单细胞蛋白(single cell protein,SCP),又称微生物蛋白、菌体蛋白,是利用各种工农业生产废弃物(以下简称“废弃物”)和其他养分对细菌、酵母、微藻等单细胞生物以及霉菌等结构简单的多细胞生物进行大规模培养得到的蛋白质资源。SCP主要是微生物的细胞质团,除了蛋白质,还含有脂质、碳水化合物、核酸、无机盐和维生素等成分[1]。对于SCP的研究有助于缓解世界性的饲料资源紧缺和危机。理论上讲,到2050年全球将需要超过4亿t的肉类和超过8亿t的乳制品[2],但是植物蛋白质转化为肉蛋白质的效率极低(供给6 kg植物蛋白质大约能收获1 kg肉蛋白质[3]),因此需要更多、更广泛的蛋白质饲料资源投入畜牧业生产。传统农业生产需要消耗相当多的土地、淡水和燃料等资源;而种植业使用的化肥、畜牧业排放的废物等还会带来环境问题。因此,通过细胞培养获得蛋白质及其他营养物质成为了现代农业的发展方向之一,特别是SCP。作为微生物来源的蛋白质替代资源,SCP包含所有动物需要的必需氨基酸,还含有维生素和较为丰富的微量元素[4]。此外,SCP的生产不受气候、地理和水文等环境条件的制约,可利用各种废弃物和廉价的其他底物,已经成为占地面积较小、生产效率较高的工业化生产模式。总之,对各种SCP产品的开发与利用已经成为解决蛋白质饲料资源缺乏的重要途径。
1 生产SCP的微生物
1.1 细菌
细菌种类繁多,但是目前我国农业农村部认可能够添加到饲料中的细菌主要是芽孢杆菌与乳酸菌这2类[5]。一般细菌的生长速度较快,可利用生长基质的范围十分广阔,从而为SCP的生产与废弃物利用、环境保护、能源利用等领域的联合打下基础。例如,开发以工业废气及其衍生物或氢气(H2)作为生产原料,以甲烷氧化菌(methane-oxidizing bacteria,MOB)、氢氧化菌(hydrogen-oxidizing bacteria,HOB)、光合细菌(photosynthetic bacteria,PSB)等作为菌种的生产模式[6⇓⇓⇓⇓⇓⇓-13]。生产SCP时的培养方式依据细菌种类而变,可以采用固体发酵、液体发酵和气体发酵等多种方式[14⇓-16]。固态发酵是较为传统的生产方式,使用的基质较为廉价且生产过程较为简单,但是废弃物中的碳源与氮源往往不能得到充分利用[15]。液态发酵主要应用于对废水的处理。用于发酵废水生产SCP的PSB一般是紫色非硫细菌(purple non-sulphur bacteria,PNSB)即红螺菌科(Rhodospirillaceae)细菌,其中较为常用的是红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)和红杆菌属(Rhodobacter)细菌,其主要特点是多样化的代谢模式,它可以在光照条件下自养或异养生长,也可以在黑暗条件下进行化能异养生长[8⇓-10]。气态发酵可以利用由水电解产生的H2、富含甲烷的沼气、工业烟气[二氧化碳(CO2)浓度高达30%]以及废水中的氮转化生成的氨气等作为基质[17-18],生产过程主要依赖于MOB在有氧条件下氧化甲烷、HOB在有氧条件下氧化H2以及产乙酸菌在厌氧条件下固定碳等代谢途径[16]。
1.2 真菌
用于SCP生产的真菌主要是酵母菌。酵母是典型的单细胞真核微生物,属于真菌界子囊菌门的酵母纲。它在发酵工业中的应用较为成熟,既能进行有氧发酵又能进行无氧发酵[19]。利用酵母菌生产SCP的一个突出优势是同种真菌能够生长的基质种类多样,包括纤维素类生物质、畜禽粪便、工业废水和石油副产品等固液废弃物[17,19⇓⇓⇓⇓-24]。同时,酵母能够生长的适宜pH与温度范围较广,具有良好的环境与产物耐受性[25],在利用废物原料进行发酵生产上具有优势。研究表明,有9种酵母在氯化物浓度低于3%时都能正常利用无菌基质中的碳源生产SCP[26],常见的5种不同食品加工厂的废水其中氯化物的含量都小于3%[27],这说明酵母可以利用食品加工废水生产SCP而不易被其中的氯化物影响。不同的基质类型与处理方式会显著影响酵母的生长状况与蛋白质含量,因此需要针对不同的生产原料进行发酵工艺优化。一般纤维素类生物质价格低廉、较好取得,但是需要经过酶解或水解等预处理。例如,通过产自溶纤维素顶孢菌的纤维素酶处理稻草[20]或是利用自水解联合酶法处理纸桑的枝条[17]后,再利用酿酒酵母进行发酵,这不仅提高了纤维降解的效率,还能通过酶解底物产生促进酿酒酵母生长的寡糖和可溶性多糖[20]。在脱蛋白马铃薯废水中添加5%的甘油可以使产朊假丝酵母的SCP产量显著升高,但继续提高甘油的浓度(10%~25%)却会抑制酵母的生长[28]。酵母的营养丰富,含有动物需要的所有必需氨基酸,其中苏氨酸和赖氨酸含量较高,不过蛋氨酸含量较低[3]。除了蛋白质,酵母SCP还富含B族维生素,一些酵母还会产生其他维生素,例如解脂耶氏酵母含有维生素E[29],产朊假丝酵母富含麦角甾醇(维生素D前体)[28]。目前,我国允许作为饲料添加剂使用的酵母有酿酒酵母和产朊假丝酵母2种[5]。酿酒酵母是生物技术研究中的模式生物,也是目前工业生产中使用最广泛的酵母菌种;产朊假丝酵母的生物质中富含谷氨酸,可以代替谷氨酸钠作为增味剂使用[30]。
除了酵母菌,一些霉菌也会被用于SCP的生产,饲料中能够添加使用的霉菌有米曲霉和黑曲霉。霉菌是丝状的多细胞真菌,具有发达的菌丝体,可以产生多种孢子,生命力极强,多腐生生活。霉菌能产生多种糖苷水解酶,因此常用于对高纤维基质的分解处理[31-32]。单独利用霉菌生产SCP的研究较少,大部分是利用霉菌与其他微生物进行共培养,霉菌分解基质产生的代谢物可以作为其他菌种生长所需的原料,还能平衡SCP产物中的氨基酸组成。在单独培养时,霉菌由于特殊的菌体形态和好氧的生长方式,一般与酵母菌的发酵生产方式有较大的区别,例如根据需要保证菌丝的生长、持续给氧等[33]。霉菌毒素问题限制了霉菌作为SCP发酵菌种的使用,发酵时产生的微量霉菌毒素就能对畜禽造成极大的毒害作用。常见的霉菌毒素有单端孢霉烯族毒素、赭曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、黄曲霉毒素和伏马毒素[34]。利用不同的碳源或氮源培养同一霉菌菌株可能产生不同的毒素[35],因此在工业化生产时霉菌一般利用均一碳源(如高度精制的淀粉衍生葡萄糖糖浆),并会定期检测生产线上的霉菌毒素含量[33],这无疑提高了生产成本。霉菌含有的某些真菌蛋白还有造成哺乳动物过敏的可能,因此使用廉价原料特别是成分较为复杂的废弃物作为霉菌SCP的生产基质仍然具有一定风险[36]。
1.3 微藻
通常所说的微藻是蓝藻和单细胞绿藻这2类微生物的统称,它们具有光能自养的营养方式与适应水生生活的特性。微藻生产SCP一般有封闭式生物反应器或开放式池塘2种生产方式,这2种方式各有利弊。开放式池塘生产操作简单、成本较低,但是受限于占地面积等因素,难以扩大生产规模。而且开放式池塘容易受到外界因素影响,例如有害微生物污染、天气情况、日照等。封闭式生物反应器不受天气影响,可以通过提供人工光照保证生产,而且占地面积较小,生产规模较大,易于控制生产条件,且不易受到杂菌污染。但是反应器内部需要持续通入CO2并排除氧气(O2),需要充足的电力与仪器设备的支持,使得生产成本较高,操作比较复杂[37-38]。由于微藻的光养特性,培养物需要较大的受光照表面积,且细胞密度往往较低,这也限制了微藻的产量[37,39]。微藻常常被用于处理液体类废弃物[40-41],除了单独培养,微藻还可以与化能异养微生物组合培养,且与纯微藻生产相比,能改善沉降特性和增加生物质生产力[15]。作为培养历史较为悠久的微生物,微藻产生的SCP营养丰富,蛋白质含量较高,例如一些蓝绿藻商品蛋白质含量能够达到60%~75%[42]。除了蛋白质,微藻SCP还具有较高的脂类、维生素、矿物盐含量以及较低的核酸含量,并且可以作为不饱和脂肪酸(如ω-3不饱和脂肪酸)和类胡萝卜素的来源,是重要的水产饲料原料[43]。微藻的饲用风险主要来自于生产时可能会被具有毒素的其他藻类污染[36],还有利用废水生产SCP时,微藻活细胞会富集废水中的重金属离子,降低产品质量[44]。
2 生产SCP的原料
由于微生物具有较为丰富的营养类型与代谢类型,生产SCP时可选的底物原料较为多样。过去SCP的生产除了能获得廉价蛋白质,还能回收工农业废弃物、提高饲料行业的经济效益等,因此生产用的原料大多是易于获得、价格低廉的工农业废弃物。近年来,在全球碳排放量逐渐走高的形势以及对可再生能源的需求影响下,CO2衍生化合物和可再生H2逐渐成为重要的SCP生产原料。与此同时,SCP的生产还展现出在环境保护特别是废水废气处理方面的潜在优势,使得SCP的生产原料具有了更大的可拓展空间。
2.1 农业生产废弃物
此外,在农产品加工过程中产出的部分副产物也被视为SCP生产原料的良好来源。例如,生产淀粉后剩下的马铃薯渣、木薯渣、红薯渣等,但其易被有害菌污染,且蛋白质含量低,直接饲喂畜禽时容易导致疾病与营养不良等各种问题;不过,这些原料经过混菌发酵生产SCP后菌群结构得到调节,不易污染,而且粗蛋白质含量可以达到32.6%[46]。生产果汁后废弃的果渣也可以用作原料。目前,被研究最多的是苹果渣,它具有水分高、蛋白质低的显著特点,一般采用黑曲霉、酿酒酵母和产朊假丝酵母等作为发酵菌种[47-48]。Yang等[49]利用挤压技术对苹果渣进行预处理提高其纤维素的比表面积,并且利用黑曲霉3.324、产朊假丝酵母1314、白地霉1315和乳酸菌以等比例进行混菌发酵,极大地提高了SCP的产率,使发酵料中真蛋白质含量相对于苹果渣原料提高了138%。除了苹果渣,菠萝皮、柑橘皮、番茄渣等都是进行SCP生产的良好原料。在利用多菌种发酵果渣与果皮时要注意控制代谢流向,使其最大程度的趋向蛋白质的合成[50]。利用加工副产物进行SCP的生产,不仅能填补饲料蛋白质的缺口,而且还可以减少对资源的浪费,扩大农产品加工的利润来源。
2.2 工业废弃物
目前,最常被用作SCP生产原料的工业废弃物大部分是工业废水与生活废水,此外还有酒糟和沼渣等固态废物。部分食品加工业如制糖业、酿酒业、肉制品加工业以及乳制品加工业等,都会产生富含有机质的废水,同时其被重金属等有害物质污染的程度较低,可以作为生产SCP的良好原料。使用废水生产SCP不仅可以节约生产成本,而且能够帮助回收废水中的碳、氮、磷等化学资源,有利于提高废水处理效率,对废水的环境无害化具有重要意义[15,51]。食品加工废水中含有大量碳源,具有较高的碳氮比。废水作为发酵基质的最佳碳氮比为10∶1~20∶1,便于去除水中的氮,同时利于微生物生长,使其形成生物絮团,利于SCP的生产[15]。但过高的碳氮比也会导致氮元素的含量成为蛋白质合成的限制因素,使得有机碳流向多糖等其他微生物细胞成分。大部分食品加工废水的碳氮比都很高,例如橄榄厂废水中,化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)含量为214.3 g/L,而总氮含量仅为0.1 g/L[52],因此需要补充一定的氮和磷。目前,主要利用酵母菌发酵高碳氮比废水生产SCP,最后能够获得蛋白质质量比高达28%的培养产物,同时能尽可能降低废水中的有机物含量[19,22-23,28]。研究表明,利用酵母菌发酵橄榄厂废水时,能部分吸附废水中的酚类化合物,降低其污染水平,有利于废水的后续处理[52]。
对于缺少有机物或是低碳氮比的废水,常常利用PSB或微藻处理。这些光养微生物可以利用光能作为能量来源同化废水中的有机物与氮、磷等营养物质,避免碳、氮等元素以气体形态发生溢散损失[6]。在PSB中,主要利用进行光能异养型代谢方式的PNSB处理废水并生产SCP。根据它可以特异性利用红外光的性质,在厌氧条件下以一些糖类和多种有机酸作为电子供体和碳源进行生产[6]。这样的生长条件可以利用未灭菌废水作为生产原料,能够排除其他大部分微生物,可以在不接种纯化菌种的情况下自动富集,便于产物的单一化[6,11]。PNSB在封闭系统中生长,不易受外界环境(如天气变化等)影响,而且生长较快,单位体积的生物量更高,不易被有害菌污染,在SCP的生产方面具有很高的潜力。以PNSB为代表的厌氧体系在利用废水资源生产SCP产品方面的表现更好,例如在制糖工业废水中生长的粪便红假单胞菌蛋白质含量超过50%,其中含有哺乳动物所需的所有必需氨基酸[12]。相对来说,以微藻为代表的好氧发酵体系更适应自然光环境,且在废水的无害化处理与养分去除方面表现更佳[40,53-54]。为了提高SCP的产量,可以将微藻与化能异养型微生物组合培养,从而达到体系内CO2和O2平衡与底物相互交换,不仅有利于生物质产量增加,还有利于废水中氮和磷的充分去除[41],生产过程对环境的影响比单一微藻生产和PNSB生产都更小[53]。
2.3 CO2衍生化合物和H2
SCP生产原料的研究热门还有CO2衍生化合物和H2,这两者可以作为不需要耗费土地与化石燃料、完全由化学方法取得的电子供体与碳源。CO2衍生化合物可以从工业废气、有机废弃物等廉价原料中提取或者是通过对CO2的化学转化获得,包括CO2、甲烷、甲醇、甲酸和乙酸等物质,主要被甲基营养菌或乙酸营养菌等菌种利用;而H2主要来自于水的电解,可以被HOB利用,同时转化环境中的CO2[7]。此外,可以作为SCP生产原料的一碳化合物还有一氧化碳(CO),现在已经有以废气中的CO为碳源、氨水为氮源,通过产乙醇梭菌(Clostridium autoethanogenum)发酵,生产产乙醇梭菌蛋白(Clostridium autoethanogenum protein,CAP)的成熟工业生产线[55-56]。在发酵过程中,产乙醇梭菌通过还原性乙酰辅酶A途径,将CO与H2O转化为乙醇和CO2。整个过程处于厌氧环境下,既能避免有害菌的污染,又能在发酵结束后通过通入空气快速杀死活菌。据报道,某些一碳气体蛋白质产品中粗蛋白质含量高于或与鱼粉中的粗蛋白质含量相当,其粗蛋白质含量达到80.0%~92.4%[55]。CAP除了具有生产原料简单、蛋白质比例高等优势外,还有很高的营养价值,具有作为水产饲料替代鱼粉的潜力。试验证明,用CAP部分替代鱼粉喂养南美白对虾,可以改善虾的肠道微生物群落结构,提高生长性能,增强免疫力[56]。
目前,对于CO2衍生化合物和H2的最主要利用形式,是通过MOB在有氧条件下氧化甲烷和通过HOB在有氧条件下氧化H2[16]。MOB包括嗜甲基菌属(Methylophilus)、甲基单胞菌属(Methylomonas)等多个属别,可以利用甲烷作为碳源和能量的唯一来源,能够在补充氮源后大量生产蛋白质,因此利用廉价的、富含甲烷的原料生产SCP可以降低生产成本[13],具体使用的原料大多是富含甲烷的废水和沼气生产过程中产生的沼液。由于排放废水中一般含有较多的氮,特别是以氨的形式存在的氮,会给环境带来一定危害,因此将废水中可用的氮通过微生物发酵的方式富集到MOB生产的单细胞蛋白中还有利于环境保护[57]。研究证实,沼液中氮的浓度较高,且含有的CO2等组分可以提高MOB的SCP产量[13],但是沼液中的硫化物会抑制氨基酸的合成,生产过程中需要进行适当的脱硫处理[58]。另外,不论是沼液还是生产生活废水中,有机物含量都较高,同时都含有较多的有毒物质与有害菌,可能严重影响SCP的品质。因此目前也有研究利用电化学方法,通过选择性离子交换膜分离废液中的含氮物(主要是氨氮),利用氨氮与沼气浓缩提取的甲烷作为原料生产SCP[57,59]。以上方式能够高效利用废水中的氮,还能实现纯培养发酵与发酵过程可控化,提高MOB生产SCP的效率[57]。将生产的SCP的氨基酸谱与鱼粉的氨基酸谱进行比较后,发现MOB生产的蛋白质中,动物需要的必需氨基酸含量与鱼粉相当[59],具有相当良好的饲用潜力。
HOB在生长过程中可以利用铵根和有机碳进行异养生长,或者利用铵根与CO2进行自养生长,生长过程中利用H2作为电子供体,O2作为电子受体。目前报道,用于SCP生产的HOB主要包括氢单胞菌属(Hydrogenomonas)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、水螺菌属(Aquaspirillum)和假单胞菌属(Pseudomonas)等[60]。由于HOB的生长过程需要H2和O2,因此SCP的生产往往与水的电解相偶联,而CO2可以来自工业废气或沼气,氮源可以从废水中获得[61],由此可见,HOB的工业化发酵过程主要与电化学工业相关。目前,亟待解决的问题之一是如何让HOB的生长与水电解、氮源的析出相偶联并获得最大的生产效率。由于HOB的生产过程对环境的影响很小,且不易被其他菌种污染,因此可以通过进一步的发酵条件优化使其成为有效的饲料蛋白质来源[62]。
3 SCP在饲料中的应用
目前,SCP主要还是作为部分代替鱼粉、豆粕等传统蛋白质饲料的补充来源使用。相比于氨基酸组成较为稳定的鱼粉和豆粕,不同微生物来源的SCP成分有很大不同,相对而言细菌SCP中蛋氨酸含量通常高于藻类和真菌,而真菌SCP中苏氨酸和赖氨酸含量较高[3]。除了氨基酸的组成,SCP的饲用效果还受到其中脂类、维生素和其他成分的影响。例如,细菌SCP中的核酸含量较高,达到15%~16%,过量核酸易造成动物得痛风或高尿酸血症[36];真菌SCP中B族维生素含量较高,但部分真菌蛋白容易诱发过敏症状[3,36];微藻具有较低的核酸含量,较高的脂类、维生素和矿物盐含量,生产过程中除了SCP还能提供一些副产物,已经广泛用于水产饲料的生产[3]。目前,已经有许多研究在动物的饲粮中利用多种来源的SCP替代鱼粉或豆粕,以期研究SCP应用于蛋白质饲料方面的潜力与优势。
3.1 在畜禽饲粮中的应用
目前,SCP对单胃动物的饲喂试验以肉鸡为代表。由于肉鸡生长快、饲料需求大、对蛋白质质量要求高,因此除了需要以豆粕为代表的植物蛋白质外,还要补充部分氨基酸。在实际生产过程中,豆粕、菜籽粕等天然植物蛋白质往往含有胰蛋白酶抑制因子、植酸以及硫代葡萄糖苷等抗营养因子,影响了传统蛋白质饲料的应用。研究表明,利用饲粮添加5%的产甲烷菌来源SCP替代豆粕或鱼粉后,肉鸡的平均体重与料重比提高,且十二指肠的绒毛长度和隐窝深度显著增加,肠道形态有所改善[63]。SCP中往往含有部分抗营养因子,如果添加量过高有可能降低饲粮的适口性,增加饲粮的核酸含量。除了直接添加的方式,还可以通过对部分植物原料进行固态发酵生产富含SCP的替代蛋白质。作为一种低成本的生物加工技术,固态发酵过程可以降低植物原料的纤维含量,提高蛋白质含量并优化氨基酸谱,同时降解部分原料中的抗营养因子,提高如菜籽粕、棉籽粕和棕榈仁饼等替代蛋白质来源的营养质量[14]。而在饲粮中添加上述固态发酵的植物来源替代蛋白质可以改善肉鸡的生长性能、养分消化率、肠道菌群和肠道形态等。
饲喂反刍动物的蛋白质饲料以豆粕为主,通过在饲粮中添加酵母生产的SCP部分替代豆粕是扩展蛋白质饲料来源的有效途径。研究表明,适量的酵母SCP不会对奶牛的生产效率产生显著影响,也不会降低牛奶的质量[64-65]。在饲粮中添加酵母SCP(比例为干物质的1.5%)和缓释尿素(非蛋白氮,比例为干物质的0.75%),部分替代豆粕后,奶牛的干物质摄食量和产奶量均无显著变化,同时奶牛的氮素利用效率显著提高[64]。经过酵母发酵的植物原料也富含SCP,发酵的柑橘果肉饲粮中最多可以添加12%而不影响公水牛的生长性能与采食量[66]。除了提供替代豆粕的可能性,部分SCP或富含SCP的蛋白质饲料还会对反刍动物的生长产生正面影响。用经过枯草芽孢杆菌发酵的豆粕饲喂犊牛,可以改善瘤胃中的发酵产物组成与瘤胃菌群结构,这可能是因为芽孢杆菌发酵的豆粕中产生了较多的小肽与游离的氨基酸[67]。用于生产β-胡萝卜素的杜氏盐藻,可以在主要产物提取完成后,将剩余的细胞蛋白再次作为饲料添加[68]。杜氏盐藻能通过短期内高能量和高蛋白的补充,拮抗干旱亚热带条件对母羊的卵巢活动造成的负面影响,促进促性腺激素分泌,使得卵巢卵泡和黄体数量与大小显著增加,血浆代谢物和性激素的浓度改善,从而提高波尔山羊的繁殖性能[69]。基于不同的SCP具有的独特性质,可以开发适于不同种类和不同阶段的单胃动物及反刍动物蛋白质饲料,提高畜牧生产的效率和产品质量。
3.2 在水产动物饲料中的应用
出于对环境保护与需求激增的考虑,在水产行业中,养殖业正逐渐代替捕捞业,规模不断扩大。由于水产养殖饲料的粗蛋白质含量要求(35%~60%)相对于畜禽饲料(12%~26%)来说较高,因此水产养殖过程中需要提供大量优质蛋白质饲料,且对氨基酸的组成要求也相应较高[39]。传统上,水产养殖使用的蛋白质饲料主要是鱼粉等动物源蛋白质,但鱼粉的成本较高,产量与捕捞量相关,因此现在往往会利用豆粕、棉籽粕和菜籽粕等植物源蛋白质,以及使用酵母蛋白、微藻蛋白等微生物源蛋白质作为补充蛋白质饲料。微藻作为水产动物饲料的历史较为悠久,但一般是作为不饱和脂肪酸(如ω-3不饱和脂肪酸)和类胡萝卜素的来源对饲料中的脂质和维生素进行补充[43]。从营养价值上来说,微藻蛋白质含量高,可以部分代替鱼粉,但是其细胞壁具有一定刚性,因此最好通过物理或机械方法破坏细胞壁,以利于蛋白质的吸收[39]。微藻丰富的营养物质使得其可以作为补充饲料提高水产动物的生长性能,例如牟勒氏角毛藻作为海胆的饲料,可以提高幼虫的变态能力,促进幼虫积累长链多不饱和脂肪酸[70]。目前,也有利用其他来源的SCP替代鱼粉的研究,最典型的就是酵母SCP和光合细菌SCP。有较多研究都表明,相对于畜禽饲料,SCP在水产饲料中的替代能力更强。用产朊假丝酵母SCP替代50%的鱼粉作为虾的蛋白质饲料,虾的生长速率更高[71];在生产过程中,用紫色光合细菌SCP代替66%的鱼粉饲喂亚洲鲈鱼,不会对鲈鱼生长产生显著影响[72];在饲喂虹鳟鱼时用商业细菌SCP替换50%的鱼粉,不会影响虹鳟鱼的采食量和肉质等指标[73]。水产动物饲料的特殊需求使得SCP已经成为有力的鱼粉替代品。
4 小结
目前,SCP这一新兴蛋白质资源已经展现出了在扩展蛋白质饲料来源、降低畜牧业生产成本以及节约资源与保护环境等方面的独特优势,但是SCP的推广利用还是受到了很多限制。目前,应用SCP的主要问题集中在生产成本和市场需求上。在发酵生产过程中,成本主要是通过降低基质原料成本来控制,但是廉价基质原料来源不稳定,成分复杂,获得的SCP在纯度和杂质等方面都无法达到商品化的要求;而通过工业化生产发酵单一原料得到的较纯净的SCP作为商品生产时,成本又相对较高,难以作为大批量饲料原料。
总体来讲,SCP的商品化生产尚未得到推广,但是这一问题的解决途径多种多样,从原料选择、菌种培育和技术优化等方面都可以提高SCP商品的优势。近年来,越来越多的研究集中于通过酵母、芽孢杆菌等微生物发酵单一底物提升底物的营养价值,或是利用MOB、HOB等不依赖大分子有机物的特殊菌株生产较为纯净的SCP等方向。同时,微生物工程技术的发展也提高了SCP的生产效率与营养价值,加快了新型SCP饲料的开发。提升SCP饲用价值依赖于对微生物发酵机制的研究,目前对微生物的基因调控(转基因)仍然需要技术积累,在技术改造菌株的同时也要关注到生物安全与相应的政策限制问题。总之,SCP作为良好的替代蛋白质饲料,还需要具有更低廉的价格、更安全的成分以及更清晰的应用优势,从而推广应用范围,减少畜牧业生产成本,进而缓解目前的蛋白质资源紧张问题。