利用Candida utilis和Komagataella pastoris从苜蓿生物质中实现单细胞蛋白质的生产

《AMB Express》：Single-cell protein production from alfalfa biomass using Candida utilis and Komagataella pastoris

　　

摘要

紫花苜蓿生物质中含有大量未被充分利用的碳水化合物成分，这些成分在动物饲料中未被充分利用。本研究优化了紫花苜蓿生物质的酶水解工艺，并使用Candida utilis和Komagataella pastoris菌株评估了单细胞蛋白（SCP）的 production。实验表明，碳水化合物的分解过程呈现出两阶段特性；通过酶优化处理，单体糖的产率从18.5%提高到了最大值33.0%（相对增加了78%），此时每克生物质所需的酶负荷为22毫克蛋白。C. utilis在代谢方面表现出更强的适应性，消耗的总糖量比K. pastoris多23%，尤其是在戊糖的利用方面表现优异，其木糖消耗量增加了45%。尽管K. pastoris的生长速率比C. utilis快51%，但两种酵母在单位糖消耗量下的蛋白质产量相当。经过处理的紫花苜蓿生物质制成的单细胞蛋白蛋白质含量比原始生物质提高了2.1倍，达到了约40%的粗蛋白含量。必需氨基酸分析（不含色氨酸）显示，发酵过程显著改善了多种必需氨基酸的含量，尤其是赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸，但这些含硫氨基酸的摄入量仍低于FAO/WHO推荐的参考值（K. pastoris为0.99；C. utilis为0.87），这表明尽管整体营养价值有所提升，含硫氨基酸仍是一个限制因素。整个生物转化过程的总碳水化合物转化效率为27.6%，基于测得的单体糖计算出的碳水化合物转化为蛋白质的效率为11.3%（发酵过程中低聚糖的利用情况未另行测定）。该研究展示了一种通过酶水解和酵母发酵来增值紫花苜蓿的有效实验室规模策略，可生产出营养价值更高的蛋白质产品；在确定其经济可行性和工业化应用前景之前，还需进行技术经济分析、喂养试验和规模放大研究。

紫花苜蓿生物质中含有大量未被充分利用的碳水化合物成分，这些成分在动物饲料中未被充分利用。本研究优化了紫花苜蓿生物质的酶水解工艺，并使用Candida utilis和Komagataella pastoris菌株评估了单细胞蛋白（SCP）的 production。实验表明，碳水化合物的分解过程呈现出两阶段特性；通过酶优化处理，单体糖的产率从18.5%提高到了最大值33.0%（相对增加了78%），此时每克生物质所需的酶负荷为22毫克蛋白。C. utilis在代谢方面表现出更强的适应性，消耗的总糖量比K. pastoris多23%，尤其是在戊糖的利用方面表现优异，其木糖消耗量增加了45%。K. pastoris的生长速率比C. utilis快51%，但两种酵母在单位糖消耗量下的蛋白质产量相当。经过处理的紫花苜蓿生物质制成的单细胞蛋白蛋白质含量比原始生物质提高了2.1倍，达到了约40%的粗蛋白含量。必需氨基酸分析（不含色氨酸）显示，发酵过程显著改善了多种必需氨基酸的含量，尤其是赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸；然而，这两种酵母中甲硫氨酸+半胱氨酸的摄入量仍低于FAO推荐的参考值（K. pastoris为0.99；C. utilis为0.87），这表明尽管整体营养价值有所提升，含硫氨基酸仍是个限制因素。整个生物转化过程的总碳水化合物转化效率为27.6%，基于测得的单体糖计算出的碳水化合物转化为蛋白质的效率为11.3%（发酵过程中低聚糖的利用情况未另行测定）。该研究展示了一种通过酶水解和酵母发酵来增值紫花苜蓿的有效实验室规模策略，可生产出营养价值更高的蛋白质产品；在确定其经济可行性和工业化应用前景之前，还需进行技术经济分析、喂养试验和规模放大研究。