单细胞蛋白及其在食品工业中的应用

郭小鹏 刘涛 徐慧 刘鑫 徐海涛

单细胞蛋白（Single cell protein 简称SCP）是指从酵母或细菌等微生物中获取的蛋白质。酵母菌体中单细胞蛋白质含量占细胞干物质的45 %～55 %；细菌蛋白质占干物质的60%～80 %；单细胞藻类如小球藻等蛋白质占干物质的55 %～60 %；霉菌菌丝体蛋白质占干物质的30 %～50 %。此外，微生物细胞中含有丰富的碳水化合物及脂类、维生素、矿物质等营养物质，所以微生物菌体可以作为食品和饲料的原料。

单细胞蛋白的种类和特点

真菌蛋白。（1）酵母蛋白。①菌种：酵母属中绝大多数菌种都能够用来生产SCP，主要包括：酵母属、假丝酵母属、球拟酵母属、红酵母属、圆酵母属等。②特点：酵母属的特点是营养丰富。如粗蛋白质45%～60%含有几乎所有的必需氨基酸，尤其是赖氨酸、亮氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸等含量高，其中赖氨酸5%～7%，蛋氨酸+胱氨酸2%～3%，还含有丰富的VB1、Vnz、Ve6、VB12和泛酸、烟酸、糖类等。（2）其他真菌蛋白。①菌种：地霉属、根霉属、木霉属、曲霉属、镰刀菌属和伞菌目的霉菌等。②特点：营养价值接近酵母蛋白，但没有酵母蛋白口感好和安全性高，大规模生产受到限制。

藻类蛋白。（1）藻类种类：主要有小球藻属、栅列藻属和螺旋藻属等。其中研究、利用最多的是螺旋藻。（2）特点：小球藻为绿藻门自养型单细胞藻类，是第一种人工培养的微藻。小球藻富含蛋白质、脂质、多糖、食用纤维、维生素、微量元素和活性代谢产物，具有很好的保健和药理作用。

细菌蛋白。（1）菌种：常见的有甲烷极毛杆菌属、氢极毛杆菌属以及放线菌属中的分枝杆菌、小球菌、甲基极毛杆菌等非病原性细菌和光合细菌。目前，生产细菌蛋白的菌种主要以光合细菌为主，包括似真细菌的红螺细菌、绿硫细菌、着色细菌及似藻的蓝细菌。（2）特点：光合细菌能进行光合作用，营养丰富，含有60%以上的蛋白质以及多种维生素，特别是维生素B2、叶酸、生物素的含量是酵母的几十倍。此外，含有生物活性物质，如辅酸Q10、抗病毒物质及促生长因子等。

单细胞蛋白的生物特性

营养丰富。与黄豆粉相比，蛋白质含量高达15%，而可利用氮比大豆高20%，如添加蛋氨酸则可利用氮达95% 以上。

原料廉价广泛。利用原料广可就地取材，廉价大量地解决原料问题。生产单细胞蛋白的原料来源极为广泛，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。

生产效率高。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。

劳动生产率高。生产不受季节气候的制约，易于人工控制，同时由于在大型发酵罐中立体式培养占地面积少。如年产10万t SCP工厂，以酵母计，按含蛋白质45%计算，一年所产蛋白质为45000t。一亩大豆按亩产200kg计，含蛋白质40%，则一年为80kg蛋白质。所以，一个SCP工厂所产蛋白质相当于562500亩土地所产的大豆。

安全性与营养性评价

SCP作为饲料蛋白，已被广泛应用。但作为人类食品，其安全性与营养性必需进行严格评价。首先是安全性的问题，联合国蛋白质咨询组对SCP的安全性评价作出一系列的规定：生产用的菌株不是病源菌、不产生毒素；生产原料的要求，石油原料中多环芳香族烃含量低；农产品来源的原料中重金属与农药的残留进行测定，含量较少，不能超过要求；培养条件及产品处理中，无污染，无溶剂残留和热损害；最终产品中应无病原菌，无活细胞，无原料和溶剂残留。最终产品必须进行白鼠的毒性试验和两年的致癌试验；还要进行遗传、哺乳、致畸及变异效应试验。这些试验通过以后，还要作人的临床试验，测定SCP对人的可接受性和耐受性。

第二个SCP评价即营养评价。从SCP的化学成分，特别是从氨基酸组成，可以得到营养价值的信息。从其氨基酸组成看，在微生物蛋白质中除含硫氨基酸不足，如蛋氨酸低以外，能基本保持平衡，赖氨酸等含量较多。

对SCP的营养价值，除根据化学分析数据外，最终评价取决于生物测定。生物测定有两种评价方法，即生长法和氮平衡法。生长法是测定蛋白质效率比（PER） 。其定义是，生长中动物每摄入一单位重量的蛋白质所获得的体重。以酪蛋白蛋白质效率为2.5作对照。氮平衡法是确定蛋白质的生物价（BV）。生物价是指被生物吸收的蛋白质，与留在动物体内供生长和维持生命部分的比例。BV值高反映蛋白质质量高。SCP的维生素B2、B6、β-胡萝卜素、麦角甾葸醇含量丰富。磷和钾含量丰富，钙较少。補充蛋氨酸，营养价值显著提高。酵母蛋白中赖氨酸较多，用食用酵母作补充物，可将面粉、玉米谷物蛋白质的生物价提高。J .arguin报告，在面粉中补充圆酵母10 %，可使蛋白质效率比值从0.82 提高到2.31。

SCP作为人类食品核酸含量高是有害的。细菌细胞中核酸含10 %～18 %；酵母（干基） 约6 %～11 %，与其相比，肉只有2 %。人从饮食中摄入核酸多，造成血液中尿酸含量上升。由于尿酸在生理PH条件下是微溶的，它会在关节上沉淀或析出晶体，造成痛风或风湿性关节炎。由于在尿中含量大于溶解度，会在泌尿系统中沉积成结石。人从食品摄入的核酸含量安全水准为每日2g。所以SCP 作为人类食品的蛋白质源，必须降低核酸的含量。

在食品加工中的用途

大批量的SCP是以全细胞形式消费的，而且是用作饲料蛋白源。作为人的食品消费的SCP，限于酵母菌和假丝酵母菌。SCP以全细胞形式供人类消费的几个方面：

提高植物蛋白的生物价或蛋白质功能。用补充含赖氨酸高的SCP可提高植物蛋白的生物价或蛋白质功能。可任意选择使用醇酒酵母，脆壁酵母、产脘假丝酵母这三种食用酵母，加到各类面包中，用量为面粉重量的2 % ，黑面包中假丝酵母用量已达到5 %。在早餐用谷物产品、罐装婴儿食品和老人食品中，通常实用酵母用量为2 %。也有一些商品添加2 %～3%的干酵母。

提高维生素和矿物质含量。已用于补充许多食物（包括通心粉、面条） 中所需全部或部分维生素和矿物质。每磅的限量是硫胺素4～5mg，核黃素1.7～2.2mg，尼克酸27～ 34mg，维生素D250～1000USP单位，铁13.0～16. 5mg，钙500～625mg。

提高物理性能。SCP细胞还可用于改进食品的物理性能。例如：把活性干酵母加入意大利烘饼中提高其延薄性能，把食用酵母以1 %～3 %比例加入肉类加工制品中以提高肉、水、脂肪的结合性能。Lindblom曾说明，破碎的酵母细胞持水容量为每g细胞3.0 ～3.5ml。在细胞壁碎片除去后，SCP浓缩物的持水容量降至1.5ml/ g。因此，可以设想细胞壁部分在使食品膨胀方面起重要作用。

可作为食品添加剂。酵母的浓缩蛋白质比未经处理的SCP细胞，具有显著的鲜味，已被广泛作为汤料、肉汁等食品的增鲜剂。酵母菌质壁分离物已作焙烤食品的增香剂。组织化浓缩蛋白是经过组织化处理，产物具有咀嚼性、松脆性，在水中无分散性。据Akin报告组织化处理为：酵母的细胞首先用表面活性剂（如硫酸月桂酸钠）处理，促进细胞成分的部分渗出，残余的细胞碎片用胶凝剂（如氢氧化钠） 处理，然后用盐酸或其它酸使蛋白质沉淀，导致组织形成。组织化面包酵母以30%的量加入牛肉馅饼中，以15 %的量加入牛肉香肠中，以3 %～10%的比例用于制特种面包、饼干、牛奶软糖、巧克力饼干中，提高食品的风味。

前景展望

当代世界的五大问题是人口、食物、资源、环境和能源问题，特别是食物和环境问题越来越引起社会的关注。生产SCP一方面可以利用各种废弃物、废液、废渣来作为原料来，从而降低环境污染；另一方面，可以获得大量的蛋白质、维生素等营养物质，用着动物饲料和食品，从而缓解食物危机。SCP的生产越来越引起世界各国的重视，特别是在前苏联、美、英、德、法等国，SCP的产量都相当的高且技术也比较成熟。可以预见，SCP的生产有着广阔和诱人的发展前景。

但作为食品用SCP，因对其生产原料、菌种、生产过程生产后处理及安全性和营养性都有严格要求，目前主要局限于酵母蛋白。因此，大力研究开发应用SCP，对原料进行适当处理，选育优良菌种，生产过程进行优化设计及采取适当措施处理SCP而使其符合安全性与食用性标准是当前食品行业科技工作者所面临的重大课题。

基金项目：本文系基金课题：高风险产品境外企业认证认可符合性评价与风险防范关键技术研究课题，课题编号：2016YFF0203903