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3d森林舞会在沼液生産單細胞蛋白飼料研究獲進展
发表日期: 2021-11-24 作者: 李东 文章來源:生物能源項目組
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 厭氧消化是國際上公認的有機廢棄物資源化利用主流技術,然而,含有高濃度氨氮的沼液處理是我國沼氣和生物天然氣産業發展的瓶頸。沼液利用和處理方式主要有作爲肥料還田利用和當作廢水達標處理排放。作爲肥料還田利用,需要大量的土地用于種植,且受氣候影響較大,最爲重要的是,由于我國種養不平衡,很難完全消納沼液,此時很容易造成二次汙染。爲了避免二次汙染,將沼液當作廢水進行生物脫氮處理達標排放不得不作爲一種選擇。沼液中的氨氮主要來自于有機廢棄物中的蛋白氮,蛋白氮來自于種植階段使用的肥料氮,而肥料氮是合成氨廠花費大量天然氣能源將空氣中的氮氣轉化得到的氮化合物,如果我們采用硝化-反硝化的方式處理沼液,將氨氮轉化爲氮氣又排到大氣中,這無疑是一種非常不經濟的、甚至是無用的冗余氮循環,即“氮氣-肥料氮-蛋白氮-氨氮-硝氮-氮氣”。如果我們進行飼料化利用,構建“氨氮-蛋白氮”一步法轉化的非常經濟有效的短流程氮循環,不僅可以避免二次汙染,還可以實現資源化利用,延伸沼氣和生物天然氣的産業鏈和價值鏈。這一舉措完全符合發改委《關于推進汙水資源化利用的指導意見》(發改環資〔202113號)和《“十四五”循環經濟發展規劃》(發改環資〔2021969號)的文件精神。 

 为了实现沼液氨氮的高值生物转化利用,3d森林舞会生物质能源项目组李东研究員于2016年提出沼液氨氮生産單細胞蛋白(SCP)飼料的利用途徑和技術路徑。與植物源蛋白飼料相比,微生物單細胞蛋白具有較快的合成速率,無需日照和大量土地。項目組首先從自然生境中分離到兩株具有自養、異養和混合營養産SCP能力的氫氧化細菌,分別爲脫氮副球菌Paracoccus. denitrificans Y5和善變副球菌Paracoccus. versutus D6。這兩株氫氧化細菌具有獨特的代謝特點,能夠以葡萄糖等有機碳源和氨氮異養合成SCP,同時,在提供還原力H2的條件下能夠以CO2爲無機碳源和氨氮自養合成SCP。菌株Y5D6的單細胞蛋白含量爲細胞幹重的67.34%~73.73%,遠遠高于大豆的蛋白含量。然而,氫氧化細菌的細胞生物質(菌體幹重)濃度較低,自養、混合營養和異養條件下最高僅爲2.13 g/L3.19g/L5.17 g/L 

 为了进一步提高菌体干重濃度,李东研究員团队从10余株酵母中篩選出兩株能夠耐受雞糞沼液且高效利用沼液氨氮生産單細胞蛋白的菌株,分別爲蜂蜜酵母(Nectaromyces rattu)和白地黴(Galactomyces candidum)。蜂蜜酵母(Nectaromyces rattu)能夠在初始NH4+-N濃度2000 mg/LC/N6:1,初始pH 5.50條件下通過二次發酵達到總細胞幹重(CDW12.58 g/L,蛋白質含量35.96%,其中脯氨酸占細胞幹重的12%。白地黴(Galactomyces candidum)在初始NH4+-N濃度2000 mg/LC/N6:1條件下通過二次發酵達到總細胞幹重(CDW9.24 g/L,蛋白質含量39.39%。通過研究還發現,由于有機廢棄物中的硫元素在厭氧消化過程中轉變爲硫化氫隨著沼氣流失,因此這兩種酵母單細胞蛋白中缺乏半胱氨酸和甲硫氨酸等含硫氨基酸。該研究通過添加硫酸鹽,不僅促進含硫氨基酸的合成,還通過促進谷氨酸和谷氨酰胺的合成顯著提高蛋白質含量,總氨基酸含量從38.6 g/100g提高到53.2 g/100g 

 本研究得到中國科學院环境与应用微生物重点实验室、环境微生物四川省重点实验室青年创新团队项目,中國科學院、四川省委组织部“西部之光”西部青年学者项目,中國科學院青年創新促進會,四川省科技计划项目等的支持。研究成果以窦俊伟、张露、周攀为第一作者,李东研究員为通讯作者发表在Appl Biochem BiotechnolPoultry ScienceElectronic Journal of Biotechnology期刊上;同时获得中国发明專利授权,專利号为ZL 201911334463.0ZL 201911334498.4 

 原文鏈接1 

 原文鏈接2 

 原文鏈接3

 ZL 201911334463.0 一株白地黴及用其處理高氨氮沼液産單細胞蛋白的方法 

 ZL 201911334498.4一株蜂蜜酵母及用其處理高氨氮沼液産單細胞蛋白的方法 

  氫氧化細菌利用沼液自養和異養産單細胞蛋白飼料 

  蜂蜜酵母(Nectaromyces rattu)利用沼液生産單細胞蛋白飼料 

  白地黴(Galactomyces candidum)利用沼液生産單細胞蛋白飼料 


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