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蛋白的天然制造工厂单细胞蛋白

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更神奇的单细胞蛋白

单细胞蛋白(SingleCellProtein,简称SCP),也叫菌体蛋白、微生物蛋白,它是以各种有机或无机营养物为培养基,在适宜条件下培养酵母菌、非病原细菌等单细胞微生物,使其大量增殖,并将菌体收集、加工后产生的蛋白质。

单细胞蛋白中蛋白质含量高,可达40%-80%,富含人类所需的必需氨基酸,可补充人体所需营养,去除核酸后可作为食品蛋白直接食用。与动物蛋白和植物蛋白相比,单细胞蛋白生产周期短、原料来源广、能源利用率高,且对环境的影响和依赖性很小,可作为动植物蛋白食品的替代来源。

单细胞蛋白还含有多种维生素、不饱和脂肪酸和无机盐,营养价值高,可用于生产功能性食品。此外,鉴于单细胞蛋白良好的水合性、胶凝性、乳化性和组织成型性等功能特性,其亦可作为食品添加剂应用于食品加工。

蛋白加工厂:天然微生物

目前利用一碳化合物生产单细胞蛋白的天然微生物主要有甲醇酵母、化能自养菌和光合自养微生物三大类。

其中甲醇酵母以甲醇为底物,生产的单细胞蛋白中蛋白质含量较高,富含必需氨基酸和维生素,且酵母菌体较大易于分离回收。

化能自养菌生长速度快,包括乙醇梭菌和好氧甲烷氧化菌等,其中乙醇梭菌以CO为底物,而好氧甲烷氧化菌以CH4为底物,利用它们生产的单细胞蛋白不仅蛋白质和必需氨基酸含量高,还具有较高的消化吸收率,但单细胞蛋白核酸含量较高。

光合自养微生物包括微藻和光合细菌两类,二者均以CO2为底物。微藻光合固碳效率较高,生产的单细胞蛋白富含叶绿素、维生素和不饱和脂肪酸,且核酸含量较低,但微藻细胞壁不易消化;光合细菌单细胞蛋白含有丰富的必需氨基酸、类胡萝卜素、维生素和聚羟基脂肪酸酯,可用于生产功能性食品。

宝石蓝的藻蓝蛋白

藻蓝蛋白是某些藻类特有的重要捕光色素蛋白,藻蓝蛋白拥有较宽的光谱范围、较高的荧光产率和良好的水溶性,这使得它们能在免疫检测、荧光显微术和流式细胞仪技术方面作为一种良好的生物化学示踪物。藻蓝蛋白呈现鲜艳的宝石蓝色,天然无毒,还可以作为色素被广泛应用于食品、化妆品、染料等工业。

近年研究表明,藻蓝蛋白在抗辐射、抑制肿瘤、抗过敏、抗疲劳、增强免疫力等方面有较高的活性。如鱼腥藻藻蓝蛋白(APC)的体外抗氧化作用时发现,一定浓度范围内不同纯度的APC的总抗氧化能力呈现一定的量效关系,能清除O2-.和·OH及抑制MDA的生成,这说明了APC在一定浓度范围内具有抗氧化作用。

开发应用的N种可能

真菌、细菌、微藻等微生物具有适应力强、生物效能满足需求和无毒害等诸多优势,这些微生物均可生产SCP产品。其中,螺旋藻等微型光合菌能够利用二氧化碳、光能进行光合作用,生长并生产SCP和其他有营养价值副产物。有些SCP具有抗氧化能力,后续未来可以应用于婴儿食品及辅料中。

此外,有些可以利用无机氮生产SCP的微生物还能积累生物聚合物,增加SCP的生物营养性。有研究发现,利用酵母生产的发酵产品营养丰富,更有有利于人类的身体健康。螺旋藻和小球藻等藻类生产的蛋白质含量一般在60%~70%。而细菌生长速度快,其蛋白质产量高,可以作为产优质蛋白的新型来源,可以有效低蛋白质生产成本,更好的满人类对于蛋白质的需求。

前景无限,大有可为

微生物单细胞蛋白还可作为多种食品添加剂,用于食品加工。酵母浓缩蛋白具有显著的鲜味,已被广泛用于酱汁、肉汁等食品的增味。新鲜酵母和活性干酵母可作为发酵剂,用于馒头、面包的加工;此外,酵母细胞壁多糖β-葡聚糖可作为乳化稳定剂用于乳制品加工。利用单细胞蛋白良好的水合性,将其用于肉制品和焙烤食品的制作,可减少加工过程中水分的流失,保持食品良好的口感和风味。

微藻单细胞蛋白中含有丰富的色素,可生产食用天然色素。微藻单细胞蛋白还富含天然抗氧化剂,包括类胡萝卜素、酚类化合物、维生素和植物甾醇等,可用于食物保存。有研究表明,添加微藻单细胞蛋白可显著提高鱼肉对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基的清除能力,延缓脂肪氧化,延长肉制品保质期。

技术成熟,安全不可忽视

影响单细胞蛋白安全性的因素包括微生物生产原料的安全性、单细胞蛋白的RNA含量、微生物本身是否产生毒素以及潜在的过敏原等。根据上面的安全性原则,主要就是:

1)生产单细胞蛋白菌株不能是病原菌,菌株不产生毒素;

2)生产原料中重金属残留含量不能超过要求;

3)在微生物培养和产品处理中要求无污染、无溶剂残留和热损害;

4)最终产品应无病菌、无活细胞、无溶剂残留;

5)单细胞蛋白产品必须进行动物毒性试验和致癌实验,还要进行人体临床试验,测定人体对单细胞蛋白的耐受性和可接受性,才能用于食品生产。

由于微生物具有自身代谢的独特特点,为了使单细胞蛋白符合作为食物的要求,一般采用特定的后处理来提高这种产品的消化性和可接受性。如微藻细胞具有细胞壁,生产微藻单细胞蛋白时需要将细胞壁破碎,使单细胞蛋白更容易被人体消化。细菌和真菌等微生物生长快速,其细胞含有高含量核酸,这致使相应微生物单细胞蛋白或多或少都含有部分核酸,尤其是RNA。

当单细胞蛋白用于食品生产时,高核酸含量是一个问题。人体摄入RNA分解产生的嘌呤化合物会增加血浆中的尿酸浓度,而人体缺乏尿酸酶,尿酸会在体内积累,积累过多甚至会导致肾结石和痛风。因此,利用单细胞蛋白生产食品蛋白时,需要增加核酸脱除环节,添加核糖核酸酶使RNA降解,将核酸含量减小到规定的限值以下。




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