CN115305219A - 一种微生物发酵合成单细胞蛋白及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微生物发酵合成单细胞蛋白及其制备方法和应用，以废弃虾蟹壳粉作为氮源，酪丁酸梭菌作为微生物种源发酵获取所述单细胞蛋白。所述废弃虾蟹壳粉由餐厨垃圾中的废弃虾蟹壳清洗、干燥、研磨制成，不经过酸碱处理。分离得到的单细胞蛋白含有丰富的氨基酸，达到17种，可以作为单细胞蛋白饲料营养的补充。
Description
技术领域
本发明涉及微生物单细胞蛋白领域，特别是一种酪丁酸梭菌发酵废弃虾蟹壳粉生产的单细胞蛋白及其应用。
背景技术
在养殖业的发展现状下，原料的缺乏特别是蛋白资源短缺限制了行业的稳定发展。微生物发酵合成单细胞蛋白(SCP)是利用非致病性微生物在适宜的条件下培养，将营养基质在其自身生命周期下转化为菌体蛋白。与传统动植物蛋白合成相比，SCP的效率往往能够达到上千倍，同时SCP富含氨基酸、维生素等，营养价值高。此外，SCP的生产可以利用许多廉价易得的农耕废弃物以及工业废气，可以有效的降低温室气体二氧化碳的排放，促进农业稳定可持续的发展。
废弃虾蟹壳资源分布广泛，全球每年有800-1000万吨虾蟹壳垃圾产生，废弃虾蟹壳的综合利用存在巨大问题。酪丁酸梭菌作为一种新型益生菌，其主要产物丁酸(钠)已被农业部列入饲料添加剂品种目录，且其在肠道治疗方面有了实际的应用，所以被认为是更好的生产SCP的底盘细胞。但是目前SCP的绿色生产研究较少，且很难满足实际大规模生产的需求，主要问题是(1)营养基质来源局限，还是以高成本的酵母粉、蛋白胨等作为氮源；(2)蛋白营养功能单一，缺少更广的应用潜力。此外，对于酪丁酸梭菌来生产单细胞蛋白饲料以及发酵废弃虾蟹壳生产单细胞蛋白至今均没有报道。
发明内容
本发明第一目的是提供一种微生物发酵合成单细胞蛋白的方法，该方法可有效解决废弃虾蟹壳综合利用差的问题，填补了酪丁酸梭菌发酵废弃虾蟹壳生产营养丰富的单细胞蛋白的空白。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种微生物发酵合成单细胞蛋白的方法，以废弃虾蟹壳粉作为氮源，酪丁酸梭菌作为微生物种源发酵获取所述单细胞蛋白。
作为一种优选的实施方式，所述废弃虾蟹壳粉由餐厨垃圾中的废弃虾蟹壳清洗、干燥、研磨制成，不经过酸碱处理。
作为一种优选的实施方式，所述方法包括：
将废弃虾蟹壳清洗、干燥、研磨制成废弃虾蟹壳粉；
将所述废弃虾蟹壳粉添加至酪丁酸梭菌生长的培养基中；
将酪丁酸梭菌过夜培养的种子液接种至所述培养基，静置培养2～3d后，将发酵液离心分离、重悬洗涤收集菌体与虾蟹壳粉残留物，冻干至恒重，即为所述单细胞蛋白产品。
作为一种优选的实施方式，所述废弃虾蟹壳粉的粒径小于100目筛网的孔径。
作为一种优选的实施方式，酪丁酸梭菌发酵的培养基由碳源、氮源和无机盐组成；发酵的碳源选用葡萄糖，以所述废弃虾蟹壳粉作为唯一氮源。
作为一种优选的实施方式，所述无机盐包括氯化钠、磷酸氢二钾、硫酸镁和七水合硫酸亚铁。
作为一种优选的实施方式，酪丁酸梭菌发酵的培养基中碳氮比为8/0.875～8/1.75；优选8/1.75，以8/1.75的碳氮比添加菌株生长最佳(OD600Max:9.6vs 3.4)且葡萄糖利用率最高(0.56vs 0.36g/L/h)。
作为一种优选的实施方式，所述酪丁酸梭菌为酪丁酸梭菌(Clostridiumtyrobutyricum)L319，保藏编号GDMCC No：62289
作为一种优选的实施方式，在厌氧条件下发酵酪丁酸梭菌生产所述单细胞蛋白。
本发明的另一目的在于提供利用上述方法制备的微生物发酵合成单细胞蛋白。
本发明的又一目的在于保护微生物发酵合成单细胞蛋白在制备饲养肥料中的应用。
本发明的方法具有如下有益效果：
1、利用酪丁酸梭菌发酵废弃虾蟹壳生产的单细胞蛋白，废弃虾蟹壳经碾磨处理后可以直接替换培养基中的氮源，无需酸碱处理，并且酪丁酸梭菌可以以废弃虾蟹壳粉作为唯一氮源生产的单细胞蛋白，无需添加商业氮源。
2、利用酪丁酸梭菌发酵废弃虾蟹壳生产的单细胞蛋白额外带来了有益于动物体肠道健康的短链脂肪酸，乙酸达到1.68g/L，丁酸达到3.45g/L。
3、单细胞蛋白的生产基于废弃虾蟹壳，降低了营养基质的成本，实现了虾蟹壳的综合利用，此外，分离得到的单细胞蛋白含有丰富的氨基酸，达到17种，可以作为单细胞蛋白饲料营养的补充。
附图说明
图1为酪丁酸梭菌在不同碳氮比条件下的生长情况。
图2为酪丁酸梭菌发酵废弃虾蟹壳生产单细胞蛋白的流程示意图。
本发明涉及的生物材料，其分类命名为酪丁酸梭菌(Clostridiumtyrobutyricum)L319，已于2022年3月11日保藏于广东省微生物菌种保藏中心(GDMCC)，保藏编号GDMCC No：62289，保藏地址：广州市先烈中路100号大院59号楼5楼。
具体实施方式
实施例1
收集厨余的废弃虾蟹壳，经过清洗、干燥后，研磨成粉，过100目筛子。得到的虾蟹壳粉直接作为氮源，分别按照10g/L、15g/L、25g/L、40g/L的虾蟹壳粉添加到50mL液体培养基，此培养基(1L)中还添加有5g NaCl，1.5g K2HPO4，0.6g MgSO4·7H2O，0.03g FeSO4·7H2O，20g葡萄糖。监测OD600变化，发现在25g/L添加条件下(此时碳氮比为8/1.75)菌株生长情况最好，因此以碳氮比为8/1.75为最优碳氮比进行后续研究。
实施例2
收集厨余的废弃虾蟹壳，经过清洗、干燥后，研磨成粉，过100目筛子。得到的虾蟹壳粉直接作为氮源按照8/1.75的碳氮比添加到50mL液体培养基，此培养基(1L)中还添加有5g NaCl，1.5g K2HPO4，0.6g MgSO4·7H2O，0.03g FeSO4·7H2O，20g葡萄糖，置于灭菌锅在108℃下灭菌30min。待培养基冷却后，按照接种量为5％接入酪丁酸梭菌过夜培养的种子液，种子液OD600在4左右。最后在厌氧培养箱37℃，静置培养60h，发酵后液体经离心分离、重悬洗涤后收集菌体，于-20℃冷冻干燥机中冻干20h至恒重得产品。
表1实施例2产品主要营养成分鉴定结果
表2实施例2产品氨基酸成分及含量分析(单位g/100g)
实施例3
本实施例与实施例2的不同之处仅在于，在普通培养箱(非厌氧培养箱)中37℃，100rpm培养60h。
表3实施例3产品主要营养成分鉴定结果
表4实施例3产品氨基酸成分及含量分析
Claims (10)
1.一种微生物发酵合成单细胞蛋白的方法，其特征在于，以废弃虾蟹壳粉作为氮源，酪丁酸梭菌作为微生物种源发酵获取所述单细胞蛋白。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废弃虾蟹壳粉由餐厨垃圾中的废弃虾蟹壳清洗、干燥、研磨制成，不经过酸碱处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
将废弃虾蟹壳清洗、干燥、研磨制成废弃虾蟹壳粉；
将所述废弃虾蟹壳粉添加至酪丁酸梭菌生长的培养基中；
将酪丁酸梭菌过夜培养的种子液接种至所述培养基，静置培养2~3d后，将发酵液离心分离、重悬洗涤收集菌体与虾蟹壳粉残留物，冻干至恒重，即为所述单细胞蛋白产品。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述废弃虾蟹壳粉的粒径小于100目筛网的孔径。
5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，酪丁酸梭菌发酵的培养基由碳源、氮源和无机盐组成；发酵的碳源选用葡萄糖，以所述废弃虾蟹壳粉作为唯一氮源。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述无机盐包括氯化钠、磷酸氢二钾、硫酸镁和七水合硫酸亚铁。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，酪丁酸梭菌发酵的培养基中碳氮比为8/0.875~8/1.75；优选8/1.75。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酪丁酸梭菌为酪丁酸梭菌（Clostridium tyrobutyricum）L319，保藏编号GDMCC No：62289。
9.一种微生物发酵合成单细胞蛋白，其特征在于，利用权利要求1~8任一项所述方法制备得到。
10.权利要求9所述微生物发酵合成单细胞蛋白在制备饲养肥料中的应用。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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