CN115209744A - 高蛋白食物组合物 - Google Patents

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K·拉奥
J·里德
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Abstract

本发明提供其中掺入微生物蛋白质源，诸如单细胞蛋白质或蛋白质水解产物的食物产品。本发明提供包含微生物蛋白质代替动物蛋白质的人造肉产品。

Description

高蛋白食物组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年12月31日提交的美国临时申请第62/956,110号的权益，该申请全文特此以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及新型蛋白质组合物，其适用于人消耗并且非常类似于肉的特性并用作肉替代品或人造肉产品。
背景技术
食用来源于动物来源的肉是许多人的日常生活的一部分。基于肉类的饮食对人健康和环境的不利影响已有大量文献记载。消费者对富含蛋白质的替代食物的需求日益增长，这些替代食物不是来源于动物，而是提供与动物肉相似的质地和风味特征，没有与肉相关的不健康组分，诸如饱和脂肪酸和胆固醇，并且没有畜牧业对环境的有害影响。
发明内容
根据本发明，微生物，诸如化能自养微生物，例如氢氧微生物，在生物反应器中生长，例如在生物反应器中的培养生长培养基中生长。在一些实施方案中，将气体组合物引入含有用于化能自养微生物生长的碳源和/或能量源的生物反应器中。在一个实施方案中，气体组合物包含用于氢氧微生物生长的氢气、二氧化碳和氧气。另选地，可以使用有机碳源(诸如糖分子)而不是气体原料使生物质异养生长。在一个实施方案中，微生物包括钩虫贪铜菌(Cupriavidus necator)，诸如但不限于DSM 531或DSM 541。
从该过程中生长的生物质可以被收获并加工成人造肉产品，例如肉类似物产品或另一种食物产品。生物质可被初始加工成一种或多种蛋白质产品，包含单细胞蛋白质(例如，全细胞生物质)、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合。此种初始加工可以包括(1)通过细胞排泄、分泌或细胞裂解从微生物细胞中释放有机分子(包括至少一部分微生物蛋白质)；以及(2)处理游离的有机分子以破坏至少一些蛋白质氨基酸之间的键，从而产生具有所需链长的肽(例如，多肽、寡肽(具有2至20个氨基酸的肽)或游离氨基酸)。这些蛋白质产品然后可以被加工成食物产品，诸如人造肉产品。
根据一个实施方案，蛋白质产品包含约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％游离氨基酸中的任一者。根据一个实施方案，蛋白质产品包含约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％寡肽中的任一者。根据一个实施方案，蛋白质产品包含约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的包含20至50个氨基酸或21至50个氨基酸的多肽中的任一者。根据一个实施方案，蛋白质产品包含约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的包含50至200个氨基酸或51至200个氨基酸的多肽中的任一者。根据一个实施方案，蛋白质产品包含约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的包含200至500个氨基酸或201至500个氨基酸的多肽中的任一者。根据一个实施方案，蛋白质产品包含约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的包含少于1000、900、800、700、600、500、400、300、200或100个氨基酸的多肽中的任一者。根据一个实施方案，蛋白质产品包含约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的游离氨基酸、寡肽和具有20至50个氨基酸或21至50个氨基酸的多肽的组合中的任一者，其中游离氨基酸与寡肽与具有20至50个氨基酸或21至50个氨基酸的多肽的比率为约1:1:1、或约0至约3:约0至约3:约0至约3、或约3至约6:约0至约3:约0至约3、或约0至约3:约3至约6:约0至约3、或约0至约3:约0至约3:约3至约6、或约3至约6:约3至约6:约0至约3、或约0至约3:约3至约6:约3至约6、或约3至约6:约0至约3:约3至约6、或约6至约9:约0至约3:约0至约3、或约0至约3:约6至约9:约0至约3、或约0至约3:约0至约3:约6至约9、或约6至约9:约6至约9:约0至约3、或约0至约3:约6至约9:约6至约9、或约6至约9:约0至约3:约6至约9。根据一个实施方案，蛋白质产品不含或实质上不含全细胞。
根据一个实施方案，将蛋白质产品与其他可食用成分组合以形成食物产品，包括模拟肉的一种或多种物理特征和/或功能性质，诸如质地、风味、香味和/或外观的人造肉产品。此类其他成分可选自苹果酒、苹果醋、发酵粉、小苏打、豆类、牛肉、甜菜汁、甜菜粉、黑胡椒、红糖、黄油、油菜籽油、焦糖、胡萝卜纤维、胡萝卜、腰果、奶酪、鸡肉、巧克力、柑橘、柑橘提取物、椰子油、炼乳、乳制品、蛋、蛋替代品、鱼、面粉、鹰嘴豆、大蒜粉、蜂蜜、烟熏液、枫糖浆、人造黄油、谷氨酸钠、芥末粉、油、橄榄油、洋葱粉、红甜椒粉、猪肉、马铃薯、马铃薯淀粉、米粉、盐、苯甲酸钠、大豆(蛋白质和/或油)、酱油、香料、螺旋藻、糖、向日葵油、番茄汁、番茄粉、番茄酱、番茄、姜黄、香草、醋、维生素和矿物质、核桃、水、小麦、小麦粉、小麦面筋、黄原胶、酵母和/或酵母提取物。
根据一个实施方案，基于干基，例如按基于干基的重量计，蛋白质产品包含至少约10％、至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％或至少约85％的人造肉产品。
具体实施方式
本发明提供食物产品，例如人造肉产品，其包括来源于微生物的蛋白质产品。
除非本文另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。Singleton等人,Dictionary ofMicrobiology and Molecular Biology,第二版,John Wiley and Sons,New York(1994),和Hale&Markham,The Harper Collins Dictionary of Biology,Harper Perennial,NY(1991)为技术人员提供了本发明中使用的许多术语的通用词典。类似于或等同于本文所述的任何方法和材料可用于实践或测试本文所述的方法、系统和组合物。
除非另有说明，否则本发明的实施将采用分子生物学(包括重组技术)、微生物学、细胞生物学和生物化学的常规技术，这些技术在本领域的技术范围内。此类技术在以下文献中充分解释，例如Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第二版(Sambrook等人,1989)；Oligonucleotide Synthesis(M.J.Gait编,1984；Current Protocols inMolecular Biology(F.M.Ausubel等人编,1994)；PCR:The Polymerase Chain Reaction(Mullis等人编,1994)；以及Gene Transfer and Expression:A Laboratory Manual(Kriegler,1990)。
本文提供的数值范围包括限定该范围的数值。
除非另有说明，否则核酸以5'至3'方向从左至右书写；氨基酸序列分别以氨基到羧基的方向从左到右书写。
定义
除非上下文清楚地指明，否则“一个”、“一种”和“所述”包括多个指代物，因此除非明确地相反指示，否则如本文在说明书和权利要求书中所用的不定冠词“一个”、“一种”和“所述”应理解为意指“至少一个”。
本文所用的术语“约”当指可测量的值如量、持续时间等时，意指涵盖指定值的±5％、±1％或±0.1％的变化，因为此类变化适于进行所公开的方法或与所公开的组合物相关。
“产乙酸菌”是指产生乙酸和/或其他短链有机酸直至C4链长作为厌氧呼吸产物的微生物。
“嗜酸菌”是指在高度酸性条件下(通常在pH 2.0或以下)生长旺盛的一类极端微生物。
术语“氨基酸”是指含有与碳键合的胺基和羧基两者的分子，该碳被称为α-碳。合适的氨基酸包括但不限于天然存在的氨基酸的D-异构体和L-异构体，以及通过有机合成或其他代谢途径制备的非天然存在的氨基酸。在一些实施方案中，单个“氨基酸”可具有多个侧链部分，如可通过延伸的脂族或芳族主链支架获得的。除非上下文另有明确说明，否则本文所用的术语氨基酸旨在包括氨基酸类似物。
如本文在说明书和权利要求书中所用的短语“和/或”应理解为意指如此结合的要素中的“任一者或两者”，即在一些情况下结合地存在而在其他情况下分离地存在的要素。除非明确地相反指示，否则除了由“和/或”从句具体指明的要素之外，还可以任选地存在其他要素，无论是否与具体指明的那些要素相关。因此，作为一个非限制性实例，当结合开放式语言如“包含”使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施方案中可以指A而不是B(任选地包括除B以外的要素)；在另一个实施方案中可以指B而不是A(任选地包括除A以外的要素)；在又一个实施方案中可以指A和B两者(任选地包括其他要素)；等等。
如本文所用，术语“人造肉”或“肉替代品”或“仿制肉”或“肉类似物”是指并非来源于动物或含有大量非动物蛋白质来源，但具有与动物肉相当或类似的结构、质地、美学品质和/或其他特性的食物产品，所述动物肉包括家畜(例如牛肉、猪肉)、野味(例如鹿肉)、家禽(例如鸡肉、火鸡肉、鸭肉)和/或鱼或海鲜替代品/类似物。该术语是指未烹制的、正在烹制的和经烹制的类肉食物产品。
术语“生物质”是指通过细胞的生长和/或增殖产生的材料。生物质可以包含细胞和/或细胞内内容物以及细胞外物质，包括但不限于细胞分泌的化合物。
术语“生物反应器”或“发酵罐”是指细胞在其中生长和维持的封闭或部分封闭的容器。细胞可以但不一定保持在液体悬浮液中。在一些实施方案中，细胞可以替代性地生长和/或保持与另一种非液体基质(包括但不限于固体生长载体材料)接触、在另一种非液体基质上或在另一种非液体基质内，而不是保持在液体悬浮液中。
术语“碳固定”过程、反应或途径是指将在环境条件下为气态的碳形式(包括但不限于CO2、CO和CH4)转化为在环境条件下为液态或固态，或者溶解于水溶液中或以悬浮液形式保持于水溶液中的碳基生物化学物质的酶促反应或代谢途径。
“碳源”是指微生物从其获得有机生物合成所需碳的分子类型。
“一氧化碳营养型”是指可耐受或氧化一氧化碳的微生物。在优选的实施方案中，一氧化碳营养微生物可以将CO用作生物合成和/或呼吸的碳源和/或还原电子源。
“化能自养”是指通过化学电子受体氧化化学电子供体获得能量，并从二氧化碳合成生物体存活和生长所需的所有有机化合物的生物体。
在权利要求书以及说明书中，所有过渡性短语，诸如“包含”、“包括”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”等都应理解为开放式的，即意指包括但不限于。仅过渡性短语“由…组成”和“实质上由…组成”应分别是封闭式或半封闭式的过渡性短语。
“聚生体”在本文中是指两种或多种不同种类或菌株的微生物和/或多细胞生物，它们一起生长，例如在相同生长培养基中的共培养物中生长。
术语“培养”是指在适合生长的条件下，在液体或固体培养基中使细胞群体，例如微生物细胞生长。
术语“来源于”涵盖术语“起源于”、“获自”、“可获自”、“分离自”和“产生自”，并且通常表示一种指定材料在另一种指定材料中发现其起源或具有可参考另一种指定材料描述的特征。
“能量源”是指在有氧呼吸中被氧氧化的电子供体或在无氧呼吸中被氧化的电子供体和被还原的电子受体的组合。
“极端微生物”是指与地球表面上或地球表面附近的大多数生命形式通常能够耐受的地球表面或海洋上的条件相比，在物理或地球化学极端条件(例如，高温或低温、pH或高盐度)下生长旺盛的微生物。
术语“气化”是指将碳基材料转化为包含氢气、一氧化碳和二氧化碳的气体混合物(称为合成气(synthesis gas)、合成气(syngas)或发生炉煤气)的一般高温过程。该过程通常涉及部分燃烧和/或施加外部产生的热量，以及受控添加氧气和/或蒸汽，使得氧气不足以使碳基材料完全燃烧。
“嗜盐菌”是指在盐浓度非常高的环境中生长旺盛的极端微生物。
“异养”是指不能从二氧化碳合成生物体存活和生长所需的所有有机化合物并且必须利用有机化合物进行生长的生物体。异养生物体不能生产它们自己的食物，而是通过摄入和代谢有机物质如植物或动物物质来获得食物和能量，即，而不是固定来自无机来源如二氧化碳的碳。
“氢-氧化剂”是指利用还原的H2作为电子供体来产生细胞内还原等价物和/或进行呼吸的微生物。
“超嗜热菌”是指一类在极其炎热的环境(通常为60℃(140℉)或更高)中存活的极端微生物。
术语“氢氧混合气”是指分子氢和氧气的混合物。“氢氧混合气微生物”是可以在呼吸中使用氢作为电子供体并使用氧作为电子受体来产生细胞内能量载体诸如腺苷-5'-三磷酸(ATP)的微生物。术语“氢氧”和“氢氧微生物”可以分别与“氢氧混合气”和“氢氧混合气微生物”同义使用。氢氧混合气微生物通常通过氢化酶使用分子氢，其中一些来自H2的电子用于还原NAD+(和/或其他细胞内还原等价物)，并且一些来自H2的电子用于有氧呼吸。氢氧混合气微生物通常自养固定CO2，通过的途径包括但不限于卡尔文循环(Calvin Cycle)或反向柠檬酸循环[“Thermophilic bacteria”,Jakob Kristjansson,第5章,第III节,CRCPress,(1992)]。
术语“裂解物”是指含有由细胞裂解产生的细胞内容物的混合物和/或溶液的液体。在一些实施方案中，本文所述的方法包括纯化细胞裂解物中的化学品或化学品混合物。在一些实施方案中，该方法包括纯化细胞裂解物中的氨基酸和/或蛋白质。
术语“裂解”是指细胞的质膜和(如果存在的话)细胞壁的破裂，使得大量的细胞内物质逃逸到细胞外空间。可以使用电化学、机械、渗透、热或病毒手段进行裂解。在一些实施方案中，本文所述的方法包括进行如本文所述的细胞或微生物的裂解，以便从生物反应器的内容物中分离化学品或化学品的混合物。在一些实施方案中，该方法包括进行本文所述的细胞或微生物的裂解，以便从生物反应器或细胞生长培养基的内容物中分离氨基酸或氨基酸和/或蛋白质的混合物。
“产甲烷菌”是指产生甲烷作为厌氧呼吸产物的微生物。
“甲基营养生物”是指可以使用还原的单碳化合物(诸如但不限于甲醇或甲烷)作为碳源和/或作为其生长的电子供体的微生物。
术语“微生物(microorganism)”和“微生物(microbe)”是指微观的单细胞生命形式。
术语“分子”是指包含一个或多个原子的物质的任何独特或可区分的结构单元，并且包括例如烃、脂质、多肽和多核苷酸。
“寡肽”是指含有相对少量氨基酸残基(例如，约2至约20个氨基酸)的肽。
如说明书和权利要求书中所用，“或”应理解为具有与如上文所定义的“和/或”相同的含义。例如，当分隔列表中的项目时，“或”或“和/或”应被解释为包括性的，即包括多个或一系列要素中的至少一个，但也包括多于一个的要素，以及任选地，附加的未列出的项目。仅明确相反指示的术语，诸如“仅其中之一”或“恰好其中之一”，或者当在权利要求中使用时，“由…组成”将指包括多个要素或一系列要素中的恰好一个要素。一般而言，如本文所用的术语“或”仅应被解释为在排它性术语如“任一者”、“其中之一”、“仅其中之一”或“恰好其中之一”之前表示排它性的替代物(即“一个或另一个，但不是两者”)。当在权利要求中使用时，“实质上由…组成”应具有在专利法领域中使用的普通含义。
术语“有机化合物”是指含有碳原子的任何气体、液体或固体化合物，除了以下被认为是无机的化合物：碳化物、碳酸盐、碳的简单氧化物、氰化物和纯碳的同素异形体，诸如金刚石和石墨。
“肽”是指由链中连接的两个或多个氨基酸组成的化合物(多肽)，每个氨基酸的羧基通过R-OC-NH-R’型键与下一个氨基酸的氨基相连，例如约2个氨基酸至约50个氨基酸，或21个氨基酸至约50个氨基酸。
如本文所用，术语“多核苷酸”是指任何长度和任何三维结构以及单链或多链(例如，单链、双链、三螺旋等)的核苷酸的聚合形式，其包含脱氧核糖核苷酸、核糖核苷酸和/或脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸的类似物或修饰形式，包括经修饰的核苷酸或碱基或其类似物。因为遗传密码是简并的，可以使用多于一个的密码子来编码特定的氨基酸，并且本发明包括编码特定氨基酸序列的多核苷酸。可以使用任何类型的经修饰的核苷酸或核苷酸类似物，只要多核苷酸在使用条件下保留所需的功能性即可，所述所需的功能性包括增加核酸酶抗性的修饰(例如，脱氧、2’-O-Me、硫代磷酸酯等)。为了检测或捕获的目的，也可以掺入标记，例如放射性或非放射性标记或锚，例如生物素。术语多核苷酸还包括肽核酸(PNA)。多核苷酸可以是天然存在的或非天然存在的。术语“多核苷酸”、“核酸”和“寡核苷酸”在本文中可互换使用。多核苷酸可以含有RNA、DNA或两者，和/或其修饰形式和/或类似物。核苷酸序列可能被非核苷酸组分中断。一个或多个磷酸二酯键可以被其他连接基团替代。这些替代性的连接基团包括但不限于其中磷酸酯被P(O)S(“硫代酸酯”)、P(S)S(“二硫代酸酯”)、(O)NR.sub.2(“酰胺化物”)、P(O)R、P(O)OR’、CO或CH.sub.2(“甲缩醛”)替代的实施方案，其中每个R或R’独立地是H或任选含有醚(--O--)键的取代或未取代的烷基(1-20个C)、芳基、烯基、环烷基、环烯基或芳烷基。多核苷酸中并非所有键都需要相同。多核苷酸可以是线性或环状的，或者包含线性和环状部分的组合。
如本文所用，“多肽”是指由氨基酸组成并且被本领域的技术人员认为是蛋白质的组合物。本文使用氨基酸残基的常规单字母或三字母代码。术语“多肽”和“蛋白质”在本文中可互换使用，是指任何长度的氨基酸的聚合物。聚合物可以是直链或支链，其可以包含经修饰的氨基酸，并且其可以间杂非氨基酸。这些术语还涵盖已被天然修饰或通过介入修饰的氨基酸聚合物；例如，二硫键形成、糖基化、脂质化、乙酰化、磷酸化或任何其它操作或修饰(诸如与标记组分缀合)。此外，定义中还包括例如含有一个或多个氨基酸类似物(包括例如非天然氨基酸等)以及本领域已知的其他修饰的多肽。
术语“与…的前体”或“…的前体”是生产成品的一种或多种组分的中间体。
“发生炉煤气”是指含有不同比例的H2、CO和CO2并且在标准条件下每单位体积的热值通常介于天然气的热值的二分之一至十分之一范围内的气体混合物。发生炉煤气可以由各种原料以各种方式产生，所述方式包括气化、蒸汽重整或碳基原料的自动重整。除了H2、CO和CO2之外，发生炉煤气还可以含有其他成分，包括但不限于甲烷、硫化氢、可冷凝气体、焦油和灰分，这取决于生产方法和原料。混合物中N2的比例可以高或低，这取决于空气是否在反应器中用作氧化剂，以及反应的热量是通过直接燃烧还是通过间接热交换提供。
术语“产生”包括细胞内和细胞外化合物的产生，包括从细胞中分泌化合物。
“嗜冷菌”是指一种能够在低温(通常约10℃和更低)下生长和繁殖的极端微生物。
本文所用的术语“回收的”、“分离的”、“纯化的”和“分离的”是指从与其天然相关的至少一种组分中去除的材料(例如，蛋白质、核酸或细胞)。例如，这些术语可以指基本上或实质上不含以其天然状态存在的通常伴随其(例如完整的生物系统)的组分的材料。
对于任何给定的组分，短语“基本上不含”或“实质上不含”是指此类组分仅(如果存在的话)以功能上不显著的量存在，即它不会对任何方法或产品的预期性能或功能产生显著的负面影响。通常，基本上不含是指按此类组分的重量计小于约1％，包括小于约0.5％，包括小于约0.1％，并且还包括0％。术语“基本上不含”或“实质上不含”是指小于1％的组分。
“硫氧化剂”是指利用还原的含硫化合物(包括但不限于H2S)作为电子供体来产生细胞内还原等价物和/或进行呼吸的微生物。
“合成气(Syngas)”或“合成气(Synthesis gas)”是指一种类型的气体混合物，其与发生炉煤气一样含有H2和CO，但是其已经根据H2和CO的含量以及杂质的比例和含量进行更具体的调整以用于合成特定类型的化学产品，诸如但不限于甲醇或费-托柴油(fischer-tropsch diesel)。合成气通常含有H2、CO和CO2作为主要成分，并且其可以通过已确立的方法产生，所述方法包括：甲烷的蒸汽重整；或者通过气化任何有机、易燃的碳基材料，包括但不限于生物质、有机物或泥炭。合成气的氢组分可以通过CO与水蒸气在水煤气变换反应中的反应而增加，伴随着合成气混合物中CO2的增加。
“嗜热菌”是指一类在相对较高的温度(通常为约45℃至约122℃)下存活的极端微生物。
“野生型”是指自然界中出现的微生物。
“产率”是指相对于如果所有进料物质都转化为产物时将产生的物质总量，由进料物质产生的产物的量。例如，如果100％的进料物质被转化为产物，则产物的产率可以表示为相对于理论产率的所生产产物的％。
高蛋白食物产品
在一些实施方案中，提供高蛋白食物组合物以及其制备方法。来源于本文所述的一种或多种微生物的“蛋白质产品”(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种)可被加工或掺入高蛋白可食用食物组合物中以供人和/或动物食用。食物组合物(食物产品)可以是例如食物项目、和/或食物成分、和/或营养产品、和/或动物饲料、和/或宠物食物产品。在一些实施方案中，按重量计，例如按基于干重的重量计，食物组合物可以含有至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％或至少约90％的如本文所述的微生物蛋白质产品中的任一者。
在某些实施方案中，如本文所述的蛋白质产品用于生产素食或纯素食产品。在某些实施方案中，它们被用于生产有机食物产品和/或无杀虫剂和/或无除草剂和/或无杀真菌剂和/或无抗生素和/或非转基因(非GMO)的食物产品。在某些实施方案中，它们被用于本地生产的食物产品中。在某些实施方案中，它们被用于益生菌食物产品或益生元食物产品(例如益生元营养产品)中。
提供了用于制备高蛋白食物产品的方法，该食物产品包括来自如本文所述的一种或多种微生物的一种或多种蛋白质产品。在某些实施方案中，食物产品不含动物蛋白或脂肪。在某些实施方案中，将蛋白质产品掺入食物产品中，所述食物产品包括但不限于乳制品、乳制品替代产品、肉产品(包括家畜、野味、家禽、鱼或海鲜产品)、肉替代产品和/或仿制肉产品(包括仿制家畜、野味、家禽、鱼或海鲜产品)、烘焙产品、糖果、健康和蛋白质棒、蛋白粉、运动和/或能量饮料、和/或蛋白质奶昔和/或冰沙。在某些实施方案中，蛋白质产品被纹理化以掺入肉产品和/或仿制肉产品中。在某些实施方案中，高蛋白成分可以用作牛肉馅饼中的肉增量剂。
在某些实施方案中，如本文所述的高蛋白食物产品不包含动物脂肪。在某些实施方案中，它具有相对高比率的多不饱和脂肪与饱和脂肪。在某些实施方案中，它具有高质量的蛋白质含量，与乳蛋白大致相当。在某些非限制性实施方案中，其氨基酸含量与联合国粮食及农业组织推荐的理想氨基酸含量基本上相似，非常接近或相同。在某些实施方案中，使用本发明的蛋白质产品制备的食物产品代表健康和/或低热量食物。在某些实施方案中，该蛋白质产品具有清淡的风味和/或淡奶油色和/或易分散性和/或相对高的吸水性和/或相对高的脂肪吸附性。在某些实施方案中，蛋白质产品可以形成为纤维并且/或者热挤压和/或凝结成凝胶。在某些此类非限制性实施方案中，凝胶凝结在加热时在落入约3至约6范围内的pH下发生。在某些实施方案中，蛋白质产品的一种或多种性质使其非常适用于掺入到食物产品中，所述食物产品包括但不限于乳制品、乳制品替代产品、肉产品、肉替代品和/或仿制肉产品、烘焙产品、糖果、健康和蛋白质棒、蛋白粉、运动和/或能量饮料、和/或蛋白质奶昔和/或冰沙。在某些实施方案中，蛋白质产品被纹理化以掺入肉制品和/或仿制肉产品中。在某些实施方案中，蛋白质产品可用作肉增量剂，例如用作牛肉馅饼中的肉增量剂。在某些非限制性实施方案中，大约30份蛋白质产品可以与70份肉(例如碎牛肉)组合，而在其他实施方案中，每90份肉(例如碎牛肉)大约10份蛋白质产品。在某些非限制性实施方案中，将蛋白质产品与牛肉和/或其他肉产品以符合USDA提出的要求和/或根据管理国家学校午餐计划(A型学校午餐)的规定的比率组合。在某些非限制性实施方案中，将蛋白质产品包含在具有约2.6的组合蛋白质当量比(PER)的配制物中。在某些非限制性实施方案中，蛋白质产品的吸水性和/或脂肪粘结特性有助于减少烹制时的收缩(脂肪和水损失)和/或增强烹制后的肉饼或其他肉或食物项目的水分和质地。
在某些实施方案中，如本文所述生产的蛋白质产品与一种或多种以下成分一起包含在食谱和/或配制物中：水；番茄；番茄汁；番茄酱；豆类；香料，包括但不限于辣椒香料；调味品；动物蛋白；牛肉；家禽(例如鸡、火鸡、鸭、鹅)；猪肉；鱼；海鲜；大豆；小麦；面粉；酵母；酵母提取物；螺旋藻；人造黄油；黄油；乳制品；奶酪；糖；红糖；蜂蜜；蛋；盐；香草；巧克力；小苏打；发酵粉；炼乳；和/或焦糖。在某些实施方案中，使所述组合的成分经受以下中的一种或多种：水合；掺混；混合；搅打；过筛；喷洒；加热；烹制；油煎；油炸；烘烤；煨；褐变；煮沸。在某些实施方案中，将所述成分在大约350℉下油煎并且/或者在大约375℉至450℉下烘烤或烹制。在某些实施方案中，将蛋白质产品在以下中的一种或多种中用作肉增量剂或肉替代品：肉馅饼；墨西哥辣肉酱；比萨饼配料；碎牛肉；鸡块；鱼条。在某些实施方案中，作为肉增量剂和/或替代品，蛋白质产品替代食物项目中约50％或超过约50％(例如，至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％或至少约80％中的任一者)的肉类成分，在其他实施方案中，它们替代小于50％(例如，小于约45％、小于约40％、小于约35％、小于约30％、小于约25％、小于约20％、小于约15％或小于约10％)。
在某些实施方案中，蛋白质产品成分赋予食物产品(诸如基于谷物的产品)改善的营养、吸水性、脂肪结合特性、质地和/或食用品质。在某些实施方案中，将所述蛋白质产品成分用于强化或以其他方式掺入基于谷物的产品中。在某些所述实施方案中，所述基于谷物的产品是早餐谷物、曲奇饼、蛋糕、馅饼、核仁巧克力饼、松饼或面包。在某些实施方案中，蛋白质产品用作乳蛋白(例如酪蛋白酸钠)的替代品和/或用作牛奶制品或乳制品中的维生素和/或矿物质补充剂。在某些此类实施方案中，将蛋白质产品成分用于以下中的一种或多种：脱脂奶粉、奶粉或乳品型饮料，诸如但不限于速溶早餐混合物，或仿乳品型饮料，包括但不限于豆奶、米浆和杏仁奶。在某些实施方案中，将蛋白质产品成分用于营养强化的(例如，蛋白质、维生素和/或矿物质强化的)糖果、甜点(sesert)或宴食中。
在一些实施方案中，以如下方法将来源于本文所述的一种或多种微生物的蛋白质产品(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种)加工以生产食物产品或其成分，所述方法包括在剪切搅拌下加热任选地与其他成分(例如植物来源的蛋白质)组合的蛋白质产品，随后挤出以生产具有所需质地(例如，耐嚼、酥脆、松脆、抗水分散)的产品。在示例性的非限制性实施方案中，将蛋白质产品的含水糊状物(例如，含有约20％(w/w)至约50％(w/w)、约20％(w/w)至约40％(w/w)、约30％(w/w)至约50％(w/w)、约20％(w/w)至约35％(w/w)或约35％(w/w)至约50％(w/w)的水)，任选地与基于植物的材料如植物蛋白(例如，大豆粉、芝麻粉、棉籽粉、玉米粉、小麦粉和/或花生粉)的组合加热至约150℉至约400℉，或约225℉至约275℉的温度，持续约10秒至约300秒，任选地在加热的同时施加剪切力，例如，以约10rpm至约60rpm的剪切速率和约200至约2,000米-克的扭矩施加剪切力，并通过模具挤出加热和剪切的蛋白质产品，以提供成形的挤出物。任选地，将挤出物暴露于含氧气流。在一个实施方案中，含氧气流是例如在约80℉至约212℉的温度下持续约0.5分钟至约10分钟的空气流(例如，干燥空气流)。
在一些实施方案中，以如下方法将来源于本文所述的一种或多种微生物的蛋白质产品(例如单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种)加工以产生食物产品或其成分，所述方法包括将蛋白质产品与一种或多种另外的蛋白质源(诸如但不限于豌豆、大米、糯米、小麦、面筋、大豆、油菜籽、昆虫、藻类和/或荞麦)组合，加热混合物(例如在约150℉至约400℉下，以及用挤出机使混合物经受剪切力以产生具有所需质地和/或功能特征(例如，耐嚼、酥脆、松脆、抗水分散等)的纹理化的产品。
在一些实施方案中，包括游离氨基酸作为蛋白质产品的一部分或者作为蛋白质产品的补充，以赋予期望的风味。在一个非限制性实施方案中，包括谷氨酸，从而赋予食物产品鲜味。
在一些实施方案中，例如，在肉替代品或人造肉产品中，水凝胶、脂凝胶和/或乳液包含在组合物中，例如，作为剂释放系统(例如，用于释放着色剂、风味剂、脂肪酸、膨松剂、胶凝剂(例如，碳酸氢盐(例如，碳酸氢钾)、氢氧化钙和/或藻酸盐(例如，藻酸钠或藻酸钾))，其中剂可以在烹制食物产品的过程中释放以模拟动物肉)。
在一些实施方案中，食物产品包含一种或多种植物蛋白源，诸如但不限于豌豆、大米、糯米、小麦、面筋、大豆、油菜籽、昆虫、藻类和/或荞麦，以及由如本文所述的微生物产生的蛋白质产品(例如单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种)，其中蛋白质产品赋予食物组合物风味，例如类肉风味(包括家畜、野味、家禽或海鲜类肉风味)。
在一些实施方案中，食物产品，例如肉替代品或人造肉产品，包含血红素化合物，诸如含血红素的多肽。在一个实施方案中，食物产品包含来自蛋白质产品所来源的微生物的血红素(例如，含血红素的多肽)。在某些此类实施方案中，所述微生物是贪铜菌属(Cupriavidus)微生物，诸如钩虫贪铜菌。
在一些实施方案中，肉替代品或人造肉产品或仿制肉产品(例如，家畜(例如，牛肉、猪肉)、野味、家禽、鱼或海鲜类似物产品)包含由如本文所述的微生物产生的蛋白质产品(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种)。在一些实施方案中，肉类似物产品是不含任何来自动物源的成分的素食产品。在一些实施方案中，提供了含有动物蛋白的强化肉产品(例如，牛肉、家禽肉、猪肉、鱼、海鲜或蛋制品，其中产品的一部分是由如本文所述的微生物产生的蛋白质产品成分(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种))。例如，蛋白质产品可以作为增量剂包含在强化肉产品或肉类似物产品中，例如，蛋白质产品替代至少约10％、至少约20％、至少约30％、至少约40％、至少约50％、至少约60％或至少约70％的肉成分或人造肉或仿制肉成分(例如，基于植物的人造肉或仿制肉类似物成分)中的任一者，以分别生产强化肉产品或肉类似物/仿制肉产品。在一些实施方案中，微生物是CO2生长的或空气生长的微生物，例如氢氧微生物。肉替代品产品的非限制性实例提供于美国专利第10,327,464号、第10,314,325号、第10,287,568号、第10,273,492号、第10,172,380号、第10,172,381号、第10,093,913号、第10,087,434号、第10,039,306号、第9,943,096号、第9,938,327号、第9,833,768号、第9,826,772号、第9,808,029号、第9,737,875号、第9,700,067号和第9,011,949号中，所述专利以全文引用的方式并入本文中。
在一些实施方案中，本文所述的食物产品(包括但不限于肉替代品或人造肉产品)中的至少一部分、全部或基本上全部的蛋白质产品包括来源于贪铜菌属微生物的蛋白质产品(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种)，所述微生物诸如但不限于钩虫贪铜菌，例如DSM 531或DSM 541。
在一些实施方案中，本文所述的食物产品(包括但不限于肉替代品或人造肉产品)中的至少一部分、全部或基本上全部蛋白质产品包括来源于乳酸菌的蛋白质产品(例如单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种)，所述乳酸菌诸如但不限于乳球菌属(Lactococcus)、乳杆菌属(Lactobacillus)、肠球菌属(Enterococcus)、链球菌属(Streptococcus)或片球菌属(Pediococcus)细菌。在一些实施方案中，乳酸菌是一般认为安全(GRAS)的细菌。
在一些实施方案中，本文所述的食物产品(包括但不限于肉替代品或人造肉产品)中的至少一部分或全部蛋白质产品包括来源于镰孢菌属(Fusarium)、根霉菌属(Rhizopus)或曲霉菌属(Aspergillus)真菌微生物的蛋白质产品(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种)，所述真菌微生物诸如但不限镰刀菌(Fusarium venenatum)、少孢根霉(Rhizopusoligosporus)、米根霉(Rhizopus oryzae)、米曲霉(Aspergillus oryzae)或酱油曲霉(Apergillus sojae)。在一些实施方案中，真菌微生物是GRAS微生物。
肉类似物产品
提供了类似于和/或具有动物肉(例如，家畜、野味、家禽、鱼或海鲜肉)风味的人造肉产品。人造肉产品含有蛋白质产品(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种)，所述蛋白质产品来源于如本文所述的一种或多种微生物，并且模拟动物肉的质地和/或物理特征，例如风味、香味、质地、外观等。
在一些实施方案中，人造肉产品包含至少约10重量％、至少约15重量％、至少约20重量％或至少约25重量％的如本文所述的微生物蛋白质产品，其任选地通过一种或多种粘结剂粘结在一起，以产生与动物肉相比具有一种或多种相似的质地和/或功能特征的食物产品。在一些实施方案中，人造肉产品类似于动物肉，例如，碎动物肉(例如，碎牛肉、碎猪肉、碎火鸡肉)。在一些实施方案中，人造肉产品主要或完全由来自非动物来源的成分组成。在替代性实施方案中，人造肉产品由部分来源于动物来源的成分组成，但补充有来源于非动物来源的成分。在一些实施方案中，人造肉产品还包含一种或多种剂释放系统和/或其他成分。在各种实施方案中，本文的人造肉产品可以被切片、切割、磨碎、切碎、搓碎或以其他方式加工，或者不进行加工。切片形式的实例包括但不限于干肉、腌肉和切片午餐肉或熟肉。在一些实施方案中，本文提供的人造肉食物产品被切碎，并且然后粘合在一起，切成块并成形，磨碎并成形，或切碎并成形，例如，以产生在外观和/或质地上类似于动物肉干的产品。
在一些实施方案中，人造肉产品是纯素食的。在一些实施方案中，人造肉产品不包含GMO成分。在一些实施方案中，人造肉产品不包含来源于坚果的成分。在一些实施方案中，人造肉产品包含小于约0.6重量％或小于约0.5％重量的钠。在一些实施方案中，类肉食物产品不包含面筋或基本上不包含面筋。在一些实施方案中，类肉食物产品不包含大豆或基本上不包含大豆。
在一些实施方案中，本文提供的人造肉食物产品包含约5重量％至约30％重量的脂质，例如约5重量％至约10重量％、约10重量％至约15重量％、约15重量％至约20重量％、约20重量％至约30重量％、约5重量％至约15重量％、约10重量％至约20重量％、约20重量％至约30重量％、约5重量％至约15重量％、约15重量％至约30重量％、约5重量％至约25重量％或约10重量％至约30重量％的脂质。在一些实施方案中，人造肉产品包含约0.5重量％至约10％重量的总碳水化合物，例如约0.5重量％至约1重量％、约1重量％至约5重量％、约5重量％至约10重量％、约2重量％至约8重量％或约3重量％至约6重量％的总碳水化合物。在一些实施方案中，人造肉产品包含约0.5重量％至约5％重量的可食用纤维，例如约0.5重量％至约1重量％、约1重量％至约5重量％、约5重量％至约10重量％、约2重量％至约8重量％或约3重量％至约6重量％的可食用纤维。
本文提供的人造肉产品包含至少约30重量％、至少约40重量％、至少约50重量％、至少约60重量％、至少约70重量％、至少约80重量％或至少约90重量％的水分含量(MC)。在一些实施方案中，人造肉产品包含与动物肉(例如，家畜、野味、家禽、鱼或海鲜肉)相似的MC。
在一些实施方案中，人造肉产品包含一种或多种着色剂。在一些实施方案中，人造肉产品包含一种或多种颜色增强剂。在一些实施方案中，类肉食物产品包含两种或多种着色剂、颜色稳定剂和/或颜色增强剂的混合物。此类混合物的非限制性实例包括甜菜提取物和胭脂树橙、甜菜提取物和姜黄、甜菜提取物和藏红花、甜菜提取物和紫胡萝卜、甜菜提取物和葡萄籽提取物、甜菜提取物和番茄提取物、甜菜提取物和番茄红素、甜菜提取物和β胡萝卜素、甜菜提取物和花青素、甜菜提取物和花青素和胭脂树橙、甜菜提取物和胭脂树橙和番茄红素、甜菜提取物和抗坏血酸、花青素和胭脂树橙、甜菜提取物和胭脂树橙和抗坏血酸、甜菜提取物和胭脂树橙和β胡萝卜素、甜菜提取物和姜黄和抗坏血酸、以及花青素和番茄红素和胭脂树橙。在一些此类实施方案中，着色剂、颜色稳定剂和/或颜色增强剂以等重量比存在。在其他此类实施方案中，着色剂、颜色稳定剂和/或颜色增强剂以不等的重量比存在(例如，55:45、60:40、65:35、2:1、70:30、75:25、80:20、5:1、85:15、90:10、20:1、95:5或99:1)。在一些实施方案中，人造肉产品包含褐变剂，诸如但不限于戊糖(例如，核糖、阿拉伯糖、木糖)、己糖(例如，葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖)、糊精和商业褐变剂(例如，红箭右旋糖、木材来源剂)。
在一些实施方案中，本文的人造肉产品包含一种或多种植物蛋白来源，诸如但不限于豌豆、大米、糯米、小麦、面筋、大豆、油菜籽、昆虫、藻类和/或荞麦，以及由如本文所述的微生物产生的蛋白质产品，其中蛋白质产品赋予组合物类肉风味。
在一些实施方案中，本文的人造肉产品包含血红素化合物，诸如含血红素的多肽。例如，血红素化合物(例如，含血红素的多肽)可以来自蛋白质产物所源自的微生物。在某些此类实施方案中，血红素化合物来源于贪铜菌属微生物，例如钩虫贪铜菌。在某些此类实施方案中，血红素化合物是血红蛋白或黄素血红蛋白。
蛋白质产品
蛋白质产品(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合中的一种或多种)来源于和/或包括来源于本文所述的一种或多种微生物的生物质和/或蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽和/或寡肽。
根据一个实施方案，蛋白质产品包含约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的氨基酸，例如游离氨基酸。根据一个实施方案，蛋白质产品包含如下肽，所述肽包括约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的寡肽。根据一个实施方案，蛋白质产品包含如下肽，所述肽包括约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的包含约20至约50个氨基酸(例如，21至50个氨基酸)的多肽。根据一个实施方案，蛋白质产品包含如下肽，所述肽包括约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的包含约50至约200个氨基酸(例如，51至200个氨基酸)的多肽。根据一个实施方案，蛋白质产品包含如下肽，所述肽包括约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的包含约200至约500个氨基酸(例如，201至500个氨基酸)的多肽。根据一个实施方案，蛋白质产品包含如下肽，所述肽包括约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的包含少于1000、900、800、700、600、500、400、300、200或100个氨基酸的多肽。根据一个实施方案，蛋白质产品包含约50％至约55％、约55％至约60％、约60％至约65％、约65％至约70％、约70％至约75％、约75％至约80％、约80％至约85％、约85％至约90％、约90％至约95％、约95％至约98％、至少约50％、至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％或至少约98％的游离氨基酸、寡肽和具有21至50个氨基酸的多肽的组合，其中游离氨基酸与寡肽与具有21至50个氨基酸的多肽的比率为约1:1:1、或约0至约3:约0至约3:约0至约3、或约3至约6:约0至约3:约0至约3、或约0至约3:约3至约6:约0至约3、或约0至约3:约0至约3:约3至约6、或约3至约6:约3至约6:约0至约3、或约0至约3:约3至约6:约3至约6、或约3至约6:约0至约3:约3至约6、或约6至约9:约0至约3:约0至约3、或约0至约3:约6至约9:约0至约3、或约0至约3:约0至约3:约6至约9、或约6至约9:约6至约9:约0至约3、或约0至约3:约6至约9:约6至约9、或约6至约9:约0至约3:约6至约9。
在一些实施方案中，蛋白质产品包含游离氨基酸。在某些实施方案中，氨基酸由本文所述的微生物产生，并且在一些实施方案中可以由本文所述的微生物分泌。微生物氨基酸生产的非限制性实例可以在PCT申请号WO2014/145194中找到，该申请以全文引用的方式并入本文中。
在一些实施方案中，蛋白质产品以适用于掺入如本文所述的食品组合物(诸如但不限于人造肉或肉替代品组合物)中的水平表现出吸水性和/或吸油性。例如，蛋白质产品的持水能力可以是按重量计约1至约10倍，例如约2至约4倍。
在一个实施方案中，蛋白质产品包括血红素(例如，含血红素的多肽)，其由蛋白质产品所源自的微生物产生，所述微生物诸如贪铜菌属微生物，例如，钩虫贪铜菌。
在一些实施方案中，本文所述的蛋白质产品(包括但不限于单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽和/或寡肽)中的至少一部分、全部或基本上全部蛋白质来源于贪铜菌属微生物，诸如但不限于钩虫贪铜菌，例如DSM 531和DSM 541。
在一些实施方案中，本文所述的蛋白质产品(包括但不限于单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽和/或寡肽)中的至少一部分、全部或基本上全部蛋白质来源于乳酸菌，诸如但不限于乳球菌属、乳杆菌属、肠球菌属、链球菌属或片球菌属细菌。在一些实施方案中，乳酸菌是GRAS细菌。
在一些实施方案中，本文所述的蛋白质产品(包括但不限于单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽和/或寡肽)中的至少一部分、全部或基本上全部蛋白质产品来源于镰孢菌属、根霉菌属或曲霉菌属真菌微生物，所述真菌微生物诸如但不限于镰刀菌、少孢根霉、米根霉、米曲霉或酱油曲霉。在一些实施方案中，真菌微生物是GRAS微生物。
蛋白质浓缩物
在某些实施方案中，采用提取非蛋白质级分(例如脂质、核酸、多糖)而不溶解主要蛋白质级分的方法。回收的不溶性蛋白质级分是蛋白质浓缩物。在某些实施方案中，蛋白质浓缩物由含蛋白质的生物质产生，所述生物质由如本文所述的一种或多种微生物产生。
在某些实施方案中，经由溶剂提取方法生产蛋白质浓缩物。在某些此类实施方案中，溶剂提取方法包括醇提取或洗涤，例如含水醇洗涤。在某些实施方案中，利用酸处理来生产蛋白质浓缩物。在某些实施方案中，经由热变性方法生产蛋白质浓缩物。
在某些实施方案中，采用溶剂提取、酸处理和/或热变性步骤中的一个或多个，并且可以顺序地或并行地用于生产蛋白质浓缩物。在某些实施方案中，在蛋白质浓缩物的生产中，溶剂提取步骤之后是热变性步骤。在某些实施方案中，在蛋白质浓缩物的生产中，热变性步骤之后是溶剂提取步骤。在某些实施方案中，将热变性步骤和酸处理在蛋白质浓缩物的生产中组合。在某些此类实施方案中，对由热+酸处理产生的不溶性材料进行溶剂提取步骤。在某些实施方案中，对经由溶剂提取、酸处理和/或热变性步骤中的一个或多个产生的蛋白质浓缩物进行水洗。
在某些实施方案中，如本文所述的蛋白质浓缩物含有至少一部分或大部分存在于通过蛋白质浓缩方法去除的起始生物质中的油和/或水溶性非蛋白质组分。
在某些实施方案中，本文所述的蛋白质浓缩物含有基于无水分计至少约60重量％、至少约70重量％、至少约80重量％或至少约90重量％的蛋白质。粗蛋白含量可定义为材料的总氮重量百分比(％N)乘以等于6.25的琼斯因子，即粗蛋白＝6.25*％N。在某些实施方案中，如本文所述的蛋白质浓缩物含有基于无水分计至少约60重量％、至少约70重量％、至少约80重量％或至少约90重量％的粗蛋白含量。蛋白质材料的总氨基酸含量的测定在生物化学分析科学中已经充分确立(例如，使用AOAC方法994.12)。在某些实施方案中，如本文所述的蛋白质浓缩物含有基于无水分计至少约60重量％、至少约70重量％、至少约80重量％或至少约90重量％的总氨基酸含量。在某些实施方案中，根据本发明生产的蛋白质浓缩物与大豆蛋白质浓缩物相比含有更高的蛋白质含量和/或更高的粗蛋白质含量和/或更高的总氨基酸含量。
在某些实施方案中，如本文所述的蛋白质浓缩物含有小于约20重量％、小于约10重量％、小于约5重量％或小于约1重量％的碳水化合物含量。在某些实施方案中，如本文所述的蛋白质含有小于约10重量％、小于约8重量％、小于约5重量％、小于约4重量％、小于约3重量％、小于约2重量％或小于约1重量％的灰分含量。在某些实施方案中，如本文所述的蛋白质浓缩物含有小于约10重量％、小于约8重量％、小于约5重量％、小于约4重量％、小于约3重量％、小于约2重量％或小于约1重量％的脂质含量。
在某些实施方案中，在蛋白质浓缩物的生产中应用溶剂提取方法。溶剂可以包括一种或多种醇或一种或多种醇的水溶液。使用醇溶剂生产蛋白质浓缩物是基于包含低级脂肪醇(例如甲醇、乙醇、异丙醇)的溶液在不溶解蛋白质和/或通过变性使蛋白质不溶的情况下提取脂质和可溶性糖部分的能力。在某些实施方案中，在溶剂提取过程中的溶剂中使用的醇浓度为至少约10重量％、至少约20重量％、至少约30重量％、至少约40重量％、至少约50重量％、至少约60重量％、至少约70重量％、至少约80重量％、至少约90重量％、至少约95重量％或至少约99重量％。
从如本文所述产生的湿或干微生物生物质开始，在某些实施方案中，蛋白质浓缩方法包括以下步骤中的一个或多个：液体-固体提取，从液体提取物中去除和回收溶剂，从固体(例如，蛋白质浓缩物)中去除和回收溶剂，以及干燥和研磨固体(例如，蛋白质浓缩物)。
在某些实施方案中，固体-液体提取是分批或连续进行的。在某些实施方案中，固体-液体提取使用以下中的一种或多种进行：水平带式提取器；篮式提取器；固定式提取器；和/或旋转式细胞提取器。
热处理可通过使糖与蛋白质结合(例如，美拉德反应)或通过焦糖化来使糖变得不太可溶。此类缩合反应可使糖不能被溶剂提取。它们还可能导致浓缩物颜色变深，这在某些应用中是不希望的。在某些实施方案中，直到溶剂提取之后才进行热处理。在某些实施方案中，所用的蛋白质浓缩方法避免了美拉德反应的发生。
在某些实施方案中，在溶剂提取步骤中使用非极性溶剂。在某些实施方案中，将非极性溶剂与醇溶剂结合使用。在某些实施方案中，将非极性溶剂与醇水溶液结合使用。在某些实施方案中，使用非极性溶剂以从使用醇和/或醇水溶液产生的提取物中提取中性脂质。在某些非限制性实施方案中，使用沸点范围(即，馏程)为65℃至70℃的非极性溶剂。在某些非限制性实施方案中，使用主要由六碳烷烃组成的非极性溶剂。在某些实施方案中，己烷被用作非极性溶剂。在某些此类实施方案中，用作非极性溶剂的己烷符合从大豆和其他基于植物的来源中提取食用油所需的严格质量规格，包括但不限于:沸腾(蒸馏)范围、最大非挥发性残留物、闪点、最大硫含量、最大环烃含量、颜色和比重。
在某些实施方案中，在高压下使用液态二氧化碳的“超临界提取”被用于溶剂提取。
已知在生物材料的溶剂提取中的限速过程通常是扩散。由于这个原因，通常大量的努力和能量被用于减小待提取的生物质的尺寸。例如，大豆和含油种子经常被轧成薄片，从而减少一个维度以促进扩散。在某些实施方案中，如本文所述的单细胞微生物的微观尺寸消除了在溶剂提取之前进行任何尺寸减小的需要。在某些实施方案中，与对高等植物或动物生物质进行的相当的溶剂提取相比，溶剂提取更有效，即需要更少的溶剂和/或回收更高百分比的可提取溶质。
在某些实施方案中，使细胞团，即如本文所述产生的微生物生物质在经受溶剂提取时保持在液体悬浮液中，或者如果干燥，则作为具有开放多孔结构的松散粉末进料到溶剂提取过程中。
在某些实施方案中，通过施加搅拌和/或提高温度中的一种或多种来提高提取速率。较高的温度可以导致可提取物质(例如，脂质)的较高溶解度和/或较高的扩散系数。
无水(绝对)低级脂肪醇，诸如乙醇或异丙醇，在高温下是脂质的良好溶剂，但随着温度降低，油在这些溶剂中的溶解度急剧下降。在某些实施方案中，脂质提取在一种或多种醇中在高温下发生，所述醇包括但不限于乙醇、异丙醇和/或甲醇。在某些此类实施方案中，脂质提取物被冷却，并发生脂质饱和。在某些此类实施方案中，过量的脂质作为不同的相分离，其可以通过固液分离方法回收，诸如但不限于离心。在某些此类实施方案中，溶剂，即醇，被重新加热并送回进行溶剂提取。
当使用浓度梯度将可提取物质从固体中转移出来时，保持较高的梯度可以促进提取过程。在某些实施方案中，利用逆流多级提取的原理来发挥该效果。在某些实施方案中，溶剂提取方法被分成多个接触阶段。在某些实施方案中，每个阶段包括固体(例如微生物生物质和/或蛋白质浓缩物)和溶剂相的混合，以及实现提取后两种流的分离。在某些实施方案中，在从一个阶段到下一个阶段的过程中，固体(例如微生物生物质和/或蛋白质浓缩物)和溶剂以相反方向流动。因此，使具有最低可提取含量(例如，脂质)的微生物生物质和/或蛋白质浓缩物与最贫的溶剂接触，导致更高的可提取产率(例如，脂质产率)和整个提取器的高驱动力。
在某些实施方案中，使用分批、半连续和/或连续溶剂提取器进行溶剂提取。
在分批过程中，使一定量的微生物生物质和/或生物材料与一定体积的新鲜溶剂接触。在某些实施方案中，将提取物排出、蒸馏，并使溶剂再循环通过提取器，直到该批微生物生物质和/或生物材料中的残余可提取含量(例如，脂质含量)降低至目标水平。
在某些实施方案中，使用由几个串联的间歇提取器组成的半连续溶剂提取系统。在某些此类实施方案中，溶剂和/或提取物从一个提取器流到串联的下一个提取器。在某些非限制性实施方案中，使用法式固定篮式提取器。
在某些实施方案中，利用连续溶剂提取方法，其中将微生物生物质和/或生物材料和/或蛋白质浓缩物和溶剂连续进料到提取器中。在某些实施方案中，以下中的一个或多个用于溶剂提取：带式提取器，诸如但不限于De Smet提取器；移动篮式提取器，诸如但不限于Lurgi移动篮式提取器或T.O.M.(材料翻转)HLS提取器；以及/或carrousel提取器。
在某些实施方案中，如本发明所述产生的蛋白质浓缩物具有不超过约0.6重量％、约0.25重量％至约0.6重量％、或不超过约0.25重量％的残余脂质含量。在如本文所述的利用溶剂提取的蛋白质浓缩物生产的某些实施方案中，每次提取的溶剂损失不超过每次提取约0.3％，或每次提取约0.07％至约0.3％，或每次提取不超过约0.07％。
在某些实施方案中，至少两股流离开溶剂提取步骤，包括：提取物(例如，脂质提取物)流和固体(例如，蛋白质浓缩物)流。在某些此类实施方案中，固体流含有溶剂残余物。在某些实施方案中，利用一种或多种方法从一个或另一个或两个流中去除和回收溶剂。
在某些实施方案中，通过蒸发从液体提取物中去除醇，并通过蒸馏进行精馏。在某些此类实施方案中，然后使醇达到适当的浓度用于进一步提取。在某些此类实施方案中，将回收的溶剂通过提取器再循环。在某些实施方案中，蒸馏残余物包括脂质和/或包含核酸、糖和/或其他可溶物的水溶液。在某些实施方案中，将水性残余物浓缩至大约50％的总可溶性固体。在某些实施方案中，脂质和/或水性残余物被用作动物饲料中的热量成分和/或粘结剂。在某些实施方案中，将脂质和/或水性残余物进料到生物反应器中。在某些实施方案中，脂质和/或水性残余物被进料回到生物反应器中，在其中它们可以用于混合营养生长。在某些此类情况下，混合营养生长包括在H2和有机底物上的生长，包括但不限于脂质和/或核酸。在某些实施方案中，提取物包含30％或更少的脂质。在某些实施方案中，对于每吨回收的脂质，通过蒸馏回收大约2.5吨溶剂。在某些实施方案中，利用一种或多种溶剂去除方法，诸如但不限于：闪蒸、真空蒸馏和/或汽提。
在某些实施方案中，从由一个或多个溶剂提取步骤产生的固体中去除溶剂。在某些实施方案中，利用闪蒸脱溶来除去溶剂残余物。在某些实施方案中，将醇-水混合物的过热蒸气施加至如本文所述生产的蛋白质浓缩物。在某些实施方案中，蒸汽蒸馏用于从溶剂提取产生的固体中去除溶剂残余物或痕量溶剂。在某些此类实施方案中，从溶剂提取中回收的所述固体用于生产蛋白质浓缩物。在某些实施方案中，从溶剂提取中回收的固体的脱溶剂经由闪蒸脱溶(FD)进行。在某些此类实施方案中，具有来自提取器的溶剂残余物的固体在过热溶剂蒸气流中被液化，其中蒸气的过热为溶剂从固体中蒸发提供能量。在某些此类实施方案中，固体-蒸气流的湍流性质促进快速的热和质量传递。在某些实施方案中，利用短的汽提阶段来完全去除溶剂。在某些实施方案中，在去除残余溶剂之后进行快速冷却。在某些实施方案中，脱溶后残留在蛋白质浓缩物中的任何过量的水通过例如但不限于热空气干燥、在热惰性气体下干燥、真空干燥或冷冻干燥的方法去除。
在某些实施方案中，酸处理或酸洗方法用于从溶液中沉淀蛋白质，并且沉淀的蛋白质用于生产蛋白质浓缩物。在某些实施方案中，来自生物反应器的发酵液或生物质或生物质裂解物的pH为大约pH＝7，或大约在pH 6至pH 8的范围内。蛋白质通常在对应于蛋白质等电范围的pH范围内表现出最小的水溶性。在某些实施方案中，如本文所述产生的蛋白质(例如，利用CO2碳源产生的蛋白质)的等电范围在小于pH＝6的pH，或在pH 3至pH 6、pH 4至pH 5、pH 4.2至4.5的范围内，或pH约4，或约pH 4.2或约pH 4.5下发生。在某些实施方案中，使用酸，诸如但不限于磷酸、硫酸、盐酸、乙酸和/或碳酸/CO2(水溶液)中的一种或多种，将培养液和/或生物质和/或生物质裂解物的pH降低至等电范围。在某些实施方案中，通过将pH降低至等电范围来沉淀蛋白质，并且使用已经添加酸的水作为溶剂来提取核酸、糖和/或其他可溶性非蛋白质，以便将pH保持在等电区。在某些实施方案中，旋转真空过滤器或倾析式离心机用于固液分离，其中固体包含沉淀的蛋白质。
在某些实施方案中，将如本文所述产生的裂解或脱脂微生物生物质与酸化水在搅拌容器中混合。在某些此类实施方案中，然后将浆液进料至倾析式离心机，该离心机从提取物中分离提取的固体。在某些此类实施方案中，将固体从倾析式离心机中连续排出。在某些此类实施方案中，排出的固体具有约10重量％、约20重量％、约30重量％或约10重量％至约30％重量的干物质含量。在某些此类实施方案中，以这种方式回收的固体被干燥以产生等电蛋白质浓缩物。在某些实施方案中，将等电固体饼状物再悬浮于水中并中和酸度，并且离心分离的第二步产生中性蛋白质浓缩物饼状物。在某些此类实施方案中，蛋白质浓缩物具有基于干物质计至少约60重量％、至少约70重量％、至少约75重量％或至少约80重量％的蛋白质含量。
在某些实施方案中，如由氮溶解度指数(NSI)表示的中和产物的蛋白质溶解度为至少约40％、至少50％、至少60％的NSI，或大于约60％的NSI值。
在某些实施方案中，将含有可溶性组分(诸如核酸、糖、矿物质和在pH小于6、pH 3至pH 6、pH小于5、pH约4.5或pH 4至pH 5下可溶的蛋白质级分)的液体提取物进料回到原始生物反应器和/或另一个生物反应器，用于混合营养或异养微生物生物质生产。在某些此类实施方案中，产生额外的蛋白质生物质。
在某些实施方案中，在蛋白质浓缩物的生产中使用热变性和/或水提取方法。在某些实施方案中，使用湿热通过热变性使如本文所述产生的蛋白质变得不溶。在某些实施方案中，将如本文所述产生的微生物生物质在沸水中或在高压锅中或在高压釜中加热。在某些实施方案中，使用例如挤出机-蒸煮器对如本文所述产生的微生物生物质进行连续高温-短时间湿热处理。在某些实施方案中，微生物生物质的热处理包括使生物质经受至少约90℃、至少约100℃、至少约110℃、至少约120℃、至少约130℃或至少约140℃的温度，或约100℃至约121℃的温度，或至多150℃的温度。在某些实施方案中，热处理的持续时间为至少约5分钟、至少约10分钟、至少约15分钟、至少约30分钟、至少约45分钟、或至少约一小时、至少约三小时、至少约五小时、或约24小时，或持续时间小于约48小时，或小于约72小时。在某些实施方案中，用热水提取如本文所述产生的热处理的微生物生物质，所述热水溶解核酸、糖和/或其他非蛋白质可溶物。在某些实施方案中，在热处理和蛋白质变性之后，利用从大豆和其他基于植物的蛋白质来源中生产蛋白质浓缩物的科学中众所周知的固液分离步骤来从非蛋白质可溶物中分离固体变性蛋白质。可用于本发明以从蛋白质贫化液体中分离富含蛋白质的固体的设备和方法的实例包括但不限于以下中的一种或多种：旋转真空过滤器、滗析离心机，连续离心机和压带机。
在某些实施方案中，通过一种或多种前述方法，特别是溶剂提取、热变性和酸/等电点沉淀中的一种或多种方法生产的富含蛋白质的固体(即饼状物)通过挤出机。在某些此类实施方案中，将挤出物冷却并且然后研磨。
在某些实施方案中，使用在从大豆和其他基于植物的来源生产蛋白质浓缩物中充分确立的干燥方法对通过一种或多种前述方法，并且特别是溶剂提取、热变性和酸/等电沉淀中的一种或多种，任选地随后挤出而生产的富含蛋白质的固体(即，饼状物)和/或挤出物进行干燥。在某些实施方案中，将富含蛋白质的饼状物湿磨成细浆。在某些此类实施方案中，然后将浆液喷雾干燥。在某些实施方案中，将富含蛋白质的饼状物或挤出物冷冻干燥。在某些实施方案中，将富含蛋白质的饼状物或挤出物在强制循环干燥器中干燥。在某些实施方案中，将富含蛋白质的饼状物或挤出物干燥至约10％或更低的水分含量。
在某些实施方案中，将富含蛋白质的饼状物或挤出物研磨成细粉。在某些此类实施方案中，使至少约97％的研磨产物通过100目标准筛。在本发明的其他实施方案中，富含蛋白质的饼状物或挤出物被转化为粗粒形式，具有较粗的颗粒。在某些实施方案中，使用以下中的一种或多种将富含蛋白质的饼状物或挤出物转化成粉末或粗粒：锤磨机、针磨机、冲击涡轮磨机和/或类似的粉碎机。在某些所述实施方案中，不超过约3％的研磨产物被100目筛网保留。在某些实施方案中，空气分级系统用于从粗粒级分中分离细粒产物。在某些实施方案中，使粗粒级分再循环回磨机或粉碎机。
在某些实施方案中，从本文所述的方法中出现的蛋白质浓缩物的最终形式是颗粒状的，或粉状的，或喷雾干燥的，或纹理化的。
在某些实施方案中，如本文所述生产的蛋白质浓缩物含有少于约1重量％的脂质。在其他实施方案中，如本文所述生产的蛋白质浓缩物含有少于约20重量％、少于约15重量％、少于约10重量％或少于约5重量％的脂质。在某些实施方案中，如本文所述生产的蛋白质浓缩物的脂质含量在约1重量％至约10重量％之间变化，或在某些实施方案中在约4.5重量％至约9重量％或约5重量％至约6重量％之间变化。
在某些实施方案中，将基于植物的油或脂肪与如本文所述生产的蛋白质浓缩物组合，其中蛋白质浓缩物和植物油或植物脂肪配制物的组合脂质含量在约4.5重量％至约9重量％、约5重量％至约6重量％、约9重量％至约15重量％、或约15重量％和约20重量％之间变化。在某些实施方案中，所述蛋白质浓缩物和植物油或植物脂肪的配制物具有约15重量％的总脂质含量。
在某些实施方案中，将卵磷脂(诸如但不限于大豆卵磷脂或蛋卵磷脂)与如本文所述生产的蛋白质浓缩物组合。在某些此类实施方案中，卵磷脂的添加增加了蛋白质浓缩物的分散性和乳化性质。在某些此类实施方案中，包含蛋白质浓缩物和卵磷脂的配制物的卵磷脂含量变化至多约15重量％。
在某些实施方案中，如本文所述产生的微生物生物质的油和/或磷脂含量具有蛋和/或起酥油类型的效果，并且可以充当乳化剂。
众所周知，蛋白质浓缩物中的高脂质含量会导致较差的储存稳定性。在某些实施方案中，生产具有增加的储存稳定性的低脂蛋白质浓缩物。
在某些实施方案中，如本文所述生产的蛋白质浓缩物可具有高达约80％、约70％、约60％、约50％、约40％、约30％、约20％或约10％的NSI。在某些实施方案中，如本文所述生产的蛋白质浓缩物可具有约10％至约20％、约10％至约30％、约20％至约30％、或约10％至约15％的NSI。
在某些实施方案中，蛋白质浓缩物的分散性和功能性通过蒸汽注入或喷射蒸煮，和/或通过高剪切均化而增加。
蛋白质水解物
在一些实施方案中，至少一部分、全部或基本上全部的蛋白质产品通过水解来自本文所述的至少一种微生物的蛋白质(例如单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物和/或蛋白质提取物)而产生。例如，细胞蛋白质的水解可以产生肽、寡肽和/或游离氨基酸。
微生物蛋白质的水解可以通过酸性、碱性和/或酶促方法进行。水解蛋白质的方法在本领域中是众所周知的。微生物蛋白质水解方法和水解物组合物的非限制性实例可以见于美国临时申请第62/901,169号和第62/943,754号以及PCT申请第US20/50902号中，这些申请以全文引用的方式并入本文。
在一些实施方案中，水解方法可包括升高或降低蛋白质悬浮液(例如微生物生物质的悬浮液)的pH，从而分别产生碱性或酸性悬浮液。起始生物质悬浮液可包括适量的液体生物质，例如生长培养基中的微生物生物质。在一些实施方案中，生物质的量(干重/反应体积)为至少约.01％、至少约0.2％、至少约0.5％、至少约1％、至少约2％、或至少约3％、或约0.1％至约8％，例如约0.2％至约8％、约0.5％至约6％、约1％至约6％、约2％至约6％、约3％至约5％、约4％至约8％、约6％至约8％、约5％至约7％、或约5％至约8％。
在一些实施方案中，使生物质内的微生物细胞在方法开始时，例如在升高或降低pH之前进行裂解，以促进将蛋白质从生物质中收获到悬浮液组合物中。
在某些实施方案中，可以将碱性或酸性悬浮液加热合适量的时间，以产生蛋白质水解物组合物。悬浮液可以被浓缩、干燥(例如冻干)，或者直接用作液体悬浮液。在某些实施方案中，例如通过高压灭菌碱性或酸性悬浮液，对碱性或酸性悬浮液进行加热和加压，以产生蛋白质水解物组合物。在一些实施方案中，在加热或加热/加压处理后，用缓冲液中和悬浮液以降低或升高pH。在某些实施方案中，充分降低(对于碱性悬浮液)或升高(对于酸性悬浮液)pH以允许随后用水解酶如蛋白酶(例如，碱性蛋白酶、酸性蛋白酶或金属蛋白酶)对悬浮液进行酶处理。酶水解后，产生蛋白质水解物组合物。在其他实施方案中，将生物质悬浮液用蛋白水解酶如蛋白酶(例如，碱性蛋白酶、酸性蛋白酶或金属蛋白酶)水解，而不预先进行碱或酸处理。
在某些实施方案中，蛋白质水解物中的水解蛋白质主要存在于悬浮液的可溶部分中。所得悬浮液可以例如通过离心来澄清以获得含有水解蛋白质的上清液部分。在一些实施方案中，水解处理(例如，碱或酸水解，任选地包括酶(例如，蛋白酶)处理或单独的酶水解)之后是澄清悬浮液(水解物)以去除悬浮液中的不溶物质，例如，分离可溶和不溶部分。悬浮液可以使用任何合适的方法澄清，诸如离心、过滤等。在一些实施方案中，在悬浮液澄清后，例如离心后，上清液可以与沉淀分离。
在一些实施方案中，将含有水解蛋白质的澄清液体组合物(例如，可溶级分，诸如分离的悬浮液的上清液)干燥，例如冻干，以产生干燥或基本上干燥的组合物。在一些实施方案中，冻干组合物的含水量为约10％或更少，例如约8％或更少、约6％或更少、约5％或更少、或约3％或更少。在一些实施方案中，冻干蛋白质水解物组合物的水含量为约1％至约10％，例如，约1％至约8％、约1％至约6％、约2％至约5％、约2％至约6％、约3％至约5％、约4％至约8％、约6％至约8％、约5％至约7％、或约5％至约8％。
在一些实施方案中，将澄清的液体组合物(例如，可溶级分，诸如分离的悬浮液的上清液)脱水或浓缩以降低水含量。在一些实施方案中，浓缩组合物的水含量为约80％或更少，例如约75％或更少、约50％或更少、约40％或更少、或约30％或更少；并且在一些实施方案中，每个前述含水量范围可以是至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约40％或至少约50％(至此类前述范围超过此类下限的程度)。在一些实施方案中，采用以下方法，例如使用加热和/或蒸发来干燥脱水产物，所述方法诸如但不限于喷雾干燥；滚筒干燥；烘箱干燥；真空干燥；真空烘箱干燥；在惰性气体如N2下干燥；以及太阳蒸发中的一种或多种。在一些实施方案中，将澄清的产物最初用旋转蒸发器脱水，例如，使得约50％至约65％或更多的水分被去除。在一些实施方案中，通过冻干实现进一步脱水，例如，使得冻干的蛋白质水解物组合物的水含量为约1％至约10％，例如，约1％至约8％、约1％至约6％、约2％至约5％、约2％至约6％、约3％至约5％、约4％至约8％、约6％至约8％、约5％至约7％、或约5％至约8％。
在一些实施方案中，产生蛋白质水解物的至少一部分或全部蛋白质(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物和/或蛋白质提取物)来自贪铜菌属微生物，诸如但不限于钩虫贪铜菌，例如DSM 531或DSM 541。在一些实施方案中，蛋白质水解物组合物(例如，包含肽、寡肽和/或游离氨基酸)来源于贪铜菌属微生物的蛋白质，所述微生物诸如但不限于钩虫贪铜菌，例如DSM 531或DSM 541。
在一些实施方案中，产生蛋白质水解物的至少一部分、全部或基本上全部的蛋白质(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物和/或蛋白质提取物)来自乳酸菌，诸如但不限于乳球菌属、乳杆菌属、肠球菌属、链球菌属或片球菌属细菌。在一些实施方案中，蛋白质水解物组合物(例如，含有肽、寡肽和/或游离氨基酸)来源于来自乳酸菌的蛋白质，所述乳酸菌诸如但不限于乳球菌属、乳杆菌属、肠球菌属、链球菌属或片球菌属细菌。在一些实施方案中，乳酸菌是GRAS细菌。
在一些实施方案中，产生蛋白质水解物的至少一部分或全部蛋白质(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物和/或蛋白质提取物)来自镰孢菌属、根霉菌属或曲霉菌属真菌微生物，诸如但不限于镰刀菌、少孢根霉、米根霉、米曲霉或酱油曲霉。在一些实施方案中，蛋白质水解物组合物(例如，含有肽、寡肽和/或游离氨基酸)来源于来自镰孢菌属、根霉菌属或曲霉菌属真菌微生物的蛋白质，所述真菌微生物诸如但不限于镰刀菌、少孢根霉、米根属、米曲霉或酱油曲霉。
在一些实施方案中，本文的蛋白质水解物包括肽，这些肽包括具有通常非变应原性，例如对人是非变应原性的大小范围的肽或由这些肽组成。在一些实施方案中，如本文所述掺入食物组合物中的蛋白质水解物包含肽和游离氨基酸，其中所述肽具有通常是非变应原性的大小范围。在一些实施方案中，非变应原性肽具有约800至约1500Da平均分子量分布的大小范围。例如，通过如本文所述的蛋白质水解获得的肽可以小于约1500、1400、1300、1200、1100、1000、900或800Da平均分子量中的任一者。
在一些实施方案中，在将水解物掺入如本文所述的食物组合物之前，从蛋白质水解物中去除盐(例如，当使用酸或碱盐进行水解时)。例如，可以通过过滤(例如，超滤)或透析来纯化蛋白质水解物，以去除盐和/或其他杂质。
微生物
用于所述方法并掺入本文所述的组合物中的蛋白质材料(如本文所述的蛋白质产品)来源于一种或多种微生物。单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合所来源的微生物体可以是光能自养、异养、甲烷营养、甲基营养、一氧化碳营养或化能自养生物体。在一些实施方案中，微生物体包括氢氧微生物。微生物体可以是野生型的，或者可以是基因修饰的(例如重组的)，或者其组合。
微生物生物质可以例如在发酵罐或生物反应器中从一种或多种合适的微生物的培养物中收集。可以使用任何合适的方法如离心收集生物质，以从培养基中分离细胞团。在一些实施方案中，收集的生物质可用于生产蛋白质水解物组合物。在一些实施方案中，将收集的生物质喷雾干燥或冻干以产生干生物质，然后干生物质可用作生产如本文所述的食物组合物的成分或用于生产蛋白质水解物组合物。在一些实施方案中，从收集的生物质生产蛋白质产物(例如，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质提取物、含蛋白质的提取物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合)。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括贪铜菌属或罗尔斯通氏菌属(Ralstonia)或氢杆菌属(Hydrogenobacter)内的菌株。在一些实施方案中，微生物包括钩虫贪铜菌或耐金属贪铜菌(Cupriavidus metallidurans)种。在一些实施方案中，微生物包括钩虫贪铜菌DSM 531或DSM 541种的菌株。在一些实施方案中，微生物包括耐金属贪铜菌种。在一些实施方案中，微生物包括耐金属贪铜菌DSM 2839种的菌株。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括黄色杆菌属(Xanthobacter)内的菌株。在一些实施方案中，微生物包括自养黄色杆菌(Xanthobacter autotrophicus)种。在一些实施方案中，微生物包括自养黄色杆菌DSM 432种的菌株。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括红球菌属(Rhodococcus)或戈登氏菌属(Gordonia)微生物。在一些实施方案中，微生物包括浑浊红球菌(Rhodococcusopacus)。在一些实施方案中，微生物包括浑浊红球菌(DSM 43205)或红球菌属种(Rhodococcus sp.)(DSM 3346)。在一些实施方案中，微生物包括浑浊红球菌；海洋氢弧菌(Hydrogenovibrio marinus)；荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas capsulata)；嗜热氢杆菌(Hydrogenobacter thermophilus)；或类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)。在一些实施方案中，微生物包括伯克氏菌科(burkholderiaceae)内的菌株。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括乳酸菌，诸如但不限于乳球菌属、乳杆菌属、肠球菌属、链球菌属或片球菌属细菌。在一些实施方案中，乳酸菌是GRAS细菌。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括镰孢菌属、根霉菌属或曲霉菌属真菌微生物，诸如但不限于镰孢菌、少孢根霉、米根霉、米曲霉或酱油曲霉。在一些实施方案中，真菌微生物是GRAS微生物。
在一些实施方案中，微生物聚生体(即，一起生长的两种或更多种微生物)用作本文所述的方法和组合物中的蛋白质产品的来源。聚生体可以包括一种或多种本文所述的任何微生物物种或菌株，或者一种或多种具有本文所述的一种或多种微生物特性的微生物。在一些实施方案中，聚生体包括两种或多种本文所述的任何微生物物种或菌株或微生物，或者两种或多种具有本文所述的一种或多种微生物特征的微生物。
在一些实施方案中，如本文所述的微生物可以累积蛋白质至总细胞质量的约50重量％或更多。在一些实施方案中，如本文所述的微生物可以累积蛋白质至总细胞质量的约60重量％或更多。在一些实施方案中，微生物可以累积蛋白质至总细胞质量的约70重量％或更多。在一些实施方案中，微生物可以累积蛋白质至总细胞质量的约80重量％或更多。在一些非限制性实施方案中，表现出这些性状的微生物是贪铜菌属微生物，例如钩虫贪铜菌，例如钩虫贪铜菌DSM 531或DSM 541。
在某些实施方案中，产生的生物质(例如微生物细胞)具有比大豆更高的蛋白质含量和/或更低的脂肪含量。在某些实施方案中，产生的生物质(例如微生物细胞)具有高于或至少约40重量％、约50重量％、约60重量％、约70重量％或约80重量％中任一者的蛋白质含量，以及约或低于约20重量％、约15重量％、约10重量％或约5重量％中任一者的脂肪含量。例如，生物质可以具有高于约40重量％或至少约40重量％的蛋白质含量和约20重量％或低于约20重量％的脂肪含量，或高于约40重量％或至少约40重量％的蛋白质含量和约15重量％或低于约15重量％的脂肪含量，或高于约40重量％或至少约40重量％的蛋白质含量和约10重量％或低于约10重量％的脂肪含量，或高于约40重量％或至少约40重量％的蛋白质含量和约5重量％或低于约5重量％的脂肪含量，或高于约50重量％或至少约50重量％的蛋白质含量和约20重量％或低于约20重量％的脂肪含量，或高于约50重量％或至少约50重量％的蛋白质含量和约15重量％或低于约15重量％的脂肪含量，或高于约50重量％或至少约50重量％的蛋白质含量和约10重量％或低于约10重量％的脂肪含量，或高于约50重量％或至少约50重量％的蛋白质含量和约5重量％或低于约5重量％的脂肪含量，或高于约60重量％或至少约60重量％的蛋白质含量和约20重量％或低于约20重量％的脂肪含量，或高于约60重量％或至少约60重量％的蛋白质含量和约15重量％或低于约15重量％的脂肪含量，或高于约60重量％或至少约60重量％的蛋白质含量和约10重量％或低于约10重量％的脂肪含量，或高于约60重量％或至少约60重量％的蛋白质含量和约5重量％或低于约5重量％的脂肪含量，或高于约70重量％或至少约70重量％的蛋白质含量和约20重量％或低于约20重量％的脂肪含量，或高于约70重量％或至少约70重量％的蛋白质含量和约15重量％或低于约15重量％的脂肪含量，或高于约70重量％或至少约70重量％的蛋白质含量和约10重量％或低于约10重量％的脂肪含量，或高于约70重量％或至少约70重量％的蛋白质含量和约5重量％或低于约5重量％的脂肪含量，或高于约80重量％或至少约80重量％的蛋白质含量和约15重量％或低于约15重量％的脂肪含量，或高于约80重量％或至少约80重量％的蛋白质含量和约10重量％或低于约10重量％的脂肪含量，或高于约80重量％或至少约80重量％的蛋白质含量和约5重量％或低于约5重量％的脂肪含量。在一些非限制性实施方案中，表现出这些性状的微生物是贪铜菌属微生物，例如钩虫贪铜菌，例如钩虫贪铜菌DSM531或DSM 541。
在一些实施方案中，如本文所述的微生物可以在H2/CO2和/或合成气和/或发生炉煤气上自然生长。在一些实施方案中，微生物可以天然积累聚羟基链烷酸酯(PHA)(例如聚羟基丁酸酯(PHB))至约50重量％或更多的细胞生物质。在一些实施方案中，微生物具有引导高通量的碳通过乙酰辅酶A代谢中间体的天然能力，这可导致脂肪酸生物合成以及许多其他合成途径，例如PHA(例如PHB)合成和/或氨基酸生物合成。在一些实施方案中，表现出这些性状的微生物是贪铜菌属微生物，例如钩虫贪铜菌，例如钩虫贪铜菌DSM 531或DSM541。在一些实施方案中，微生物不产生和/或积累PHA(例如PHB)。
在一些非限制性实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括自养棒杆菌(Corynebacterium autotrophicum)。在一些非限制性实施方案中，微生物包括自养棒杆菌和/或谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)。在一些实施方案中，微生物包括海洋氢弧菌。在一些实施方案中，微生物包括荚膜红假单胞菌、沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)或类球红细菌。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括以下属中的一种或多种：贪铜菌属、红球菌属、氢弧菌属(Hydrogenovibrio.)、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)、氢杆菌属、戈登氏菌属、节杆菌属(Arthrobacter)、链霉菌属(Streptomycetes)、红细菌属(Rhodobacter)和/或黄色杆菌属。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括放线菌(Actinobacteria)类的微生物。在一些实施方案中，微生物包括棒状杆菌亚目(corynebacterineae)(棒状杆菌属(corynebacterium)、戈登氏菌科(gordoniaceae)、分枝杆菌科(mycobacteriaceae)和诺卡氏菌科(nocardiaceae))的微生物。在一些实施方案中，微生物包括诺卡氏菌科的微生物。在一些实施方案中，微生物包括从一种或多种以下类别中提取的微生物：棒状杆菌属、戈登氏菌属、红球菌属、分枝杆菌属(Mycobacterium)和冢村氏菌属(Tsukamurella)。在一些实施方案中，微生物包括红球菌属的微生物，诸如浑浊红球菌、桔橙红球菌(Rhodococcusaurantiacus)；拜科罗尔红球菌(Rhodococcus baikonurensis)；耐硼红球菌(Rhodococcusboritolerans)；马红球菌(Rhodococcus equi)；嗜粪红球菌(Rhodococcus coprophilus)；类棒菌状红球菌(Rhodococcus corynebacterioides)；棒状诺卡氏菌(Nocardiacorynebacterioides)(同义词：棒状诺卡氏菌(Nocardia corynebacterioides))；红串红球菌(Rhodococcus erythropolis)；带化红球菌(Rhodococcus fascians)；球形红球菌(Rhodococcus globerulus)；戈氏红球菌(Rhodococcus gordoniae)；若氏红球菌(Rhodococcus jostii)；朝鲜红球菌(Rhodococcus koreensis)；克氏红球菌(Rhodococcuskroppenstedtii)；马鞍山红球菌(Rhodococcus maanshanensis)；滨海红球菌(Rhodococcus marinonascens)；浑浊红球菌；渗滤红球菌(Rhodococcus percolatus)；酚红球菌(Rhodococcus phenolicus)；多柔红球菌(Rhodococcus polyvorum)；食吡啶红球菌(Rhodococcus pyridinivorans)；玫瑰红红球菌(Rhodococcus rhodochrous)；椿象红球菌(Rhodococcus rhodnii)；(同义词：椿象诺卡氏菌(Nocardia rhodnii))；赤红球菌(Rhodococcus ruber)(同义词：红色链丝菌(Streptothrix rubra))；红球菌属种(Rhodococcus sp.)RHA1；三口红球菌(Rhodococcus triatomae)；土基山红球菌(Rhodococcus tukisamuensis)；弗氏红球菌(Rhodococcus wratislaviensis)(同义词：弗氏冢村氏菌(Tsukamurella wratislaviensis))；云南红球菌(Rhodococcusyunnanensis)；或佐氏红球菌(Rhodococcus zopfii)。在一些实施方案中，微生物包括浑浊红球菌菌株DSM 43205或DSM 43206。在一些实施方案中，微生物包括红球菌属种DSM 3346菌株。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括可以在H2/CO2和/或合成气和/或发生炉煤气上天然生长的微生物(例如，本文所述的任何微生物属或种的微生物)，并且可以天然累积脂质至细胞生物质的至少约10重量％、约20重量％、约30重量％、约40重量％、约50重量％、约60重量％、约70重量％、约80重量％或更多中的任一者。在一些实施方案中，微生物包括具有沿着脂肪酸生物合成途径转运高通量碳的天然能力的微生物(例如，本文所述的任何微生物属或种的微生物)。在一些实施方案中，表现出这些性状的微生物是红球菌属微生物，例如，浑浊红球菌(例如，浑浊红球菌DSM 43205或DSM 43206或DSM 44193)，或贪铜菌属微生物，例如，钩虫贪铜菌(例如，钩虫贪铜菌DSM 531或DSM 541)。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括氢氧或氢氧混合气菌株。在一些实施方案中，微生物包括以下氢氧混合气微生物中的一种或多种：嗜火产水菌(Aquifexpyrophilus)、超嗜热菌(Aquifex aeolicus)或其他产水菌属种(Aquifex sp)；钩虫贪铜菌或耐金属贪铜菌或其他贪铜菌属种(Cupriavidus sp.)；自养棒杆菌或其他棒状杆菌属种(Corynebacterium sp.)；脱硫戈登氏菌(Gordonia desulfuricans)、聚异戊二烯戈登氏菌(Gordonia polyisoprenivorans)、暗红戈登氏菌(Gordonia rubripertincta)、疏水戈登氏菌(Gordonia hydrophobica)、威斯特菲尼亚戈登氏菌(Gordonia westfalica)或其他戈登氏菌属种(Gordonia sp.)；自养诺卡氏菌(Nocardia autotrophica)、灰暗诺卡氏菌(Nocardia opaca)或其他诺卡氏菌属种(Nocardia sp.)；紫色非硫光合细菌，包括但不限于类球红细菌、沼泽红假单胞菌、荚膜红假单胞菌、绿色红假单胞菌(Rhodopseudomonasviridis)、绿硫红假单胞菌(Rhodopseudomonas sulfoviridis)、胚素红假单胞菌(Rhodopseudomonas blastica)、球形红假单孢菌(Rhodopseudomonas spheroides)、嗜酸红假单胞菌(Rhodopseudomonas acidophila)或其他红假单胞菌属种(Rhodopseudomonassp.)；红细菌属种(Rhodobacter sp.)、深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)或其他红螺菌属种(Rhodospirillum sp.)；浑浊红球菌或其他红球菌属种Rhodococcus sp.；大豆根瘤菌(Rhizobium japonicum)或其他根瘤菌属种(Rhizobium sp.)；桃红荚硫菌(Thiocapsaroseopersicina)或其他荚硫菌属种(Thiocapsa sp.)；敏捷假单胞菌(Pseudomonasfacilis)、黄假单胞菌(Pseudomonas flava)、恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)、嗜氢假单胞菌(Pseudomonas hydrogenovora)、氢嗜热假单胞菌(Pseudomonashydrogenothermophila)、帕氏假单胞菌(Pseudomonas palleronii)、类黄假单胞菌(Pseudomonas pseudoflava)、嗜糖假单胞菌(Pseudomonas saccharophila)、嗜热假单胞菌(Pseudomonas thermophile)或其他假单胞菌属种(Pseudomonas sp.)；泛氧氢单胞菌(Hydrogenomonas pantotropha)、真氧氢单胞菌(Hydrogenomonas eutropha)、敏捷氢单胞菌(Hydrogenomonas facilis)或其他氢单胞菌属种(Hydrogenomonas sp.)；嗜热氢杆菌(Hydrogenobacter thermophiles)、嗜盐氢杆菌(Hydrogenobacter halophilus)、嗜氢氢杆菌(Hydrogenobacter hydrogenophilus)或其他氢杆菌属种(Hydrogenobacter sp.)；冰岛嗜氢菌(Hydrogenophilus islandicus)或其他嗜氢菌属种(Hydrogenophilus sp.)；海洋氢弧菌或其他氢弧菌属种(Hydrogenovibrio sp.)；海洋氢嗜热菌(Hydrogenothermusmarinus)或其他氢嗜热菌属种(Hydrogenothermus sp.)；幽门螺杆菌(Helicobacterpylori)或其他螺杆菌属种(Helicobacter sp.)；自养黄色杆菌、黄黄色杆菌(Xanthobacter flavus)或其他黄色杆菌属种(Xanthobacter sp.)；黄色氢嗜菌(Hydrogenophaga flava)、帕氏氢嗜菌(Hydrogenophaga palleronii)、类黄色氢嗜菌(Hydrogenophaga pseudoflava)或其他氢嗜菌属种(Hydrogenophaga sp.)；大豆慢生根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)或其他慢生根瘤菌属种(Bradyrhizobium sp.)；富养罗尔斯通氏菌(Ralstonia eutropha)或其他罗尔斯通氏菌属种(Ralstonia sp.)；真养产碱菌(Alcaligenes eutrophus)、敏捷产碱菌(Alcaligenes facilis)、嗜氢产碱菌(Alcaligenes hydrogenophilus)、广泛产碱菌(Alcaligenes latus)、争论产碱菌(Alcaligenes paradoxus)、鲁氏产碱菌(Alcaligenes ruhlandii)或其他产碱菌属种(Alcaligenes sp.)；无分枝酸菌属种(Amycolata sp.)；自养水螺菌(Aquaspirillumautotrophicum)或其他水螺菌属种(Aquaspirillum sp.)；节杆菌属菌株11/X、甲基养节杆菌(Arthrobacter methylotrophus)或其他节杆菌属种(Arthrobacter sp.)；具脂固氮螺菌(Azospirillum lipoferum)或其他固氮螺菌属种(Azospirillum sp.)；争论贪噬菌(Variovorax paradoxus)或其他贪噬菌属种(Variovorax sp.)；敏捷食酸菌(Acidovoraxfacilis)或其他食酸菌属种(Acidovorax sp.)；施氏芽孢杆菌(Bacillus schlegelii)、热泉芽孢杆菌(Bacillus tusciae)、其他芽孢杆菌属种(Bacillus sp.)；嗜氢热杆菌(Calderobacterium hydrogenophilum)或其他热杆菌属种(Calderobacterium sp.)；胶德克斯氏菌(Derxia gummosa)或其他德克斯氏菌属种(Derxia sp.)；自嗜热黄杆菌(Flavobacterium autothermophilum)或其他黄杆菌属种(Flavobacterium sp.)；水生弯杆菌(Microcyclus aquaticus)或其他微环菌属种(Microcyclus sp.)；戈登氏分枝杆菌(Mycobacterium gordoniae)或其他分枝杆菌属种(Mycobacterium sp.)；脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans)或其他副球菌属种(Paracoccus sp.)；海珀尔女神菌(Persephonella marina)、圭亚那海盆地珀尔女神菌(Persephonella guaymasensis)或其他珀尔女神菌属种(Persephonella sp.)；空泡肾杆菌(Renobacter vacuolatum)或其他肾杆菌属种(Renobacter sp.)；氢碳酸塞里伯氏菌(Seliberia carboxydohydrogena)或其他塞里伯氏菌属种(Seliberia sp.)、天蓝黄链霉菌(Streptomycetes coelicoflavus)、灰色链霉菌(Streptomycetes griseus)、黄质产色链霉菌(Streptomycetesxanthochromogenes)、嗜热一氧化碳链霉菌(Streptomycetes thermocarboxydus)和其他链霉菌属种(Streptomycetes sp.)；红色热发热菌(Thermocrinis ruber)或其他热发热菌属种(Thermocrinis sp.)；沃特斯氏菌属种(Wautersia sp.)；蓝细菌，包括但不限于类颤鱼腥藻(Anabaena oscillarioides)、螺旋鱼腥藻(Anabaena spiroides)、柱胞鱼腥藻(Anabaena cylindrica)或其他鱼腥藻属种(Anabaena sp.)，以及钝顶节螺藻(Arthrospira platensis)、极大节螺藻(Arthrospira maxima)或其他节螺藻属种(Arthrospira sp.)；绿藻类，包括但不限于斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)或其他栅藻属种(Scenedesmus sp.)、莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardii)或其他衣藻属种(Chlamydomonas sp.)、纤维藻属种(Ankistrodesmus sp)和多形态喙叶藓(Rhaphidiumpolymorphium)或其他喙叶藓属种(Rhaphidium sp)。在一些实施方案中，包括氢氧微生物的微生物聚生体，诸如任何上述氢氧微生物，被用于生产如本文所述的蛋白质产品。
在一些实施方案中，微生物或它们的蛋白质产品包括以下属中的一种或多种：贪铜菌属；黄色杆菌属；迪茨氏菌属(Dietzia)；戈登氏菌属；分枝杆菌属；诺卡氏菌属；伪诺卡氏菌属(Pseudonocardia)；节杆菌属；食烷菌属(Alcanivorax)；红球菌属；链霉菌属(Streptomyces)；红假单胞菌属；红细菌属；和不动杆菌属(Acinetobacter)；或包括一种或多种这些微生物属的微生物聚生体。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括以下中的一种或多种：甲基养节杆菌DSM 14008；浑浊红球菌DSM 44304；浑浊红球菌DSM 44311；自养黄色杆菌DSM 431；浑浊红球菌DSM 44236；赤红球菌DSM 43338；浑浊红球菌DSM 44315；耐金属贪铜菌DSM 2839；钩虫贪铜菌DSM 531；钩虫贪铜菌DSM 541；食醚红球菌(Rhodococcus aetherivorans)DSM44752；脱硫戈登氏菌DSM 44462；聚异戊二烯戈登氏菌DSM 44266；聚异戊二烯戈登氏菌DSM44439；暗红戈登氏菌DSM 46039；渗滤红球菌DSM 44240；浑浊红球菌DSM 43206；疏水戈登氏菌DSM 44015；佐氏红球菌DSM 44189；威斯特菲尼亚戈登氏菌DSM 44215；自养黄色杆菌DSM 1618；自养黄色杆菌DSM 2267；自养黄色杆菌DSM 3874；天蓝黄链霉菌DSM 41471；灰色链霉菌DSM40236；链霉菌属种DSM 40434；黄质产色链霉菌DSM 40111；嗜热一氧化碳链霉菌DSM 44293；类球红细菌DSM 158。在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括微生物聚生体，所述微生物聚生体包括一种或多种这些微生物菌株，或一种或多种本文公开的任何微生物属或种。
已经表征了能够在作为电子供体和/或碳源的一氧化碳上生长的许多不同的微生物(即，一氧化碳营养微生物)。在某些情况下，一氧化碳营养微生物也可以使用H2作为电子供体和/或混合营养生长。在一些情况下，一氧化碳营养微生物是兼性的化能无机自养生物[Biology of the Prokaryotes,由J Lengeler,G.Drews,H.Schlegel编,John Wiley&Sons,2009年7月10日,，其以全文引用的方式并入本文]。在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括以下一氧化碳营养微生物中的一种或多种：不动杆菌属种；甲醇酸产碱菌(Alcaligenes carboxydus)或其他产碱菌属种；节杆菌属种；氮单胞菌属种(Azomonassp.)；固氮菌属种(Azotobacter sp.)；施氏芽孢杆菌或其他芽孢杆菌属种；类黄色氢嗜菌或其他氢嗜菌属种；氢碳酸假单胞菌(Pseudomonas carboxydohydrogena)、噬一氧化碳假单胞菌(Pseudomonas carboxydovorans)、餐伴假单胞菌(Pseudomonas compransoris)、嗜气假单胞菌(Pseudomonas gazotropha)、热食碳酸假单胞菌(Pseudomonasthermocarboxydovorans)或其他假单胞菌属(Pseudomonas sp.)；大豆根瘤菌或其他根瘤菌属种；以及链霉菌属G26、热自养链霉菌(Streptomyces thermoautotrophicus)或其他链霉菌属种。在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括微生物聚生体，所述微生物聚生体包括一氧化碳营养微生物，诸如一种或多种上述一氧化碳营养微生物。在某些实施方案中，使用能够化能无机自养的一氧化碳营养微生物。在某些实施方案中，使用能够在呼吸和/或生物合成中利用H2作为电子供体的一氧化碳营养微生物。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括专性和/或兼性化能自养微生物，诸如以下中的一种或多种：厌氧醋菌属种(Acetoanaerobium sp.)；醋酸杆菌属种(Acetobacterium sp.)；产醋菌属种(Acetogenium sp.)；无色杆菌属种(Achromobactersp.)；嗜酸两面菌属种(Acidianus sp.)；不动杆菌属种(Acinetobacter sp.)；马杜拉放线菌属种(Actinomadura sp.)；气单胞菌属种(Aeromonas sp.)；产碱菌属种；产碱杆菌属种(Alcaliqenes sp.)；水螺菌属种；弓形菌属种(Arcobacter sp.)；金杆菌属种(Aureobacterium sp.)；芽孢杆菌属种；贝日阿托氏菌属种(Beggiatoa sp.)；丁酸杆菌属种(Butyribacterium sp.)；一氧化碳嗜热菌属种(Carboxydothermus sp.)；梭菌属种(Clostridium sp.)；丛毛单胞菌属种(Comamonas sp.)；贪铜菌属种；脱卤杆菌属种(Dehalobacter sp.)；脱卤球菌属种(Dehalococcoide sp.)；脱卤螺旋菌属种(Dehalospirillum sp.)；脱硫杆菌属种(Desulfobacterium sp.)；脱硫念珠菌属种(Desulfomonile sp.)；脱硫肠状菌属种(Desulfotomaculum sp.)；脱硫弧菌属种(Desulfovibrio sp.)；脱硫八联球菌属种(Desulfurosarcina sp.)；外硫红螺菌属种(Ectothiorhodospira sp.)；肠杆菌属种(Enterobacter sp.)；真杆菌属种(Eubacteriumsp.)；铁原体属种(Ferroplasma sp.)；盐生硫杆菌属种(Halothibacillus sp.)；氢杆菌属种；氢单胞菌属种；钩端螺菌属种(Leptospirillum sp.)；金属球菌属种(Metallosphaerasp.)；甲烷杆菌属种(Methanobacterium sp.)；甲烷短杆菌属种(Methanobrevibactersp.)；甲烷球菌属种(Methanococcus sp.)；拟甲烷球菌属种(Methanococcoides sp.)；产甲烷菌属种(Methanogenium sp.)；甲烷叶菌属种(Methanolobus sp.)；甲烷微菌属种(Methanomicrobium sp.)；甲烷盘菌属种(Methanoplanus sp.)；甲烷八叠球菌属种(Methanosarcina sp.)；甲烷螺菌属种(Methanospirillum sp.)；甲烷嗜热菌属种(Methanothermus sp.)；甲烷丝菌属种(Methanothrix sp.)；微球菌属种(Micrococcussp.)；硝化菌属种(Nitrobacter sp.)；硝化杆菌科种(Nitrobacteraceae sp.)；硝化球菌属种(Nitrococcus sp.)；亚硝化球菌属种(Nitrosococcus sp.)；硝化刺菌属种(Nitrospina sp.)；硝化螺菌属种(Nitrospira sp.)；亚硝化叶菌属种(Nitrosolobussp.)；亚硝化单胞菌属种(Nitrosomonas sp.)；亚硝化螺旋菌属种(Nitrosospira sp.)；亚硝化弧菌属种(Nitrosovibrio sp.)；硝化刺菌属种(Nitrospina sp.)；嗜油单胞菌属种(Oleomonas sp.)；副球菌属种(Paracoccus sp.)；消化链球菌属种(Peptostreptococcussp.)；浮霉菌门种(Planctomycetes sp.)；假单胞菌属种(Pseudomonas sp.)；罗尔斯通氏菌属种(Ralstonia sp.)；红细菌属种；红球菌属种；红环菌属(Rhodocyclus sp.)；红微菌属种(Rhodomicrobium sp.)；红假单胞菌属种(Rhodopseudomonas sp.)；红螺菌属种；希瓦氏菌属种(Shewanella sp.)；鞘铁菌属种(Siderococcus sp.)；链霉菌属种；硫化芽孢杆菌属种(Sulfobacillus sp.)；硫叶菌属种(Sulfolobus sp.)；嗜热丝菌属种(Thermothrixsp.)；硫杆状菌属种(Thiobacillus sp.)；硫微螺菌属种(Thiomicrospira sp.)；辫硫菌属种(Thioploca sp.)；硫杆菌属种(Thiosphaera sp.)；硫发菌属种(Thiothrix sp.)；卵硫菌属种(Thiovulum sp.)；硫氧化剂；氢氧化剂；铁氧化剂；产乙酸菌；以及产甲烷菌；包括化能自养生物的微生物聚生体；原生于热液喷口、地热喷口、温泉、冷泉、地下含水层、盐湖、盐层和土壤中的至少一种的化能自养生物；以及选自嗜热菌、超嗜热菌、嗜酸菌、嗜盐菌和嗜冷菌中的一种或多种的极端微生物。在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括微生物聚生体，所述微生物聚生体包括化能自养微生物，诸如一种或多种上述化能自养微生物。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括能够耐受各种环境参数中的极端条件的极端微生物，所述环境参数诸如温度、辐射、压力、重力、真空、干燥、盐度、pH、氧张力和/或化学品。此类微生物包括超嗜热菌，诸如烟栖火叶菌(Pyrolobus fumarii)；嗜热菌，诸如灰蓝聚球藻菌(Synechococcus lividis)；嗜温菌和嗜冷菌，诸如嗜冷菌属(Psychrobacter)，和/或极端嗜热的硫代谢生物，诸如热变形菌属种(Thermoproteussp.)、热网菌属种(Pyrodictium sp.)、硫化叶菌属种(Sulfolobus sp.)和嗜酸两面菌属种(Acidianus sp.)；耐辐射生物，诸如抗辐射奇异球菌(Deinococcus radiodurans)；耐压力微生物，包括嗜压菌或嗜压微生物；耐干燥剂和脱水生活的微生物，包括耐旱生物，诸如卤虫(Artemia salina)；微生物和真菌；耐盐微生物，包括嗜盐菌，诸如盐杆菌(Halobacteriacea)和盐生杜氏藻(Dunaliella salina)；pH耐受性微生物，包括嗜碱菌，诸如盐碱杆菌属(Natronobacterium)、坚强芽孢杆菌(Bacillus firmus)OF4、螺旋藻属种(Spirulina spp.)，和嗜酸菌，诸如阳明山高温红藻(Cyanidium caldarium)和铁质菌属种(Ferroplasma sp)；气体耐受微生物，例如，对纯CO2耐受的微生物，包括阳明山高温红藻；以及耐金属微生物(耐金属菌)，诸如嗜酸铁质菌(Ferroplasma acidarmanus)和罗尔斯通氏菌属种。
在某些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括选自真核植物、藻类、蓝细菌、绿色硫细菌、绿色非硫细菌、紫色硫细菌、紫色非硫细菌、极端微生物、酵母、真菌、变形菌、它们的工程生物体和合成生物体的细胞系。在某些实施方案中，使用螺旋藻。
在某些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括绿色非硫细菌，其包括但不限于以下属：绿曲挠菌属(Chloroflexus)、绿丝菌属(Chloronema)、颤绿菌属(Oscillochloris)、太阳发菌属(Heliothrix)、滑柱菌属(Herpetosiphon)、玫瑰弯菌属(Roseiflexus)和热微菌属(Thermomicrobium)。
在某些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括绿色硫细菌，其包括但不限于以下属：绿菌属(Chlorobium)、绿硫菌属(Clathrochloris)和突柄绿菌属(Prosthecochloris)。
在某些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括紫色硫细菌，其包括但不限于以下属：异着色菌属(Allochromatium)、着色菌属(Chromatium)、盐着色菌属(Halochromatium)、等着色菌属(Isochromatium)、海洋着色菌属(Marichromatium)、小红卵菌属(Rhodovulum)、热着色菌属(Thermochromatium)、荚硫菌属(Thiocapsa)、硫红球菌属(Thiorhodococcus)和囊硫菌属(Thiocystis)。
在某些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括紫色非硫细菌，其包括但不限于以下属：褐螺菌属(Phaeospirillum)、红球样菌属(Rhodobaca)、红细菌属(Rhodobacter)、红微菌属(Rhodomicrobium)、红球形菌属(Rhodopila)、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)、红海菌属(Rhodothalassium)、红螺菌属(Rhodospirillum)、罗德氏弧菌属(Rodovibrio)和玫瑰螺菌属(Roseospira)。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括甲烷营养生物和/或甲基营养生物。在一些实施例中，微生物属于甲基球菌属(Methylococcus)。在一些实施方案中，微生物是荚膜甲基球菌(Methylococcus capsulatus)。在一些实施方案中，微生物是甲基营养生物。在一些实施方案中，微生物为甲基杆菌属(Methylobacterium)。在一些实施方案中，微生物包括以下物种中的一种或多种：扎氏甲基杆菌(Methylobacterium zatmanii)；扭曲甲基杆菌(Methylobacterium extorquens)；氯甲烷甲基杆菌(Methylobacteriumchloromethanicum)。
在一些实施方案中，微生物或其蛋白质产品为氢氧化的化能自养生物和/或一氧化碳自养生物和/或甲基营养生物和/或甲烷营养生物。
在某些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括可以异养生长的微生物，利用多碳有机分子作为碳源，诸如但不限于糖，例如但不限于葡萄糖和/或果糖和/或蔗糖。在一些实施方案中，微生物能够在作为唯一的电子供体和碳源的未处理的粗甘油和/或葡萄糖和/或甲醇和/或乙酸盐上生长。在一些实施方案中，微生物能够混合营养生长，例如在有机碳源和无机能量源(例如，无机电子供体)上混合营养生长。
在某些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括真核植物、藻类、蓝细菌、绿色硫细菌、绿色非硫细菌、紫色硫细菌、紫色非硫细菌、极端微生物、古菌、酵母、真菌、变形菌、其工程生物体和合成生物体中的一种或多种。
在一些实施方案中，微生物包括革兰氏阳性菌或由其组成。在其他实施方案中，微生物包括革兰氏阴性菌或由其组成。
在某些实施方案中，微生物或其蛋白质产品包括天然存在的和/或非基因修饰(非GMO)微生物和/或非病原性的和/或在周围环境中不存在的生物过程提供的特定环境条件下生长。
在某些实施方案中，使用微生物学领域中已知的方法从环境样品中分离微生物或微生物聚生体，并富集期望的微生物，例如在以下的存在下生长：靶向电子供体，包括但不限于：H2、CO、合成气和/或甲烷中的一种或多种；和/或电子受体，包括但不限于O2、硝酸盐、三价铁和/或CO2中的一种或多种；和/或环境条件(例如，温度、pH、压力、溶解氧(DO)、盐度、各种杂质和污染物的存在等)。
在某些实施方案中，微生物或微生物聚生体包括益生菌微生物。在某些实施方案中，微生物或微生物聚生体包括“一般认为安全”(GRAS)的微生物，例如细菌和/或真菌GRAS微生物。在某些实施方案中，微生物或微生物聚生体包括酵母，诸如但不限于以下一种或多种：腐质假丝酵母(Candida humilis)；米勒氏假丝酵母(Candida milleri)；汉斯德巴氏酵母菌(Debaryomyces hansenii)；少孢哈萨克斯坦酵母(Kazachstania exigua)(少孢酵母(Saccharomyces exiguous))；酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)；弗氏酵母(Saccharomyces florentinus)；德氏布鲁氏菌(Torulaspora delbrueckii)；白吉利毛孢子菌(Trichosporon beigelli)；和/或包括真菌，诸如但不限于以下中的一种或多种：米曲霉；酱油曲霉；镰刀菌A3/5；间型脉孢菌致癌变种(Neurospora intermediavar.oncomensis)；少孢根霉；米根霉；琉球曲霉(Aspergillus luchuensis)；和/或包括细菌，诸如但不限于以下中的一种或多种：解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)；枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)；动物双歧杆菌(Bifidobacterium animalis)(乳酸杆菌(lactis))；两歧双歧杆菌(Bifidobacterium bifidum)；短双歧杆菌(Bifidobacteriumbreve)；长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)；嗜酸乳杆菌(Lactobacillusacidophilus)；短乳杆菌(Lactobacillus brevis)；干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)；德氏乳杆菌保加利亚亚种(Lactobacillus delbrueckii subsp.Bulgaricus)；发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)；瑞士乳杆菌(Lactobacillus helveticus)；马乳酒样乳杆菌(Lactobacillus kefiranofaciens)；乳酸乳杆菌(Lactobacillus lactis)；植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)；鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)；罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)；沙克乳酸杆菌(Lactobacillus sakei)；旧金山乳杆菌(Lactobacillus sanfranciscensis)；乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)(乳酸链球菌(Streptococcus lactis)、乳酸乳球菌双乙酸亚种(Streptococcus lactissubsp.Diacetylactis))；明串珠菌(Leuconostoc)；肉色明串珠菌(Leuconostoccarnosum)；乳脂明串珠菌(Leuconostoc cremoris)；肠膜明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)；片球菌属(Pediococcus)；费氏丙酸杆菌(Propionibacteriumfreudenreichii)；钝顶节螺藻(螺旋藻属)(Arthrospira(Spirulina)platensis)；粪链球菌(Streptococcus faecalis)；嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)。
蛋白质产品所来源的含蛋白质的生物质可由不同种类的微生物聚生体产生。聚生体可以任选地包括多细胞生物体。在一些实施方案中，聚生体包括以下中的一种或多种：氢氧微生物；一氧化碳营养生物；甲烷营养生物；甲基营养生物；化能自养生物；光能自养生物；以及异养生物。
在一些实施方案中，蛋白质产品还包含一种或多种由蛋白质产品所来源的微生物产生的维生素。在一些非限制性实施方案中，微生物包括贪铜菌属微生物，例如钩虫贪铜菌(例如，钩虫贪铜菌DSM 531或钩虫贪铜菌DSM 541)。在一些非限制性实施方案中，维生素是维生素B，包括但不限于维生素B1、B2和/或B12。在一个非限制性实例中，维生素B(例如，B1、B2和/或B12)可由贪铜菌属微生物产生，例如，钩虫贪铜菌(例如，钩虫贪铜菌DSM 531或钩虫贪铜菌DSM 541)。
微生物培养物
任何合适的方法都可以用于培养微生物。微生物可以在任何合适的条件下，在适用于生物质生长和生产的环境中生长。在一些实施方案中，微生物可以在自养培养条件、异养培养条件或自养和异养培养条件的组合中生长。异养培养物可包括合适的碳源和能量源，诸如一种或多种糖(例如葡萄糖、果糖、蔗糖等)。自养培养物可以包括C1化学品，诸如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸盐和/或甲酸，和/或含有C1化学品的混合物，包括但不限于各种合成气组合物或各种发生炉煤气组合物，例如，通过所述低值碳源的气化、部分氧化、热解或蒸汽重整，由低值碳源和能量源，诸如但不限于木质纤维素能源作物、作物残余物、甘蔗渣、锯屑、林业残余物或食物产生，其可以被氢氧微生物或氢氧化微生物或一氧化碳氧化微生物用作碳源和能量源。用于培养微生物和产生用于本方法的生物质的合适方法和设备描述于例如PCT申请第US2010/001402号、第US2011/034218号、第US2013/032362号、第US2014/029916号、第US2017/023110号、第US2018/016779号和美国专利第9,157,058号中，其各自特此以全文引用的方式并入本文。在一些实施方案中，生物体可以在生物反应器、水培系统、温室或耕地中光合生长，或者可以从废物或天然来源收集。
用于生长本文所述的微生物细胞的液体培养物可容纳在本领域已知和使用的培养容器中。在一些实施方案中，生物反应器容器中的大规模生产可用于生产大量的所需分子和/或生物质。
在某些实施方案中，生物反应器容器用于容纳、隔离和/或保护培养环境。培养容器包括大规模微生物培养领域的普通技术人员已知的那些。此类培养容器包括但不限于以下中的一种或多种：气升式反应器；生物洗涤塔；气泡塔；搅拌釜反应器；连续搅拌釜反应器；逆流、上流膨胀床反应器；消化器，并且特别是消化器系统，例如生物修复领域中已知的消化器系统；过滤器，包括但不限于滴滤器、旋转生物接触过滤器、转盘、土壤过滤器；流化床反应器；气升式发酵罐；固定化细胞反应器；环流反应器；膜生物膜反应器；帕丘卡桶；填充床反应器；活塞流反应器；静态混合器；滴流床反应器；和/或立轴生物反应器。
针对生物质和/或有机化合物，例如，如本文所述的蛋白质产品，具体而言，单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质提取物、含蛋白质的提取物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽、寡肽或其组合，和/或其他营养物，例如但不限于维生素(例如，维生素B，例如，B1、B2和/或B12)的商业生产的微生物培养可以在大规模(例如，500L、1,000L、5,000L、10,000L、50,000L、100,000L、1,000,000L生物反应器体积和更高)的生物反应器中进行。
在某些实施方案中，利用本文所述的方法使化能自养和/或异养和/或一氧化碳营养和/或甲烷营养和/或甲基营养微生物在生物反应器内的液体培养基中生长。
在一些实施方案中，含有微生物的生物反应器由将培养物保持在接近或完全黑暗的环境中的不透明材料构成。由不透明材料如钢和/或其他金属合金和/或钢筋混凝土和/或玻璃纤维和/或各种高强度塑料材料构成的生物反应器可以设计成具有大的工作容积。在一些实施方案中，使用体积为50,000升或更大的由钢或其他金属合金构成的发酵罐。在一些实施方案中，利用能够包含高于环境压力的正顶部空间压力的生物反应器。在一些实施方案中，使用体积为3,000,000升或更大的蛋形或圆柱形消化器或立轴生物反应器。在一些实施方案中，包含微生物的生物反应器不允许光穿透其所含液体体积的部分或大部分或全部。在某些非限制性实施方案中，在CO2固定步骤中使用的微生物不是光合的。在某些非限制性实施方案中，生物反应器设计不将培养物限制在薄层中或具有透明的壁，以使光可用于所有部分，这通常是光合作用所必需的。在一些实施方案中，在没有显著或任何暴露于光的情况下培养微生物。在某些此类实施方案中，由于化能自养代谢和条件，在没有光的情况下仍然发生净CO2消耗。在某些实施方案中，在用于CO2捕获和转换的生物系统中，不需要将电转换成人造光。
在某些实施方案中，光依赖性的缺乏有利于在所有天气条件下不分昼夜、全年无休地连续进行CO2捕获运行，而不需要任何人工照明。
在一些实施方案中，在不存在光的情况下，使微生物在含有气态碳源的培养基中生长和维持，所述气态碳源诸如但不限于合成气、发生炉煤气或含有H2和CO2的气体混合物；其中这种生长称为化能自养生长。
在一些实施方案中，例如由有机物质气化产生的合成气被微生物用于化能自养生长。有机物质可以来自例如农业来源(例如玉米秸秆、甘蔗渣)。
在一些实施方案中，通过直接空气捕集装置的食品级CO2和/或空气被微生物用于化能自养生长。直接空气捕集的非限制性实例可见于美国公开第2017/0106330号和Keith,D.,等人(2018)Joule 2(8):1573-1594中，其全部内容通过引用并入本文。在一些实施方案中，CO2由工业来源提供，并且任选地可以经由气体分离程序浓缩，从而产生高浓度食品级CO2。
在某些实施方案中，系统容量的增加通过垂直扩展来满足，而不仅仅是水平扩展。这与使用藻类、蓝细菌或高等植物捕获CO2的光养方法相反。尽管已经提出了各种垂直耕作方案用于光合系统，但从实际和经济的角度来说，光养系统必须水平扩展，例如在浅池塘中或在藻类情况下的光生物反应器中。这导致巨大的地理足迹和许多负面的环境影响。
利用人工照明生长的藻类或高等植物系统受到光能利用效率低和电能转化为光能效率低的挑战。在某些实施方案中，就CO2捕集和/或生物质生产而言，在人工照明下生长的可比藻类或高等植物培养物将需要比本文所述的CO2捕集和/或生物质生产系统更多的电力。在某些实施方案中，就每单位CO2捕集和/或生物质生产的功率而言，在人工照明下生长的可比藻类或高等植物培养物将需要比本文所述的CO2捕集和/或生物质生产系统多至少十倍的电力。对于在人工照明下生长的藻类或高等植物，排热要求几乎与电输入成正比。在本文所述的方法的某些实施方案中，就在人工照明下生长时的CO2捕集和/或生物质生产而言，排热要求低于可比藻类或高等植物系统。在某些实施方案中，就在人工照明下生长时的CO2捕集和/或生物质生产而言，排热要求比可比藻类或高等植物系统低至少十倍。
在一个示例性但非限制性的实施方案中，用生产细胞接种含有营养培养基的生物反应器。通常，在细胞开始加倍之前会有一个滞后期。在滞后期之后，细胞倍增时间减少，并且培养物进入对数生长期。对数生长期之后最终是倍增时间的增加，尽管不打算受理论的限制，但这被认为是由于传质限制、包括氮或矿物质源在内的营养物的消耗、或抑制性化学品浓度的增加、或微生物的群体感应。当培养物进入稳定期时，生长减慢，并且然后停止。在某些实施方案中，在稳定期之前存在算术生长期。为了收获细胞团，在某些实施方案中，在对数生长期和/或算术期和/或稳定期收获培养物。
生物反应器或发酵罐用于在其生理周期的不同阶段培养细胞。生物反应器用于培养细胞，细胞可以维持在其生长曲线的特定阶段。生物反应器的使用在培养化能自养生长的许多方面是有利的。对于某些实施方案，使用于生产蛋白质或蛋白质水解物的富含蛋白质的细胞团在液体悬浮液中生长至高密度。通常，在生物反应器中促进生长条件的控制，所述生长条件包括溶解的二氧化碳、氧气和其他气体如氢气，以及其他溶解的营养物、微量元素、温度和pH。对于某些实施方案，使用于生产氨基酸、肽、蛋白质、水解物、提取物或全细胞产物的富含蛋白质的细胞团在生物反应器内的液体悬浮液中生长至高密度和/或以高生产率生长。
营养培养基以及气体可以分批添加，或者定期添加，或者响应于检测到的耗尽或程序设定点添加，或者在培养物生长和/或维持期间连续添加到生物反应器中。对于某些实施方案，接种时的生物反应器在生长开始时填充有起始批次的营养培养基和/或一种或多种气体，并且在接种后不添加额外的营养培养基和/或一种或多种气体。对于某些实施方案，在接种后定期添加营养培养基和/或一种或多种气体。对于某些实施方案，响应于检测到的营养物和/或气体的耗尽，在接种后添加营养培养基和/或一种或多种气体。对于某些实施方案，在接种后连续添加营养培养基和/或一种或多种气体。
对于某些实施方案，添加的营养培养基不含任何有机化合物。
在某些实施方案中，将少量微生物细胞(即，接种物)添加到设定体积的培养基中；然后孵育培养物；细胞团经历生长的滞后期、指数生长期、减速期和稳定期。
在分批培养系统中，培养微生物的条件(例如，营养物浓度、pH等)通常在整个生长期不断变化。在某些非限制性实施方案中，为了避免分批培养中固有的波动条件，并提高培养系统的总生产率，使用于生产蛋白质和/或维生素和/或其他营养物的微生物在称为恒化器的连续培养系统中生长。在此类系统中。通过以恒定速率[F]向培养物中进料新鲜培养基，同时保持培养物的体积[V]恒定，可以将培养物维持在永久的指数生长期。在某些实施方案中，连续培养系统确保细胞在保持大致恒定的环境条件下培养。在某些实施方案中，通过使用恒化器系统将细胞维持在永久的指数生长期。在某些情况下，将培养物维持在稳定状态，随着时间的推移，生物反应器中维持大致固定量的静置生物质。在这种情况下，培养物的稀释速率(D)等于微生物的生长率，并且由下式给出：D＝F/V。连续培养中微生物的生长率可以通过改变稀释速率来改变。在某些实施方案中，通过改变稀释速率来改变微生物的生长速率。在某些非限制性实施方案中，使细胞在恒化器中以约0.2h-1的稀释速率生长。在某些实施方案中，将连续式生物反应器作为恒浊器维持，其中将固定量的静置生物质随着时间推移维持在生物反应器中，并且其中从生物反应器中连续收获所产生的超出维持生物反应器内固定量的静置生物质所必需的所有过剩生物质。
在某些实施方案中，将培养物接种到生物反应器中是通过包括但不限于从存在于另一个生物反应器中的现有培养物转移培养物，或从在培养箱中培养的原种孵育的方法进行的。在某些实施方案中，菌株的原种可以以包括但不限于粉末、液体、冷冻或冻干形式以及本领域技术人员容易识别的任何其他合适形式的形式运输和储存。在某些非限制性实施方案中，将储备细菌培养物保持在代谢无活性的冻干状态直到需要重新开始。在某些实施方案中，当在非常大的反应器中建立培养物时，使培养物在接种全尺寸容器之前在逐渐变大的中等尺寸容器中生长和建立。
对于某些实施方案，生物反应器具有能够混合营养培养基的机构，包括但不限于以下中的一种或多种：旋转搅拌棒、叶片、叶轮或涡轮；旋转、摇动或转动容器；气举、喷射；经由再循环导管将发酵液从容器底部再循环到顶部，使发酵液流过回路和/或静态混合器。培养基可以连续或间歇混合。
在某些实施方案中，含微生物的营养培养基可以部分或完全地、周期性地或连续地从生物反应器中移除，并且在某些实施方案中用新鲜的无细胞培养基替换，以将细胞培养物维持在指数生长期，和/或另一个目标生长期(例如算术生长期)，和/或补充生长培养基中耗尽的营养物，和/或移除抑制性废产物。
生物反应器中的标准开口可用于将气体、液体、固体和/或浆液输送到封闭微生物的生物反应器容器中和/或从封闭微生物的生物反应器容器中取出。许多生物反应器具有用于不同目的的多个开口(例如，用于培养基添加、气体添加、pH和DO探针以及取样的开口)，并且给定的开口可以在发酵运行的过程中用于各种目的。例如，开口可用于在一个时间点将营养培养基添加到生物反应器中，并且在另一个时间点可用于取样。优选地，取样口的多次使用可以在不将污染物或入侵物种引入生长环境的情况下进行。可将能够控制样品流或连续取样的阀或其他致动器提供给取样开口。对于某些实施方案，生物反应器配备有至少一个适于培养接种的开口，该开口可以另外用于其他用途，包括添加培养基或气体。生物反应器开口能够控制进入培养环境的气体组成和流速。例如，开口可以用作生物反应器的气体入口，气体通过该入口被泵送。
对于一些实施方案，可以泵送到生物反应器中的气体包括但不限于以下中的一种或多种：合成气、发生炉煤气、氢气、CO、CO2、O2、空气、空气/CO2混合物、天然气、甲烷、氨、氮气、稀有气体如氩气以及其他气体。在一些实施方案中，泵送到系统中的CO2可以来自包括但不限于以下的来源：来自有机物质气化的CO2；来自煅烧石灰石CaCO3以生产生石灰CaO的CO2；来自甲烷蒸汽重整的CO2，诸如来自氨、甲醇或氢气生产的CO2副产物；来自燃烧、焚化或燃烧的CO2；糖厌氧或需氧发酵的CO2副产物；甲烷营养生物过程的CO2副产物；地质或地热产生或排放的CO2；从酸性气体或天然气中去除的CO2。在某些非限制性实施方案中，CO2已经从工业烟道气中被去除，或者从地质源中拦截，其将以其他方式自然排放到大气中。在某些实施方案中，碳源是溶解在海水或其他地表水体或地下水中的CO2和/或碳酸氢盐和/或碳酸盐。在某些此类实施方案中，可以将溶解在液态水中和/或作为固体的无机碳引入生物反应器。在某些实施方案中，碳源是从大气中捕集的CO2。在某些非限制性实施方案中，使用诸如但不限于在例如国际空间站(ISS)上使用的CO2去除组件(CDRA)的设备，从作为闭环生命支持系统的一部分的封闭机舱中捕集CO2。
在某些非限制性实施方案中，地质特征，诸如但不限于散发高浓度能源(例如H2、H2S、CO气体)和/或碳源(例如CO2、HCO3 -、CO3 2-)和/或其他溶解矿物质的地热和/或热液喷口，可用作本文微生物的营养源。
在某些实施方案中，将除二氧化碳之外或代替二氧化碳作为替代碳源的一种或多种气体溶解于溶液中并进料至培养液中和/或直接溶解于培养液中，包括但不限于气态电子供体和/或碳源(例如，氢气和/或CO和/或甲烷气体)。在某些实施方案中，输入气体可包括其他电子供体和/或电子受体和/或碳源和/或矿物营养物，诸如但不限于合成气的其他气体成分和杂质(例如，烃)；氨；硫化氢；和/或其他酸性气体；和/或O2；和/或含有颗粒和灰分的矿物质。
在某些实施方案中，将一种或多种气体溶解到培养液中，包括但不限于气态电子供体，诸如但不限于以下中的一种或多种：氢气、一氧化碳、甲烷、硫化氢或其他酸性气体；气态碳源，诸如但不限于以下中的一种或多种：CO2、CO、CH4；以及电子受体，诸如但不限于空气中的氧气(例如20.9％的氧气)，或者作为纯O2或者作为富含O2的气体。在一些实施方案中，使用发酵工程领域的技术人员已知的压缩机、流量计和流量阀的系统将这些和其他气体溶解到溶液中，这些系统供给一个或多个以下广泛使用的用于将气体分散到溶液中的系统：喷射设备；扩散器，包括但不限于圆顶、管状、圆盘或环形几何形状；粗泡或细泡曝气器；文丘里设备(venturi equipment)。在某些实施方案中，表面曝气和/或气体传质也可以使用桨式曝气器等进行。在某些实施方案中，通过用叶轮或涡轮以及液压剪切装置进行机械混合以减小气泡尺寸来增强气体溶解。在通过容纳吸收气体的微生物的反应器系统之后，在某些实施方案中，残余气体可以再循环回到生物反应器中，或燃烧用于过程热，或燃烧，或注入地下，或释放到大气中。在本文利用H2作为电子供体的某些实施方案中，可以通过使H2鼓泡通过培养基，或者通过使其扩散通过本领域已知的与液体培养基接触的透氢-不透水膜来将其进料至培养容器。
在某些实施方案中，使微生物在微需氧条件下在H2和CO2以及其他溶解的营养物上生长和繁殖。在某些实施方案中，将C1化学物质(诸如但不限于一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸盐或甲酸)和/或包含C1化学品的混合物(包括但不限于由各种气化的、热解的或蒸汽重整的固定碳原料产生的各种合成气组合物)在以下条件中的一种或多种下被生化转化成长链有机化学品(即，C2或更长，并且在一些实施方案中，C5或更长的碳链分子)：需氧、微需氧、缺氧、厌氧和/或兼性条件。
在一些实施方案的培养液中也可以维持受控量的氧气，并且在某些实施方案中，氧气将主动溶解到进料到培养液中的溶液中和/或直接溶解到培养液中。在某些需氧或微需氧的实施方案中，需要将空气或氧气泵入培养液中以维持目标DO水平，可以将氧气泡以最佳直径注入培养液中以进行混合和氧气转移。在一些实施方案中，采用适合于氢氧微生物生长的条件，诸如使用H2和O2气体底物(电子供体和受体)，以及任选的C1气态碳源，诸如CO2和/或CO。
在一些实施方案中，微生物转化燃料气体，包括但不限于合成气、发生炉煤气、CO、CO2、H2、天然气、甲烷及其混合物。在一些实施方案中，燃料气体的热含量为至少100BTU/标准立方英尺(scf)。在一些实施方案中，用于容纳和生长微生物的生物反应器配备有用于气体输送的细泡扩散器和/或高剪切叶轮。
如果气体入口位于液体培养基的表面之下，使得气体起泡或向上喷射通过培养基，则向生物反应器中引入和/或提高气体流速可以增强培养物的混合并产生湍流。在某些实施方案中，通过气泡和/或喷射和/或通过液体介质堵塞气体的所提供的湍流来增强混合。在一些实施方案中，生物反应器包括用于气体逸出和压力释放的气体出口。在一些实施方案中，气体入口和出口优选地配备有止回阀以防止气体回流。
在化学合成反应发生在生物反应器内的某些实施方案中，将一种或多种类型的电子供体和一种或多种类型的电子受体泵送或另外以推注添加的形式或周期性地或连续地添加到反应容器中含有化能自养生物的营养培养基中。在细胞呼吸中由电子从电子供体转移到电子受体驱动的化学合成反应将无机二氧化碳和/或其他溶解的碳酸盐和/或其他碳氧化物固定到有机化合物和生物质中。
在某些实施方案中，使用用于培养物生长和生产的营养培养基，其包含含有合适的矿物质、盐、维生素、辅因子、缓冲剂和本领域技术人员已知的微生物生长所需的其他组分的水溶液[Bailey和Ollis,Biochemical Engineering Fundamentals,第2版；第383-384页和第620-622页；McGraw-Hill:New York(1986)]。
在某些实施方案中，本领域已知的用于微生物培养物的维持和生长的化学品包含在营养培养基中。在某些实施方案中，这些化学品可包括但不限于以下中的一种或多种：氮源，诸如氨、铵(例如氯化铵(NH4Cl)、硫酸铵((NH4)2SO4))、硝酸盐(例如硝酸钾(KNO3))、尿素或有机氮源；磷酸盐(例如磷酸二钠(Na2HPO4)、磷酸钾(KH2PO4)、磷酸(H3PO4)、二硫代磷酸钾(K3PS2O2)、正磷酸钾(K3PO4)、磷酸二钾(K2HPO4))；硫酸盐；酵母提取物；螯合铁；钾(例如，磷酸钾(KH2PO4)、硝酸钾(KNO3)、碘化钾(KI)、溴化钾(KBr))；以及其他无机盐、矿物质和微量营养物(例如氯化钠(NaCl)、硫酸镁(MgSO4 7H2O)或氯化镁(MgCl2)、氯化钙(CaCl2)或碳酸钙(CaCO3)、硫酸锰(MnSO4 7H2O)或氯化锰(MnCl2)、氯化铁(FeCl3)、硫酸亚铁(FeSO4 7H2O)或氯化亚铁(FeCl.sub.2 4H.sub.2O)、碳酸氢钠(NaHCO3)或碳酸钠(Na2CO3)、硫酸锌(ZnSO4)或氯化锌(ZnCl2)、钼酸铵(NH4MoO4)或钼酸钠(Na2MoO42H2O)、硫酸亚铜(CuSO4)或氯化铜(CuCl2 2H2O)、氯化钴(CoCl2 6H2O)、氯化铝(AlCl3.6H2O)、氯化锂(LiCl)、硼酸(H3BO3)、氯化镍NiCl2 6H2O)、氯化锡(SnCl2 H2O)、氯化钡(BaCl2 2H2O)、硒酸铜(CuSeO4 5H2O)或亚硒酸钠(Na2SeO3)、偏钒酸钠(NaVO3)、铬盐)。在某些实施方案中，可以使用由Schlegel等人配制的矿物盐培养基(MSM)[“Thermophilic bacteria”,Jakob Kristjansson,第5章，第III节,CRC Press,(1992)]。
在一些实施方案中，本文所述的微生物可以在任何类型(丰富或最少)的培养基中培养，包括发酵培养基和任何组合物。如本领域普通技术人员将理解的，常规优化将允许使用各种类型的培养基。所选择的培养基可以补充各种附加组分。补充组分的一些非限制性实例包括葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、多糖、蛋白质水解物、抗生素、用于基因诱导的IPTG和ATCC微量矿物质补充剂。类似地，本文所述的微生物的培养基和生长条件的其他方面可以通过常规实验来优化。例如，pH和温度是可以优化的因素的非限制性实例。在一些实施方案中，因素如培养基的选择、培养基补充物和温度可以影响所需分子的生产水平。在一些实施方案中，可以优化补充组分的浓度和量。在一些实施方案中，优化了培养基补充一种或多种补充组分的频率，以及在收获所需分子之前培养基培养的时间量。
在某些实施方案中，将营养化学物质(例如，电子供体、电子受体、碳源和/或各种矿物营养物)的浓度在生物反应器内维持在接近或处于它们各自的最佳水平，用于最佳碳吸收和/或固定和/或转化和/或生物质和/或有机化合物，并且特别是蛋白质的生产，其根据所使用的微生物而变化，但是可以由培养微生物领域的普通技术人员常规确定和/或优化。
在某些实施方案中，在生物反应器中监测和/或控制以下参数中的一个或多个：废物水平；pH；温度；盐度；溶解氧；溶解的二氧化碳气体；液体流速；搅动速度；气体压力。在某些实施方案中，影响化能自养生长和/或其他类型生长(例如异养生长)的操作参数用传感器(例如溶解氧探针或氧化还原探针以测量电子供体/受体浓度)监测，和/或基于来自传感器的反馈通过使用包括但不限于致动阀、泵和搅拌器的设备手动或自动控制。在某些实施方案中，通过系统(诸如但不限于冷却器、加热器和/或热交换器)来调节进入的发酵液以及进入的气体的温度。
在某些实施方案中，使用营养培养基和/或生物质的连续流入和移除，将微生物培养物和生物反应维持处于稳定状态，其中细胞群体和环境参数(例如，细胞密度、pH、DO、化学浓度)随着时间的推移被设定在恒定水平。在某些实施方案中，恒定水平是原料转化和/或目标有机化合物生产的最佳水平。在某些实施方案中，目标有机化合物包含蛋白质和/或氨基酸。在某些实施方案中，细胞密度可以通过直接取样、通过光密度与细胞密度的相关性和/或用粒度分析仪来监测。在某些实施方案中，水力保留时间和生物质保留时间可以解耦，以便允许独立控制发酵液化学和细胞密度。在某些实施方案中，稀释速率可以保持足够高，使得水力停留时间与生物质停留时间相比相对较低，从而产生用于细胞生长和/或原料转化和/或有机化合物生产的高度补充的发酵液。在某些实施方案中，稀释速率被设定为培养液和营养物补充和/或废物去除，以及因泵送而增加的工艺成本、增加的输入和随稀释速率上升的其他需求之间的最佳技术经济权衡。
在某些实施方案中，控制微生物培养物的pH。在某些实施方案中，将pH控制在微生物维持和/或生长和/或原料转化和/或有机化合物生产和/或存活的最佳范围内。为了解决pH降低的问题，在某些实施方案中，中和步骤可以直接在生物反应器环境中进行，或者在通过再循环回路将培养基再循环回到培养容器之前进行。某些实施方案的发酵液中酸的中和可以通过添加碱来完成，所述碱包括但不限于以下中的一种或多种：石灰石、石灰、氢氧化钠、氨、氢氧化铵、苛性钾、氧化镁、氧化铁、碱性灰。
在某些实施方案中，化能自养微生物的水性悬浮液将一种或多种电子供体和CO2转化为原生质。在某些实施方案中，所述原生质包含蛋白质、肽和/或氨基酸。在某些实施方案中，氢氧化微生物的水性悬浮液可用于将氢和二氧化碳转化为微生物原生质。在某些实施方案中，一氧化碳氧化微生物的水性悬浮液可用于将一氧化碳和氢气和/或水转化成原生质。在某些实施方案中，甲烷氧化微生物的水性悬浮液可用于将甲烷转化成原生质。在某些实施方案中，悬浮液中的微生物是细菌或古细菌。在某些非限制性实施方案中，H2氧化化能自养微生物的水性悬浮液或生物膜将H2和CO2以及一些其他溶解的矿物营养物转化成生物化学品和原生质。在某些实施方案中，所述生物化学品和/或原生质包含蛋白质、肽和/或氨基酸。在某些实施方案中，其他溶解的矿物营养物包括但不限于氮源、磷源和钾源。在某些实施方案中，产生的原生质对人和/或其他动物和/或其他异养生物具有食用价值。在某些实施方案中，可以从原生质和/或细胞外培养液中提取某些生物化学品，其具有营养价值和/或在各种有机化学或燃料应用中具有价值。在某些实施方案中，驱动该原生质产生的细胞内能量源自电子受体对电子供体的氧化。在某些非限制性实施方案中，电子供体包括但不限于以下中的一种或多种：H2；CO；CH4。在某些非限制性实施方案中，电子受体包括但不限于O2和/或CO2。在某些非限制性实施方案中，能量产生反应或呼吸的产物包括但不限于水。在某些实施方案中，源自用于驱动由CO2合成生物化学品和原生质的呼吸作用的细胞内能量被储存并携带在生物化学分子中，包括但不限于ATP。对于本文某些实施方案中使用的氢氧混合气微生物，电子受体是O2，并且呼吸产物是水。
在一些实施方案中，通过以下中的一种或多种方法优化蛋白质生产和/或产生的氨基酸分子的分布：控制生物反应器条件、控制营养物水平和/或细胞的遗传修饰。在某些实施方案中，通过维持特定的生长条件(例如，电子供体、氮、氧、磷、硫、痕量微量营养物如无机离子，以及如果存在的话通常可能不被认为是营养物或能量源的任何调节分子的水平)，来控制和优化到氨基酸、或蛋白质、或其他营养物、或全细胞产物的途径以用于化学产物的生产。在某些实施方案中，根据微生物的要求，可以通过将发酵液保持在需氧、微需氧、缺氧、厌氧或兼性条件下来优化溶解氧(DO)。兼性环境被认为是具有由水柱分层引起的需氧上层和厌氧下层的环境。本文公开的微生物对氨基酸、或蛋白质、或其他营养物、或全细胞产物的生物合成可发生在对数生长期、算术期，或随后在细胞倍增停止时的稳定期，条件是有足够的碳和能量和其他营养源供应。
在一些实施方案中，本文所述的微生物的生长培养基包含来自另一微生物的蛋白质和/或营养源(例如，来自不同微生物的细胞裂解物、蛋白质水解物、肽、寡肽和/或氨基酸、和/或有机分子和/或其他营养物)。在一些实施方案中，生长培养基中的微生物是GRAS微生物。在一个实施方案中，用于乳酸细菌，诸如但不限于乳球菌属、乳杆菌属、肠球菌属、链球菌属或片球菌属细菌(例如，GRAS乳酸细菌，诸如GRAS乳球菌属、乳杆菌属、肠球菌属、链球菌属或片球菌属细菌)的生长培养基包含来自不同微生物的细胞裂解物、蛋白质水解物、肽、寡肽和/或氨基酸，和/或有机分子和/或其他营养物，所述微生物诸如但不限于贪铜菌属微生物，诸如但不限于钩虫贪铜菌，例如钩虫贪铜菌DSM 531或DSM 541。在另一个实施方案中，用于真菌微生物(诸如镰孢菌属或根霉菌属或曲霉菌属真菌微生物(例如，GRAS真菌微生物，诸如GRAS镰孢菌属或根霉菌属或曲霉菌属真菌微生物)，诸如但不限于镰刀菌、少孢根霉、米根霉、米曲霉或酱油曲霉)的生长培养基包含来自不同微生物的全细胞生物质、细胞裂解物、蛋白质水解物、肽、寡肽和/或氨基酸、和/或有机分子和/或其他营养物，所述微生物诸如但不限于贪铜菌属微生物，诸如但不限于钩虫贪铜菌，例如钩虫贪铜菌DSM531或DSM 541。
在一些实施方案中，能够裂解细菌细胞和/或水解细菌蛋白质的真菌微生物在此类细菌细胞或源自此类细菌细胞的营养物的存在下培养。例如，可以分离细菌生物质并任选脱水或任选灭活，并且然后将真菌微生物接种到细菌生物质上，或者可以在细菌生物质和/或细菌衍生的营养物的存在下，在如本文所述的生长培养基中培养真菌微生物。在某些非限制性实施方案中，真菌微生物包括镰孢菌属或根霉菌属或曲霉菌属微生物，诸如但不限于，镰刀菌、少孢根霉、米根霉、米曲霉或酱油曲霉。在某些非限制性实施方案中，在包含根据本发明生产的富含蛋白质的细胞和/或营养物的培养基上培养可食用真菌物种双孢蘑菇(Agaricus bisporus)。在某些实施方案中，双孢蘑菇裂解根据本发明产生的细胞。在某些此类实施方案中，双孢蘑菇利用由所述细胞裂解释放的蛋白质、氨基酸和/或其他营养物用于营养和生长。
本文所述的生物反应器、培养条件、异养和趋化生长、维持和氨基酸、或蛋白质、或其他营养物、或全细胞产品生产方法的具体实例可以任何合适的方式组合，以提高微生物生长和氨基酸、或蛋白质、或其他营养物、或全细胞生产的效率。
电子供体和受体
在某些非限制性实施方案中，本文所述的微生物是化能自养生长的。例如，微生物生长可以利用CO2的生物合成还原，利用O2电子受体和/或H2电子供体。在某些实施方案中，O2和H2通过水的电解产生。在某些非限制性实施方案中，将通过水的电解产生的部分O2和全部H2进料至如本文所述的微生物的水性悬浮液中。在某些非限制性实施方案中，进料到微生物的水性悬浮液中的H2与O2的摩尔比大于2:1。在通过水的电解产生O2电子受体和H2电子供体的某些非限制性实施方案中，在已经满足本文所述的微生物对H2和O2的所有代谢需求之后，存在剩余的过剩O2。在某些此类实施方案中，过剩的O2可以供应给人和/或其他需氧生命体和/或用于根部通气的水培系统，和/或用于气化或部分氧化或燃烧过程，和/或作为化学副产品储存和出售。
在利用分子氢作为电子供体的某些实施方案中，在使用可再生和/或无CO2排放的能量输入的分子氢的产生中，可以形成化学副产物。在某些实施方案中，用于呼吸的氢氧反应与氧化磷酸化酶促联系。在某些实施方案中，由此形成的ATP和/或其他细胞内能量载体用于氨基酸和/或蛋白质的合成代谢合成。在某些实施方案中，为了维持碳固定和氢氧混合气微生物的有机化合物生产的最佳条件，由水分解产生的超过呼吸所需的氧气可以通过本领域和商业氧气生产科学中已知的工艺步骤加工成适于销售的形式。
某些实施方案应用氢氧化和/或CO氧化和/或CH4氧化微生物，其在用于ATP生产(例如呼吸)的能量保存反应中使用比CO2更多的负电性电子受体，诸如但不限于O2。例如，与在呼吸中使用CO2作为电子受体的产乙酸菌或产甲烷菌相比，将氢氧反应(2H2+O2->2H2O)偶联到ATP产生的氢营养型氢氧混合气微生物可以产生更多的ATP/H2和/或呼吸消耗的其他电子供体。例如，氢氧混合气微生物在呼吸时消耗的每个H2可产生至少两个ATP[L.Bongers(1970)“Energy generation and utilization in hydrogen bacteria”Journal ofbacteriology 104(1):145-151(http://jb.asm.org/content/104/1/145.abstract)，其全部内容通过引用并入本文]，其在呼吸中消耗的每个H2产生的ATP比在经历甲烷生成或乙酰生成的微生物中产生的ATP多八倍，在呼吸中使用H2作为电子供体和CO2作为电子受体。为此，使用在呼吸和ATP生产中可利用更多负电性电子受体的微生物，诸如但不限于氢氧混合气微生物，用于合成代谢生物合成，诸如但不限于从合成气或H2生物合成氨基酸或蛋白质或脂肪酸，可以比使用产乙酸菌或产甲烷菌，例如目前用于生产短链酸或醇(例如乙酸或乙醇)的生物气转化学(GTC)技术中的产乙酸菌或产甲烷菌更有效。在某些实施方案中，用于呼吸的氢氧反应与氧化磷酸化酶促联系。在某些实施方案中，本文所述的微生物细胞利用有氧呼吸来生产ATP。在某些实施方案中，由此形成的ATP和/或其他细胞内能量载体用于氨基酸和/或蛋白质的合成代谢生物合成。在一些实施方案中，利用了氢氧混合气和/或一氧化碳营养微生物和/或甲烷营养微生物和/或异养微生物或包含这些微生物的组合物或聚生体，其中所述微生物表达一种或多种酶，所述酶使得能够从含碳气体原料生物合成感兴趣的有用的碳基产物，包括但不限于化学品、单体、聚合物、蛋白质、多糖、维生素、营养品、抗生素或其药物产品或中间体，所述含碳气体原料包括但不限于合成气或发生炉煤气或天然气或沼气或CO2与可再生H2或含CO或甲烷的气体的组合。在一些实施方案中，这些所述感兴趣的碳基产物可以由有机多碳原料异养生物合成，所述有机多碳原料诸如但不限于葡萄糖、果糖、蔗糖和其他糖。在一些非限制性实施方案中，利用微生物或包含微生物的组合物，其中微生物需要少于4H2或NADH以通过呼吸产生一个ATP。在其他非限制性实施方案中，利用通过呼吸作用消耗的每个H2或NADH产生多于一个ATP的微生物。在其他非限制性实施方案中，使用通过呼吸作用消耗的每个H2或NADH产生至少2个ATP，或通过呼吸作用消耗的每个H2或NADH产生至少2.5个ATP的微生物。
某些非限制性实施方案的附加特征涉及化能自养微生物用于将二氧化碳和/或其他C1原料固定为有机化合物的电子供体的来源、生产或再循环。在某些实施方案中，用于二氧化碳捕集和碳固定的电子供体可以使用来自多种不同的可再生和/或低碳排放能源技术的能量以电化学或热化学的方式产生或回收，所述技术包括但不限于：光伏、太阳热能、风力、水力发电、核能、地热、增强型地热、海洋热能、海洋波浪能、潮汐能。使用本领域和化学工程科学中众所周知的电化学和/或热化学方法可以容易地产生许多化能自养生物可以在其上生长的还原的无机化学品(例如H2、CO、H2S、亚铁、铵、Mn2+)，所述电化学和/或热化学方法可以由各种无二氧化碳排放或低碳排放和/或可再生能源提供动力，所述可再生能源包括但不限于光伏、太阳热能、风力、水力发电、核能、地热、增强型地热、海洋热能、海洋波浪能或潮汐能。
从可再生能源生产氢正逐渐取代从化石原料系统生产氢，并且预期能源部门的技术进步将在不久的将来降低绿色氢生产的价格。例如，商业和工业级电解槽已经实现了高达73％的电能效率，并且对新材料和电解槽配置的研究已经显示出可能高达96％的效率。某些实施方案利用电能效率超过70％的可商购电解技术来产生H2电子供体和/或O2电子受体。某些实施方案使用具有73％或更高能量效率和/或高达96％或更高能量效率的电解技术。
在使用分子氢作为电子供体的某些实施方案中，通过化学和工艺工程学领域和科学众所周知的方法产生H2，所述方法包括但不限于以下中的一者或多者：通过水的电解，包括但不限于使用质子交换膜(PEM)、液体电解质如KOH、碱性电解、固体聚合物电解质电解、高压电解、蒸汽的高温电解(HTES)、两步电化学-化学循环如利用氧化镍和氢氧化镍电极的那些循环，和/或通过以下方法进行水的热化学分解，所述方法包括但不限于氧化铁循环、氧化铈(IV)-氧化铈(III)循环、锌氧化锌循环、硫-碘循环、铜-氯循环、钙-溴-铁循环、混合硫循环；和/或硫化氢的电解；和/或硫化氢的热化学分解；和/或已知生产低二氧化碳排放或无二氧化碳排放的氢气的其他电化学或热化学方法，包括但不限于：能够使甲烷重整或生物质气化的碳捕集与封存(CCS)。在某些实施方案中，产生H2的方法包括但不限于由可再生电能和/或来自低GHG源的电力供电的电解。在某些实施方案中，电解由以下中的一种或多种供电：太阳能，包括但不限于光伏和/或太阳热能；风力发电、水力发电；核能；地热；增强型地热；海洋热能；海洋波浪能；潮汐能。
世界范围内有巨大的风能资源，其中只有很小一部分得到利用。低电流利用率主要归因于风力资源的间歇性质，导致发电量随时间变化，以及大部分时间未充分利用容量来满足能源需求。风力发电供应和电网需求之间的普遍不匹配在世界各地的实例中得到证实，诸如在苏格兰，其中风力发电场因供过于求而被付费关闭涡轮机[http://www.mnn.com/earth-matters/energy/blogs/blown-away-wind-turbines-generate-enough-energy-to-power-every-home-in]，以及在德克萨斯州的部分地区，风力发电高而电网需求低时在晚上免费供电[http://www.nytimes.com/2015/11/09/business/energy-environment/a-texas-utility-offers-a-nighttime-special-free-electricity.html？_r＝2]。在本文的某些实施方案中，该挑战可以通过利用在非高峰需求时间期间产生的风力来生产用于该方法的H2原料来解决。
目前，氢气在所谓的“电力-天然气”方法中越来越被认为是可能的能量存储系统。可再生能源生产(特别是太阳能和风能)的内在不稳定性以及电网电力过剩(非高峰能量)可以通过水电解生产氢气来缓解。根据大多数目前的方案，产生的氢气然后可以在高峰需求期间通过燃料电池和/或燃气轮机转化回电力。或者另选地，可以将H2进料到供气网中，或者经由甲烷化转化为甲烷。此外，氢气可用作化学、石化工、冶金和食品工业中的原料。某些实施方案通过使H2能够用于更广泛的产品(包括生物化学制品，特别是蛋白质、氨基酸、肥料和生物刺激剂)中，在动力-气体框架内提供新的选择。在某些实施方案中，使用过量电网电力和/或非高峰能量产生的氢气被用作在利用氢气的微生物中发生的一种或多种代谢途径的电子供体。在某些实施方案中，由氢氧化细菌和/或需氧细菌的微生物生物合成所需的氢气和/或氧气通过水电解使用可再生能源产生，并且特别是非高峰电力，即当能量供应超过需求时可用的电力，并且在当前情况下，该电力经常被浪费。
在某些实施方案中，H2和CO2气体的现场储存使得能够仅在可再生发电超过电力需求期间从电网转移电力。在某些实施方案中，允许电力在较高需求期间照常流入电网。在某些实施方案中，该过程不会中断可再生电源，而是有助于更完全地利用可再生发电能力，诸如但不限于风能和太阳能。某些实施方案允许持续的可再生操作和发电，即使在发电超过电网需求的时期(例如，非高峰风力或太阳能发电)。
在某些实施方案中，氢电子供体不一定以低二氧化碳排放或无二氧化碳排放产生。然而，在某些此类实施方案中，使用化学和工艺工程领域中已知的方法由可持续的或低价值的能源和/或碳产生氢气。此类方法包括但不限于原料的气化、热解、蒸汽重整或自热重整，所述原料诸如但不限于以下中的一种或多种：农业材料、木材、甲烷水合物、秸秆、海草和海带，以及通常低价值、高木质纤维素生物质。在某些实施方案中，含有H2和/或CO和/或CO2的合成气或发生炉煤气被用作电子供体和/或碳源。在某些实施方案中，合成气或发生炉煤气中包含的H2和/或CO和/或CO2由使用可再生和/或低GHG能源和转化方法(诸如本文所述的那些中的一种或多种)产生的H2补充。
在某些非限制性实施方案中，发生CO2的减少和/或可用作食物或营养源的细胞物质的合成。在某些实施方案中，在将气体输送至微生物培养物之前，可以通过水煤气变换反应和/或碳捕集来调节合成气或发生炉煤气中氢气与一氧化碳的比率。在某些实施方案中，C1化合物通过甲烷或天然气，并且特别是滞留天然气，或会以其他方法燃烧或释放到大气中的天然气，或沼气，或填埋气的甲烷蒸汽重整产生，并且作为合成气和/或发生炉气体或C1化合物的液体流提供给微生物培养物，其中在某些实施方案中，在气体被输送到微生物培养物之前，可以通过水煤气变换反应和/或碳捕集来调节合成气或发生炉气体中氢气与一氧化碳的比率。
以下实施例旨在说明而非限制本发明。
实施例
实施例1-单细胞蛋白质的加工
洗涤微生物细胞以去除从生物加工中携带的培养基。将细胞裂解并灭活(确认零生存力)，并且去除核酸。任选地，去除细胞壁，并且任选地水解蛋白质分离物以最小化变应原性反应的风险。
测定蛋白质消化率-校正氨基酸评分(PDCAAS)和可消化必需氨基酸评分(DIAAS)来评估营养价值。
对味道进行评估，以确保分离物具有中性或非令人不快的味道。如果需要，可以添加化合物或成分来掩盖味道。
评估功能特性，包括溶解度、乳化性、持水性、持油性和胶凝性。
评估变应原性以确保分离物是低变应原性的。
实施例2-微生物蛋白质分离物的分析
如实施例1中所述，由钩虫贪铜菌微生物全细胞生物质制备蛋白质分离物。蛋白质分离物的制备富集氨基酸含量并降低生物质的核酸含量。测量功能性质，并且指示蛋白质分离物(PI)样品的高吸水性和高吸油性。PI样品显示出高的PDCAAS值，指示优异的可消化性和营养价值。
与PI样品相比，糖生长的全细胞生物质(WCB)的N％、总氨基酸％和核酸％示于表1中。
表1
Figure GDA0003844883550000751
Figure GDA0003844883550000761
与豌豆分离物(Nutrassuma豌豆蛋白质)相比，糖生长的WCB、糖生长的PI样品(PI#1、2和3)和气体生长的PI(PI#4)的密度以及吸水性和吸油性示于表2中。
表2
Figure GDA0003844883550000762
与其他蛋白质来源(数据来自Miller等人,Nutritional factors in SCP,第79-89页,Single Cell Protein,MIT Press,Mattales和Tannenbaum编)相比，糖生长的WCB的可消化性示于表3中。
表3
Figure GDA0003844883550000763
实施例3-由微生物蛋白质分离物制备食物组合物
由钩虫贪铜菌全细胞生物质(WCB)或蛋白质分离物(PI)制备几种肉类似物，包括汉堡、烤牛肉片(carne asada bit)和培根片。PI显示出高脂肪吸收能力。因此，当煎炸或油炸时，其吸收油，产生油腻的回味。PI样品也表现出高的持水能力。因此，煮沸可以防止高脂肪吸收的问题。通过煮沸来烹制将促进吸水性，并且还将确保食物组合物被完全烹制。在煮沸之后，煎炸将赋予食物组合物质地并提供松脆的外表。这可以在外部和内部模拟类肉结构。
由WCB制备总重量为400g的两个汉堡。成分示于表4中。
表4
成分 B1 B2
WCB 30g 30g
核桃 100g 60g
腰果 40g
鹰嘴豆 220g 220g
小麦粉 2茶匙
小麦面筋 2茶匙
常用香料：苹果醋(1小勺)；大蒜粉(1/4茶匙)；洋葱粉(1/4茶匙)；姜黄(1/8茶匙)；小苏打(1/4茶匙)；红甜椒粉(1/4茶匙)；枫糖浆(1茶匙)；油(2茶匙)
B1：将所有成分首先在Nutri bullet中制成粉末，并且然后在食物加工机中共混。外观非常光滑。该汉堡在稠度上是粘性的。100％核桃的使用使汉堡颜色变深。
B2：将所有成分在食物加工机中共混。它看起来是厚实的并且看起来令人愉快。活性小麦面筋包括在内，这可能有助于厚实的质地。使用60:40的核桃:腰果使汉堡颜色变浅。
颜色成分：胡萝卜纤维粘结剂；甜菜粉和番茄粉。
由PI制备总重量为464克的汉堡。蛋白质％为6.5重量％(湿)。成分示于表5中。
表5
成分
活性小麦面筋粉 75g
PI 30g
核桃 100g
鹰嘴豆 164g
芥末粉 1茶匙
红甜椒粉 1/2茶匙
盐 1/2茶匙
黑胡椒 1/2茶匙
蒜粉 1/2茶匙
番茄粉 1茶匙
橄榄油 1茶匙
液体烟雾 1/2茶匙
水 95g
汉堡是深色的。烹制后出现颜色变化，归因于核桃脂质氧化。它味道很好并且没有余味。
汉堡的理想特性：为了颜色更浅，可以使用米粉代替鹰嘴豆，可以使用腰果代替核桃，和/或可以包括甜菜汁来增加微红色。为了较少破裂的质地，可以包括蛋或蛋替代品。为了额外的水分，可以添加脂肪，诸如橄榄油或人造黄油。
用表6所示的成分制备培根类似物。配方1包括25％WCB干基(未烹制)，并且配方2包括48％WCB干基和16％湿基(未烹制)。
表6
Figure GDA0003844883550000781
Figure GDA0003844883550000791
用表7所示的成分制备烤牛肉/培根类似物。总重量为402g。蛋白质％为15％湿和28.5％干。
表7
成分
活性小麦面筋粉 125g
PI 60g
芥末粉 1/2茶匙
红甜椒粉 1/2茶匙
盐 1/2茶匙
黑胡椒 1/2茶匙
蒜粉 1/2茶匙
番茄粉 1茶匙
橄榄油 1茶匙
液体烟雾 1/2茶匙
水 192g
蛋白质与小麦面筋结合得很好，形成柔韧的面团。该面团可以通过碾压和再碾压而纹理化。焙烤或煮沸后的面团类似于肉样质地。煮沸后，肉样质地更加明显。产品表面呈现肉状条纹。品尝时，风味是中性和清淡的。产品风味呈现添加的风味成分的风味。
用表8中所示的成分制备烤牛肉/培根类似物。
表8
Figure GDA0003844883550000792
Figure GDA0003844883550000801
实施例4-由生长在H2和CO2上的钩虫贪铜菌生产蛋白质浓缩物。
使钩虫贪铜菌DSM 541生物质在2升连续搅拌釜式反应器(CSTR)中在H2和CO2底物和含水最小盐培养基上生长。从CSTR连续收获培养发酵液，并暂时保存在4℃。然后通过离心从液体发酵液中分离出生物质，倒出上清液，并且收集脱水但湿的生物质(约20％固体含量/80％水分含量)并储存在-80℃下。随后将冷冻的湿生物质解冻，并使用Turrax棒和手动搅拌器将其再悬浮于水中至8％的固体含量，以制备光滑均匀的浆液。然后将该浆液置于高压釜中。将高压釜加热至110℃，并在该温度下保持30分钟。热处理后，将高压灭菌的浆液在水浴中冷却，并且然后以13,000g离心40分钟。倒出上清液，分离用于分析，并且收集离心产生的湿固体。然后将通过离心产生的湿固体冷冻干燥并研磨，得到细米色粉末蛋白质浓缩物。
然后分析蛋白质浓缩物。使用AOAC方法AOAC 994.12，基于干重测定总氨基酸含量为80.8％。使用NFTA 2.2.2.5测试方法测定水分含量为2.88％。通过AOAC 942.05测试方法基于干重测定灰分含量为6.4％。通过Bligh-Dyer提取(Bligh,E.G.和Dyer W.J.(1959)CanJ Biochem Physiol 37(8):911-917)和重量分析基于干重测定总脂质含量为9.15％。使用AOAC OMA 942.23和AOAC OMA 970.65的测试方法，测量了维生素B1和B2，并且发现每100克干重中分别含有1.39mg维生素B1和20.6mg维生素B2。
尽管出于清楚理解的目的，已经通过说明和实施例的方式相当详细地描述了前述发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以实施某些改变和修改。因此，该描述不应被解释为限制本发明的范围。
本文所引用的所有出版物、专利和专利申请均出于所有目的以引用的方式整体并入本文中，并且并入的程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地和单独地以引用的方式并入本文中。

Claims (71)

1.一种用于生产食物产品的方法，所述方法包括：
(a)加工从培养基中收获的微生物细胞以产生蛋白质产品，其中所述蛋白质产品包含单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽和寡肽中的一种或多种；以及
(b)加工所述蛋白质产品以生产食物产品。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述食物产品是肉类似物产品。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述肉类似物产品包括肉的一种或多种物理特征和/或功能特性，包括质地、风味、香味和/或外观。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述肉类似物产品包含至少约10重量％的所述蛋白质产品。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述肉类似物产品包含血红素化合物。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述血红素化合物是含血红素的多肽。
7.如权利要求5或6所述的方法，其中所述血红素化合物由产生所述蛋白质产品的相同微生物产生。
8.如权利要求2所述的方法，其中水凝胶、脂凝胶和/或乳液作为剂释放系统包含在所述肉类似物产品中。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述剂释放系统促进着色剂、风味剂、脂肪酸、膨松剂和/或胶凝剂在所述肉类似物产品的烹制过程中的释放。
10.如权利要求2所述的方法，其中所述肉类似物产品包含约5重量％至约30重量％的脂质、约0.5重量％至约10重量％的碳水化合物和/或约0.5重量％至约5重量％的可食用纤维。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述肉类似物产品包含至少约30重量％的水分含量。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述食物产品是食物项目、食物成分、营养产品、动物饲料产品或宠物食物产品。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述食物产品是素食或纯素食产品。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述食物产品是有机食物产品、不含杀虫剂的食物产品、不含除草剂的食物产品、不含杀真菌剂的食物产品、不含抗生素的食物产品或非基因修饰(非GMO)的食物产品。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述食物产品是益生菌食物产品或益生元食物产品。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述食物产品不包含动物蛋白或脂肪。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述食物产品包括乳制品、乳制品替代产品、烘焙产品、糖果、健康或蛋白质棒、蛋白粉、运动和/或能量饮料、蛋白质奶昔或冰沙。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述食物产品包含一种或多种植物蛋白源。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述植物蛋白源包括豌豆、大米、糯米、小麦、面筋、大豆、油菜籽和荞麦中的一种或多种。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述食物产品包含昆虫或藻类蛋白质源。
21.如权利要求1所述的方法，其中所述食物产品是肉产品，并且其中所述蛋白质产品作为肉增量剂掺入所述肉产品中。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述蛋白质产品替代所述肉产品中至少约10％的肉。
23.如权利要求1所述的方法，其中所述蛋白质产品被纹理化以掺入肉或肉类似物产品中。
24.如权利要求1所述的方法，其中将所述蛋白质产品形成为纤维，热挤出并且/或者凝结成凝胶。
25.如权利要求1所述的方法，其中所述微生物是化能自养微生物。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述化能自养微生物是氢氧微生物。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述氢氧微生物是贪铜菌属微生物。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述氢氧微生物包括钩虫贪铜菌DSM 531或DSM541。
29.如权利要求1所述的方法，其中所述微生物是乳酸菌微生物。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述乳酸菌包括乳球菌属、乳杆菌属、肠球菌属、链球菌属和片球菌属细菌中的一种或多种。
31.如权利要求29或30所述的方法，其中所述乳酸菌是一般认为安全(GRAS)的细菌。
32.如权利要求1所述的方法，其中所述微生物是镰孢菌属、根霉菌属或曲霉菌属真菌微生物。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述真菌微生物包括镰刀菌、少孢根霉、米根霉、米曲霉或酱油曲霉中的一种或多种。
34.如权利要求32或33所述的方法，其中所述真菌微生物是GRAS真菌微生物。
35.如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)包括：(i)经由排泄、分泌或细胞裂解或其组合从所述微生物细胞中释放有机分子，其中所述有机分子包括蛋白质；以及(ii)处理游离的有机分子以水解至少一部分所述蛋白质中至少一部分氨基酸之间的肽键，从而产生包含含有20至50个氨基酸的多肽、含有2至20个氨基酸的寡肽和/或游离氨基酸的水解蛋白质产物。
36.如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括将所述蛋白质产品与其他可食用成分组合以形成所述食物产品。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述其他可食用成分包括以下中的一种或多种：苹果酒、苹果醋、发酵粉、小苏打、豆类、牛肉、甜菜汁、甜菜粉、黑胡椒、红糖、黄油、油菜籽油、焦糖、胡萝卜纤维、胡萝卜、腰果、奶酪、鸡肉、巧克力、柑橘、柑橘提取物、椰子油、炼乳、乳制品、蛋、蛋替代品、鱼、面粉、鹰嘴豆、大蒜粉、蜂蜜、烟熏液、枫糖浆、人造黄油、谷氨酸钠、芥末粉、油、橄榄油、洋葱粉、红甜椒粉、猪肉、马铃薯、马铃薯淀粉、米粉、盐、苯甲酸钠、大豆蛋白、大豆油、酱油、香料、螺旋藻、糖、向日葵油、番茄汁、番茄粉、番茄酱、番茄、姜黄、香草、醋、维生素和矿物质、核桃、水、小麦、小麦粉、小麦面筋、黄原胶、酵母和酵母提取物。
38.一种食物产品，其通过如权利要求1至37中任一项所述的方法制备。
39.一种食物产品，其包含由微生物产生的蛋白质产品，其中所述蛋白质产品包含单细胞蛋白质、细胞裂解物、蛋白质浓缩物、蛋白质分离物、蛋白质提取物、蛋白质水解物、游离氨基酸、肽和寡肽中的一种或多种。
40.如权利要求39所述的食物产品，其中所述食物产品是肉类似物产品。
41.如权利要求40所述的食物产品，其中所述肉类似物产品包括肉的一种或多种物理特征和/或功能特性，包括质地、风味、香味和/或外观。
42.如权利要求40所述的食物产品，其中所述肉类似物产品包含至少约10重量％的蛋白质产品。
43.如权利要求40所述的食物产品，其中所述肉类似物产品包含血红素化合物。
44.如权利要求43所述的食物产品，其中所述血红素化合物是含血红素的多肽。
45.如权利要求43或44所述的食物产品，其中所述血红素化合物由产生所述蛋白质产品的相同微生物产生。
46.如权利要求40所述的食物产品，其中水凝胶、脂凝胶和/或乳液作为剂释放系统包含在肉类似物产品中。
47.如权利要求46所述的食物产品，其中所述剂释放系统促进着色剂、风味剂、脂肪酸、膨松剂和/或胶凝剂在所述肉类似物产品的烹制过程中的释放。
48.如权利要求40所述的食物产品，其中所述肉类似物产品包含约5重量％至约30重量％的脂质、约0.5重量％至约10重量％的碳水化合物和/或约0.5重量％至约5重量％的可食用纤维。
49.如权利要求48所述的食物产品，其中所述肉类似物产品包含至少约30重量％的水分含量。
50.如权利要求49所述的食物产品，其中所述食物产品是食物项目、食物成分、营养产品、动物饲料产品或宠物食物产品。
51.如权利要求39所述的食物产品，其中所述食物产品是素食或纯素食产品。
52.如权利要求39所述的食物产品，其中所述食物产品是有机食物产品、不含杀虫剂的食物产品、不含除草剂的食物产品、不含杀真菌剂的食物产品、不含抗生素的食物产品或非基因修饰(非GMO)的食物产品。
53.如权利要求39所述的食物产品，其中所述食物产品是益生菌食物产品或益生元食物产品。
54.如权利要求39所述的食物产品，其中所述食物产品不包含动物蛋白或脂肪。
55.如权利要求39所述的食物产品，其中所述食物产品包括乳制品、乳制品替代产品、烘焙产品、糖果、健康或蛋白质棒、蛋白粉、运动和/或能量饮料、蛋白质奶昔或冰沙。
56.如权利要求39所述的食物产品，其中所述食物产品包含一种或多种植物蛋白源。
57.如权利要求56所述的食物产品，其中所述植物蛋白源包括豌豆、大米、糯米、小麦、面筋、大豆、油菜籽和荞麦中的一种或多种。
58.如权利要求39所述的食物产品，其中所述食物产品包含昆虫或藻类蛋白质源。
59.如权利要求39所述的食物产品，其中所述食物产品是肉产品，并且其中所述蛋白质产品作为肉增量剂掺入所述肉产品中。
60.如权利要求59所述的食物产品，其中所述蛋白质产品包含所述肉产品中至少约10％的肉。
61.如权利要求39所述的食物产品，其中所述微生物包括化能自养微生物。
62.如权利要求61所述的食物产品，其中所述化能自养微生物包括氢氧微生物。
63.如权利要求62所述的食物产品，其中所述氢氧微生物包括贪铜菌属微生物。
64.如权利要求63所述的食物产品，其中所述氢氧微生物包括钩虫贪铜菌DSM 531或DSM 541。
65.如权利要求39所述的食物产品，其中所述微生物包括乳酸菌微生物。
66.如权利要求65所述的食物产品，其中所述乳酸菌包括乳球菌属、乳杆菌属、肠球菌属、链球菌属和片球菌属细菌中的一种或多种。
67.如权利要求65或66所述的食物产品，其中所述乳酸菌是一般认为安全(GRAS)的细菌。
68.如权利要求39所述的食物产品，其中所述微生物是镰孢菌属、根霉菌属或曲霉菌属真菌微生物。
69.如权利要求68所述的食物产品，其中所述真菌微生物包括镰刀菌、少孢根霉、米根霉、米曲霉或酱油曲霉中的一种或多种。
70.如权利要求68或69所述的食物产品，其中所述真菌微生物是GRAS真菌微生物。
71.如权利要求39所述的食物产品，其中所述食物产品还包含以下中的一种或多种：苹果酒、苹果醋、发酵粉、小苏打、豆类、牛肉、甜菜汁、甜菜粉、黑胡椒、红糖、黄油、油菜籽油、焦糖、胡萝卜纤维、胡萝卜、腰果、奶酪、鸡肉、巧克力、柑橘、柑橘提取物、椰子油、炼乳、乳制品、蛋、蛋替代品、鱼、面粉、鹰嘴豆、大蒜粉、蜂蜜、烟熏液、枫糖浆、人造黄油、谷氨酸钠、芥末粉、油、橄榄油、洋葱粉、红甜椒粉、猪肉、马铃薯、马铃薯淀粉、米粉、盐、苯甲酸钠、大豆蛋白、大豆油、酱油、香料、螺旋藻、糖、向日葵油、番茄汁、番茄粉、番茄酱、番茄、姜黄、香草、醋、维生素和矿物质、核桃、水、小麦、小麦粉、小麦面筋、黄原胶、酵母和酵母提取物。
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