西北农林科技大学《食品生物工程》拓展学习资料
藻类生产SCP及其在食品工业中的应用
摘 要：微生物蛋白质通常具有良好的营养价值、功能性和可加工性，因此在食品工业中具有广泛的应用前景。随着全球人口的不断增长，以及食品资源的有限性等问题突出，通过生物技术将藻类转化为微生物蛋白（SCP）已成为研究热点，为食品工业提供了新的资源。微藻蛋白具有高蛋白含量、均衡的氨基酸组成以及丰富的维生素等特点。本文探讨了微藻蛋白在塑造食品工业未来方面的潜力，并就其生产工艺、应用领域和市场前景进行了分析。
关键词：生物技术；食品工程；微生物蛋白；微藻蛋白
1.引言
随着全球人口的不断增长和食品资源的有限性，寻找替代性的高蛋白食品成为当今食品工业的重要课题。微藻蛋白作为一种新兴的食品成分，具有丰富的营养价值和广阔的应用前景，正逐渐受到人们的关注。提出应用生物技术将藻类转化为微生物蛋白（SCP），为食品工业提供了新的资源[1]。单细胞藻类因其高蛋白含量、丰富的氨基酸组分和维生素等特点备受关注。通过生物工程食品工业未来方面的潜力，为其进一步的研究和应用提供参考。本文将从藻类生产SCP的工艺流程、影响因素以及在食品工业中的应用进行综述。
2.微生物蛋白介绍
微生物蛋白是指由微生物生产的蛋白质，包括细菌、酵母菌、真菌等微生物所产生的蛋白质[2]。这些蛋白质可以通过微生物的培养和发酵过程来获取，因其便利性高营养，目前已在食品工业中应用广泛。
常见的微生物蛋白有：细菌蛋白，包括乳酸菌、大肠杆菌等。这些细菌通常被用于生产乳制品、发酵食品以及一些蛋白质添加剂[3]。细菌蛋白质通常具有较高的生物利用度和健康益处；酵母蛋白，主要指酵母菌产生的蛋白质，如酵母提取物[4]。酵母蛋白质被广泛应用于面包、啤酒、蛋白质饮料等产品中，具有良好的发酵性能和营养价值；真菌蛋白，主要是指真菌类微生物，如曲霉、酵母等。这些真菌蛋白质常被用于发酵食品的生产，如豆腐、酱油、米酒等，以及一些天然调味剂的制备中[5]；单细胞蛋白，有些微生物，如藻类和原核生物，可以通过光合作用或化学合成产生大量的蛋白质。这些蛋白质被认为是未来食品工业的重要来源之一，具有较高的营养价值和可持续性。
微生物蛋白质通常具有良好的营养价值、功能性和可加工性，因此在食品工业中具有广泛的应用前景。随着技术的进步和对可持续发展的需求增加，微生物蛋白在食品领域的应用将会不断扩大。
此外，微生物蛋白优秀的特质不容忽略，这决定了他在食品工业中不可或缺的位置。微生物蛋白的生产相对于传统的动物来源蛋白而言，通常更具有可持续性。微生物的培养过程可以在受控环境中进行，不需要大量的土地或水资源，也不会产生与养殖动物相关的排泄物，从而减少了对环境的负面影响[6]。此外高蛋白质含量也是其一大特点，许多微生物，如细菌和酵母菌，可以通过合适的培养条件生产大量蛋白质。这些蛋白质通常具有较高的纯度和良好的营养价值，可以用于增加食品产品的蛋白含量，提高其营养价值。
微生物蛋白还具有多种功能性，例如乳化、稳定、增稠等，这使得它们在食品工业中的应用范围更为广泛。它们可以用作乳制品、肉类替代品、素食产品、营养饮料等各种食品的成分，改善产品的口感和质地[7]。最特别的是通过调整微生物的培养条件和基因组工程技术，可以实现对微生物蛋白质的定制化生产。这意味着可以生产出具有特定功能或特定营养成分的蛋白质，以满足不同消费者群体的需求。一些微生物蛋白质具有抗菌活性或抗氧化活性，可以被用作替代传统的抗生素或防腐剂[8]，使得食品更加安全和健康。
微生物蛋白在食品工业中具有重要的价值，不仅可以满足人们对蛋白质的需求，还可以提高食品的营养价值、改善产品的功能性和品质，同时还有助于推动食品工业向更可持续的方向发展。
3.微藻蛋白特点
微藻是一类微小的单细胞藻类生物，包括螺旋藻、钝叶藻、衣藻等，它们通常生长在淡水或海水中，具有高度的光合作用能力和生长速度[9]。微藻蛋白是从微藻中提取的蛋白质，通常是一种植物性蛋白替代品，被广泛用于食品工业和营养补充领域[10]。微藻蛋白可以用于生产各种植物性肉类替代产品、蛋白质添加剂、膳食补充剂等，是一种具有广泛应用前景的植物蛋白资源。
其优势主要包括以下几点：
①高蛋白质含量：微藻蛋白通常含有丰富的优质蛋白质，其中包括所有人体必需的氨基酸。这使得微藻蛋白成为素食者、健身人士和对动物蛋白敏感的人群的理想选择。
②可持续生产：微藻的生长过程相对环保，不需要大量的土地和水资源，并且可以在受控环境中进行。与养殖动物相比，微藻的生产也更少产生温室气体排放，符合可持续发展的理念[9]。
③不含胆固醇和饱和脂肪：与动物蛋白相比，微藻蛋白不含胆固醇和饱和脂肪，有助于降低心血管疾病和其他慢性病的风险[11]。
④多样性：微藻的种类繁多，可以生产不同口味、形态和纹理的蛋白产品，满足不同消费者的口味需求。
⑤功能性：微藻蛋白具有良好的功能性，可用于增加食品的稳定性、乳化性和质地，使得其在食品加工中具有广泛的应用。
⑥生产周期短：微藻的生长周期相对较短，生产成本较低，而且不受季节和地域的限制，可以实现全年连续生产。
4.微藻蛋白的生产工艺
微藻的筛选和培养条件对于获得高产量、高质量的微藻蛋白至关重要。这些条件直接影响着微藻的生长速率、生物合成活性以及蛋白质含量[12]。正确的筛选和培养条件可以提高微藻的生长速率和蛋白产量，从而降低生产成本，提高生产效率。同时，合适的培养条件也能够保证微藻细胞的健康状态，减少病原微生物的污染，确保蛋白质的安全性和纯度[13]。因此，精心选择和优化微藻的筛选和培养条件对于微藻蛋白的生产具有重要意义。
首先要选择适合蛋白生产的高产微藻种类，如螺旋藻、衣藻等。常见的培养基有F/2培养基、BG-11培养基等，pH值通常控制在7-8之间，充足的二氧化碳供给，有利于微藻的生长和蛋白合成。此外微藻对温度和光照的要求较高，通常在适宜的温度（20-30摄氏度）和光照条件下（光照强度100-200μmol/m² /s）培养[14]。
微藻蛋白的生物转化过程主要包括以下步骤：生长期，微藻在适宜的培养条件下进行生长，吸收养分合成细胞质和蛋白质；蛋白合成，微藻通过光合作用或者异养作用合成蛋白质，在细胞内形成蛋白；蛋白沉积，部分微藻蛋白会在细胞内沉积，形成蛋白颗粒或囊泡[12]；蛋白提取，通过蛋白提取技术，将微藻中的蛋白质提取出来，通常采用离心、超声波破碎等方法；蛋白纯化，提取后的蛋白需要进行纯化处理，常用的方法包括离子交换色谱、凝胶过滤色谱、逆流层析等，以获得高纯度的微藻蛋白。
- 微藻蛋白在食品工业中的应用领域
微藻蛋白目前在食品工业的应用广泛，包括：代替动物蛋白的植物蛋白替代品，微藻蛋白可以作为植物性蛋白替代品，用于制备各种植物性肉类替代产品，如素肉、素肠、素汉堡等。满足人们对健康饮食的需求。此外，还被用作食品加工过程中的蛋白质添加剂，用于增加产品的蛋白含量，改善其营养价值[15]。例如，在面包、饼干、营养棒等食品中添加微藻蛋白可以增加其蛋白含量，使其更适合作为营养快餐或运动员的能量补充食品。类似的还有膳食补充剂，用于生产各种蛋白粉、蛋白饮料、蛋白营养块等产品。这些产品可以满足人们对蛋白质的额外需求，适用于健身人士、老年人、孕妇等特定人群，有助于维持身体健康和提高免疫力。
通过将快速安全的植物蛋白参与到食品工业中，微藻蛋白为人们提供了一种健康、营养丰富的蛋白质来源，有助于促进健康饮食和可持续发展。尽管微藻蛋白在食品领域的应用已经开始，但其市场份额仍相对较小。随着人们对健康饮食和可持续发展的关注不断增加，预计微藻蛋白在未来将会有更广泛的应用和发展。
6.微藻蛋白的市场前景
随着人们对健康和环保的关注增加，素食和植物性膳食的需求持续增长。微藻蛋白作为一种植物性蛋白替代品，能够满足素食者和对动物蛋白敏感的消费者的需求，因此具有广阔的市场前景，主要体现在消费者对高蛋白食品的需求增长及新兴蛋白质带来的消费刺激。
健康意识的提升和生活方式的改变，消费者对高蛋白食品的需求不断增长。高蛋白饮食被认为有助于增强饱腹感、维持肌肉健康、促进身体恢复等，因此受到越来越多人的青睐。微藻蛋白作为一种天然的高蛋白来源，符合这一消费趋势，有望在高蛋白食品市场中获得更广泛的认可和应用[16]。此外，微藻蛋白作为一种新兴的蛋白质来源，具有诸多优势，如高产量、低碳足迹、不受季节和地域限制等[17]，受到了科学界和食品工业的广泛关注。
究其原因，除了微藻蛋白本身营养和功能性优势，还有其他因素。例如，微藻的生产相对环保，不需要大量的土地和水资源，并且可以在受控环境中进行[18]。因此，微藻蛋白符合可持续发展的理念，受到越来越多食品企业和消费者的青睐。
随着生物技术和工程学的不断进步，微藻的培养和蛋白提取技术将变得更加高效和成本效益。这将进一步推动微藻蛋白的生产和应用，使其在食品工业中的地位更加稳固。有望在未来塑造食品工业的发展方向，成为一种重要的蛋白质来源和食品添加剂[19]。
综上所述，微藻蛋白作为一种新兴的食品成分，具有颠覆性的潜力，其高蛋白含量、均衡的氨基酸组成以及丰富的营养价值，将在塑造食品工业的未来方面发挥重要作用[20]。然而，其生产工艺的优化、产品质量的控制以及市场推广仍需进一步的研究和努力。
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