پروتئین تک سلولی (SCP): استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تولید پروتئین

آیا می‌دانستید یک پروتئین جایگزین به نام پروتئین تک سلولی در اواسط قرن بیستم توسعه یافته است که از موجوداتی مانند قارچ ها و جلبک ها گرفته می‌شود؟

تا سال ۲۰۵۰، جهان باید سالانه ۱۲۵۰ میلیون تن گوشت و لبنیات تولید کند تا بتواند تقاضای جهانی برای پروتئین حیوانی را در سطح مصرف فعلی برآورده کند. اما این تقاضا به طور پایدار برآورده نخواهد شد. به همین دلیل راه حل های جدیدی مورد نیاز است.

بنابراین، برای رفع نیاز جمعیت فعلی، یک منبع پروتئین جایگزین به نام پروتئین‌های تک سلولی (SCP) در اواسط قرن بیستم توسعه یافت.

• اما این پروتئین ها چه هستند؟
• چگونه به دست می آیند؟
• و منابع مورد نیاز برای تامین ‌آن‌ها جیست؟

پروتئین تک سلولی چیست؟

در گذشته پروتئین تک سلولی  با نام “پروتئین میکروبی” شناخته می‌شد. اما بعدها به دلیل بار منفی کلمه میکروبی، این نام گذاری تغییر کرد.

پروتئین‌های تک سلولی به پروتئین خام یا خوراکی گفته می‌شود که از کشت‌های میکروبی خالص و زیست توده سلولی مرده استخراج می‌شود.. این مواد را می‌توان به عنوان مکمل پروتئین هم برای انسان و هم برای حیوانات استفاده کرد.

میکروارگانیسم‌هایی مانند جلبک‌ها، قارچ‌ها، مخمرها و باکتری‌ها دارای پروتئین بسیار بالایی در زیست توده خود هستند. این میکروب‌ها را می‌توان با استفاده از بسترهای ارزان قیمت مانند زباله‌های کشاورزی رشد داد.

میکروارگانیسم‌ها از کربن و نیتروژن موجود در این مواد استفاده می‌کنند و آن‌ها را به پروتئین‌های باکیفیت تبدیل می‌کنند. این پروتئین می‌تواند به عنوان مکمل در غذای انسان و دام استفاده شود.

کاربردهای پروتئین تک سلولی

پروتئین‌های تک سلولی کاربردهای گسترده ای در بخش های مختلف دارد. برخی از رایج‌ترین کاربردهای این مواد به شرح زیر است:

• پروتئین تک سلولی می‌تواند به عنوان مکمل یا جایگزینی برای مواد سنتی غنی از پروتئین مانند گوشت، سویا و ماهی مفید باشد. SCP راه حلی پایدار برای پاسخ به تقاضای بالای جهانی برای پروتئین، به ویژه در مناطقی با منابع پروتئین کمیاب است.

• پاین پروتئین‌ها به دلیل ارزش غذایی بالا می‌تواند در تولید غذاهای سالم استفاده شود. می‌توان آن‌را به عنوان یک میان وعده کم کالری استفاده کرد که در کنترل چاقی اهمیت دارد.

• پروتئین‌های تک سلولی (SCP) کاربردهای زیادی برای درمان‌های طبیعی دارد. از جمله تولید پروتئین‌های درمانی، سیستم‌های دارورسانی، تولید داروهای طبیعی، پروبیوتیک‌ها، مواد مغذی و عوامل ضد میکروبی.

• این مواد همچنین می‌توانند به عنوان یک ماده برای تولید محصولات آرایشی مورد استفاده قرار گیرد.

SCP می‌تواند یک عنصر ارزشمند در خوراک طیور و گاو باشد.

این پروتئین ها را از چه منابعی می‌توان تولید کرد؟

میکروارگانیسم‌ها تنها منبع پروتئین تک سلولی هستند. میکروارگانیسم‌هایی که ویژگی‌های زیر را دارند برای تولید پروتئین‌‌های تک سلولی انتخاب می‌شوند.

• میکروارگانیسم‌ها باید بتوانند محتوای پروتئین قابل توجهی را در ساختار سلولی خود جمع کنند.
• میکروارگانیسم‌هایی با نرخ رشد سریع ترجیح داده می‌شوند. زیرا فرآیندهای تولید کارآمدتر و مقیاس‌پذیرتری را فراهم می‌کنند.
• میکروارگانیسم‌های انتخاب شده باید غیر سمی باشند. یعنی برای مصرف انسان یا خوراک دام بی‌خطر باشند.
• میکروارگانیسم‌ها باید با طیف وسیعی از بسترها یا مواد اولیه برای رشد و تولید پروتئین سازگار باشند.
• میکروارگانیسم‌ها باید بسته به پروتئین یا ترکیب مورد نظر تولید شده دارای قابلیت دستکاری ژنتیکی باشند.
• میکروارگانیسم‌هایی که برای تولید پروتئین تک سلولی انتخاب می‌شوند باید قابلیت کشت در مقیاس بزرگ را داشته باشند.

از چه موادی می‌توان برای تولید پروتئین تک سلولی استفاده کرد؟

ممکن است برایتان سوال باشد که این پروتئین‌های تک سلولی را از چه موادی می‌توان تامین کرد؟ در ادامه به بررسی رایج‌ترین میکروارگانیسم‌هایی خواهیم پرداخت که برای تولید پروتئین تک سلولی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

Algae: Chlorella pyrenoidosa, Scenedesmus actus, Spirulina maxima

Bacteria: Achromobacter delvacvate, Bacillus megaterium, Cellumonas spp, Methylomonas clara, Pseudomonas spp

Actinomycetes: Nocardia spp, Thermomonospora fusca

:Fungi

Yeast: Candida lipolytica, C.utilis, B.utilis, Saccharomyces cerevisiae, S.fragilis, Rhodotorula glutinis, Torulopsis spp

Molds: Aspergillus niger, Trichoderma viride, Paecilomyces varioti

 Mushrooms: Agaricus campestris, Morchella crassipes

ارزش غذایی پروتئین‌های تک سلولی

میکروارگانیسم‌ها نه تنها حاوی مقادیر زیادی پروتئین هستند، بلکه حاوی کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها، ویتامین‌ها، نمک‌های معدنی و همچنین مواد نیتروژن‌دار غیر پروتئینی (NPN) مانند اسیدهای آمینه هستند. میانگین ترکیب پروتئین تک سلولی در جدول زیر آورده شده است:

تولید پروتئین تک سلولی

تولید پروتئین تک سلولی طی مراحل مختلفی انجام می شود که به شرح زیر است.

۱- انتخاب: این یک مرحله بسیار مهم است. زیرا کیفیت پروتئین به نوع میکروبی که برای تولید استفاده می‌شود بستگی دارد. تنها میکروب‌هایی ارجحیت دارند که سرعت رشد بالایی داشته باشند و به مصرف کنندگان آسیبی نرسانند. علاوه بر این، بستر مناسب مورد نیاز برای رشد میکروب نیز باید انتخاب شود.

۲- کشت: پس از انتخاب، میکروب‌ها جهت رشد و کشت در انکوباتور یا محیط‌های مشابه آن قرار می‌گیرند.

۳- برداشت: هنگامی که کلنی‌های میکروب‌ها به طور کامل رشد کردند، برداشت می‌شوند.

پس از برداشت ، فرایندهایی روی کلنی‌ها انجام می‌شد تا بتوان به پروتئین های تک سلولی دست یافت.  به عنوان مثال جداسازی با سانتریفیوژ، شستشو، خشک کردن و غیره

۴- پردازش: در نهایت سلول‌های خشک شده برای حذف ناخالصی‌ها، افزایش محتوای غذایی و بهبود بافت و طعم پردازش می‌شوند.

مزایای پروتئین‌های تک سلولی چیست؟

پروتئین تک سلولی علاوه بر کاربردهای گسترده ای که در صنایع غذایی دارد، مزایای متعددی نیز دارد. به عنوان مثال:

• به دلیل تولید سریع توالی میکروارگانیسم‌ها می‌توان پروتئین‌های تک سلولی را در مدت زمان کوتاهی تولید کرد.
• محتوای ژنتیکی میکروارگانیسم‌ها به راحتی قابل تطبیق است. در نتیجه، ترکیبات اسید آمینه متنوعی را می‌توان تولید نمود.
• پروتئین‌های تک سلولی از نظر محتوای پروتئین بسیار غنی هستند.
• تهیه این مواد به ارزان‌‌ترین مواد خام به عنوان بستری برای رشد میکروارگانیسم‌ها نیاز دارد.
• می‌توان آن را در هر فصلی در یک محیط کنترل شده تولید کرد.
• تولید آن به مساحت زمین زیاد نیاز ندارد و از نظر اکولوژیکی مفید است.

معایب این پروتئین‌ها چیست؟

با توجه به مطالب گفته شده، پروتئین‌های تک سلولی مزایا و کاربردهای زیادی در صنایع غذایی دارند. پیش بینی می‌شود که در آینده جایگزین مواد پروتئینی مانند گوشت یا ماهی شوند. اما علی‌رغم چنین کاربردهایی، معایبی نیز دارند. در ادامه به بررسی برخی از معایب پروتئین‌های تک سلولی خواهیم پرداخت.

• در برخی موارد، ممکن است متابولیت‌های ثانویه سمی در پروتئین‌های تک سلولی وجود داشته باشد که در بررسی اولیه مشخص نشوند.
• پروتئین‌های تک سلولی از میکروارگانیسم‌های خاص ممکن است فاقد مواد مغذی ضروری مانند اسیدهای آمینه خاص یا ویتامین‌ها باشند. بنابراین، انتخاب یک منبع میکروارگانیسم مغذی کمی چالش برانگیز خواهد بود.
• برخی از پروتئین های تک سلولی مشتق شده از برخی میکروارگانیسم‌ها ممکن است اثرات آلرژیک در افراد مستعد ایجاد کنند. بنابراین، ارزیابی کامل حساسیت زایی پروتئین های تک سلولی و در نظر گرفتن خطرات بالقوه برای مصرف کنندگان مهم است.
• ممکن است سنگ کلیه یا نقرس در صورت مصرف بیش از حد این مواد ایجاد شود.
• همچنین این مواد در برخی افراد می‌توانند سبب تحریک واکنش‌های گوارشی شوند.

سخن پایانی

با توجه به افزایش روز به روز جمعیت جهان، منابع پروتئین کافی را نمی‌توان به روش دامداری سنتی تامین کرد. به همین دلیل محققین به دنبال جایگزین‌هایی برای این مواد هستند. پروتئین‌های تک سلولی یکی از این مواد جایگزین هستند که مزایای زیادی در صنعت مواد غذایی دارند. این پروتئین‌ها را می‌توان با سرعتی بالا و هزینه‌ای کم از میکروارگانیسم‌هایی مانند جلبک، باکتری یا قارچ تهیه نمود.

خوشحال می‌شویم نظرات و تجربیات خود را در رابطه با این موضوع با ما و دیگر خوانندگان این مطلب به اشتراک بگذارید.