 的混合氣體中旺盛生長繁殖， 不需光照， 也不需要加入碳、氮化合物。因此， 它們是真正的隻吃空氣為生的細菌， 這種細菌以前沒有發現過。很多科學家對這一發現感到震驚和喜悅， 他們希望有朝一日這種細菌能成為飼料蛋白的重要來源之一， 目前這方麵的研究正在進行之中。
科學研究證明， 酵母菌和很多黴菌的菌體含有豐富的蛋白質、碳水化合物、核酸、脂肪類物質、無機鹽和維生素等營養物質， 是人類和家畜的良好食物來源。例如每100 公斤幹的酒精酵母中含有粗蛋白53 公斤、脂肪7. 0 公斤、纖維素5. 5 公斤。特別是在蛋白質營養方麵， 菌體細胞幾乎可以和我們食用的任何食物相媲美， 例如大豆的蛋白質含量為40 % 左右， 而菌體的蛋白質含量高達50 ～60 %， 有的酵母菌的蛋白質含量竟高達60 % 以上。
菌體蛋白質又叫單細胞蛋白， 簡稱SCP 。單細胞蛋白在飼料工業上被用來替代魚粉， 因為它的氨基酸含量和魚粉相當， 僅賴氨酸和蛋氨酸略少於魚粉。在製造各種飼料時可添加20 % 左右的單細胞蛋白質。用這種菌體蛋白製造的飼料來喂養奶牛、豬、肉牛和雞等具有很好的效果。例如， 當用菌體飼料喂養奶牛時比用青草喂養每天多產牛奶6 ～7 公斤， 而且牛奶的脂肪含量更高。用菌體飼料來喂豬， 豬長得又肥又壯。除此之外， 菌體飼料還可以用來喂魚和養蠶。最近十幾年來， 菌體蛋白在飼料工業中的應用得到很快的發展， 它不僅為我們節約了很多糧食， 緩解了世界上糧食緊張的局麵， 而且極大地促進了畜牧業的發展， 為我們提供了豐富的食品， 真是一舉多得。
由於酵母菌等微生物的菌體含有豐富的蛋白質和其他營養成份， 由農副產品發酵生產的酵母菌菌體是人類潛在的食物來源。但由於菌體蛋白具有特有的臭氣而且消化性較差， 必須通過適當的處理除去臭氣和提高消化性能後方可應用於製作各種食品， 目前這方麵的技術已取得突破， 國外已有由菌體蛋白製造的人造肉出售。值得指出的是， 當人類發生大的饑荒或戰爭時， 菌體蛋白有可能成為人類的重要食物之一。
和我們生產食物的其他方式相比較， 單細胞蛋白質和生產具有很多的優點。首先， 我們生產大豆等植物蛋白質食品時受氣候和各種病蟲害的影響， 而單細胞蛋白質的生產不受氣候等環境條件的影響。其次， 單細胞蛋白質的生產是在立體的發酵罐中進行， 可以節約占地麵積， 在小麵積的土地上可以生產出大量的產品。例如35 個容積為250 立方米的發酵罐每天可生產300 ～400 噸的幹酵母， 一年以300 個工作日計算， 每年可以生產出60000 噸左右的優質蛋白質， 若作為飼料則相當於400 萬平方米耕地每年產出的大豆。再次， 微生物由於生長繁殖快， 它合成蛋白質的速度也是動物和植物無法比擬的。例如在牧場中體重500 公斤的牛， 每天合成的蛋白質約0. 5 公斤， 而在發酵罐中的500 公斤製菌體每天可以產生1250 公斤蛋白質， 因此微生物合成蛋白質的速度比牛快2500 倍！
由於單細胞蛋白質的廣泛用途和優越性， 70 年代以後， 世界各國都十分重視它的開發應用。目前世界已經建成的單細胞蛋白工廠有幾十家， 其中年產量在10 萬噸以上的就有近10 家。全世界每年的單細胞蛋白總產量在100 萬噸以上， 為人類節約了大量的蛋白質原料， 並極大地促進了全球畜牧業的發展。
目前在工業生產上用於發酵生產單細胞質的原料主要是一些農副產物和石油化工產物。小麥的桔杆、水稻的穀殼等農業廢棄物是生產單細胞蛋白的最理想原料， 因為它們的來源廣、產量大而且價格低， 是變廢為寶的好途徑。近年來有關這方麵的研究進展迅速。例如我國科研人員通過多年研究， 建立了從稻殼生產單細胞蛋白的試驗工廠， 取得了很好的效果。所生產的單細胞蛋白營養全麵， 被用於製作多種豬飼料。
以甲醇、正烷烴、柴油等石油化工產品為原料生產單細胞蛋白質是過去幾十年研究的重點。70 年代以來， 英國、原蘇聯、意大利、日本、西班牙、委內瑞拉和原東德等近10 個國家相繼建立了年產10 萬噸以上的工廠， 都是以石油化工產品為原料的。例如， 在原油加工時經過分餾後可得約10 % 的粗柴油， 但粗柴油中含有很多的蠟， 使它的凝固點很高， 使用和運輸都不方便， 因此使用前必須進行脫蠟處理。以前大多采用尿素脫蠟或機械脫蠟， 現在則找到了更好的微生物方法。將微生物培養在粗柴油中， 利用微生物把柴油中的蠟吃掉， 可使柴油的凝固點下降30 ～40 ℃， 同時還可以獲得大量的單細胞蛋白。一般每100 公斤柴油發酵可得10 公斤菌體蛋白和90 公斤高質量的柴油， 達到了一箭雙雕的效果。
令人十分驚奇的是， 有一類細菌的培養隻要供給它們氫氣、氧氣、二氧化碳和少量的無機鹽與無機氮就行了， 它們可使氫進行氧化而獲得能量， 從而將二氧化碳、氫氣、氧氣和無機氮輕變為蛋白質等有機物質。我們把這類細菌叫作氫細菌。氫細菌的菌體組成成分與我們前麵介紹的酵母菌和黴菌相似， 蛋白質含量高達50 % 。由於它們基本上不要吃什麽東西， 因此是生產單細胞蛋白質的最理想微生物。目前利用這類氫細菌生產單細胞蛋白的研究正在進行之中， 而且許多技術難題已得到了解決。因此可以預見， 它們今後將是生產單細胞的主角之一。
大千世界無奇不有。1971 年一位日本科學家發現了一種更神奇的細菌， 它們在二氧化碳、N2 O2 和H2 的混合氣體中旺盛生長繁殖， 不需光照， 也不需要加入碳、氮化合物。因此， 它們是真正的隻吃空氣為生的細菌， 這種細菌以前沒有發現過。很多科學家對這一發現感到震驚和喜悅， 他們希望有朝一日這種細菌能成為飼料蛋白的重要來源之一， 目前這方麵的研究正在進行之中。
