[发明专利]一种利用好氧混合菌群生产单细胞蛋白质的方法

说明书

本发明提出一种利用好氧混合菌体生产单细胞蛋白质的方法，该方法包括：(1)底物配置，(2)菌体接种，(3)反应器运行，(4)菌体收集，和(5)菌体脱水和干燥。本发明利用好氧混合菌体，在开放条件下进行单细胞蛋白的生产，无需灭菌处理。生产的单细胞蛋白粗蛋白的含量高达70.54±3.52％，氨基酸种类和含量丰富，优于鱼粉、大豆等。生物反应器可以连续稳定地运行，反应器的微生物种群结构保持相对稳定，底物来源广泛。

技术领域

本发明属于生产单细胞蛋白质领域，尤其是涉及一种利用好氧混合菌群生产单细胞蛋白质的方法。

背景技术

单细胞蛋白质(SCP)是富含蛋白质的微生物(藻类、细菌、真菌、酵母菌等)，可作为人类食物和动物饲料的蛋白质。SCP被视为一种极具潜力的蛋白质来源，在将来的食物危机中替代动植物蛋白质，补充蛋白质需求。这是因为微生物的生长周期非常短，在几个小时内就可以完成生长繁殖，远远低于动植物所需时间，并且，SCP的氨基酸组成和动植物蛋白质相近。此外，在经典的氮循环中，植物会通过固氮作用将氮气转化为用作农业种植的肥料，来生产用于动物消费的蛋白质生产。基于哈柏法(Haber-Bosch process)的人工合成氮工艺的能耗高，效率低，只有10％转化为可食用蛋白。而微生物通过微生物的同化作用，其转换率可高至90-100％。

用于生产SCP的底物来源广泛，包括所有可被微生物吸收转换利用的固态(如秸秆、厨余垃圾、果皮等)、半固态(如有机胶状物)、液态(如污水、废水、石油、人工配置营养液等)和气态(如天然气)物质。纯菌和混菌都可用于SCP的生产。纯菌产SCP工艺通常针对底物和设备进行灭菌处理，需要较高的灭菌成本。相比于纯菌，混菌产SCP工艺则不需要进行灭菌处理，具有更实际更广泛的低成本应用。

藻类、细菌、真菌、酵母菌等都可用于SCP的生产。藻类产SCP具有悠久的历史，主要在浅塘中通过光合作作用生产，其缺点有蛋白质含量较低，底物利用率低，受光照、土地成本等影响。酵母菌和真菌产SCP工艺主要针对酸性底物。为避免来自于细菌的竞争，通常pH控制在6.0以下。对于细菌产SCP，主要研究种类为氢氧化细菌(如Hydrogen-oxidizingbacteria，HOB)、光养细菌(如Purple phototrophic bacteria，PPB)和好氧异养菌(如heterotrophic bacteria,HB)。这三类细菌生产的SCP蛋白质含量高且底物利用率高。其中，HOP以氢气为电子供体，氧气为电子受体，CO₂为碳源，吸收液态底物中的无机氮，生成SCP。其缺点之一是该工艺不能吸收降解底物中的有机碳，因而不适用于有机物含量高的底物。PPB利用红光和低有机物生产SCP。其缺点是需要消耗电能对生产过程进行人工补光。在好氧条件下，HB利用液态底物中的有机物生产SCP。相比于HOB和PPB菌类，好氧HB产SCP的所需能量成本最低(230MJ/kg N-蛋白质)。其缺点在于难以实现稳定高效地生产SCP。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是，克服现有存在的上述缺陷，提供一种工艺简单、操作方便、投资少、成本低、无需灭菌处理、利用好氧混合菌群、所产SCP蛋白质含量高、底物利用率高、可长期稳定生产SCP的方法。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提出一种利用好氧混合菌体生产单细胞蛋白质的方法，该方法包括以下步骤：

(1)配置底物并且测定底物的碳和氮含量，根据测定结果添加碳源或氮源，调节碳氮比，搅拌至均匀；

(2)设置菌体接种源为混合微生物集团，取一定量的菌体于容器，使用爆气装置曝气一段时间后，将菌体转移至生物反应器；

(3)生物反应器采用序批式反应器SBR，采用程序逻辑控制器PLC控制反应器依次运行A、B、C、D、E阶段；

运行阶段A：通过PLC控制第1号泵将步骤(1)中配置好的底物泵入SBR反应器中，实时通过溶解氧测量仪监控SBR反应器中的溶氧浓度，实时通过pH测量仪监控SBR反应器中的pH值；