成都生物所在沼液生產單細胞蛋白飼料研究中獲進展

發布時間：2021-12-02 16:11 原文鏈接：成都生物所在沼液生產單細胞蛋白飼料研究中獲進展

　　厭氧消化是有機廢棄物資源化利用的重要技術，而含有高濃度氨氮的沼液處理是沼氣和生物天然氣產業發展的難題。沼液利用和處理方式有作為肥料還田利用和當作廢水達標處理排放。沼液中的氨氮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，若采用硝化-反硝化的方式處理沼液，將氨氮轉化為氮氣又排到大氣中，這是不經濟的、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”）。而飼料化利用，構建“氨氮-蛋白氮”一步法轉化的經濟有效的短流程氮循環，可以避免二次污染，實現資源化利用，延伸沼氣和生物天然氣的產業鏈和價值鏈。

　　2016年，為了實現沼液氨氮的高值生物轉化利用，中國科學院成都生物研究所生物質能源項目組研究員李東提出沼液氨氮生產單細胞蛋白（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，無須日照和大量土地。項目組從自然生境中分離出兩株具有自養、異養和混合營養產SCP能力的氫氧化細菌——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，能以葡萄糖等有機碳源和氨氮異養合成SCP，且在提供還原力H2的條件下能夠以CO2為無機碳源和氨氮自養合成SCP。菌株Y5和D6的單細胞蛋白含量為細胞干重的67.34%~73.73%，高于大豆的蛋白含量。而氫氧化細菌的細胞生物質（菌體干重）濃度較低，自養、混合營養和異養條件下最高僅為2.13 g/L、3.19g/L、5.17 g/L。

　　為了進一步提高菌體干重濃度，李東團隊在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產單細胞蛋白的菌株，分別為蜂蜜酵母（Nectaromyces rattu）和白地霉（Galactomyces candidum）。蜂蜜酵母（Nectaromyces rattu）能夠在初始NH4+-N濃度2000 mg/L、C/N比6:1，初始pH 5.50條件下，通過二次發酵達到總細胞干重（CDW）12.58 g/L，蛋白質含量35.96%，其中脯氨酸占細胞干重的12%。白地霉（Galactomyces candidum）在初始NH4+-N濃度2000 mg/L、C/N比6:1條件下，通過二次發酵達到總細胞干重（CDW）9.24 g/L，蛋白質含量39.39%。研究進一步發現，有機廢棄物中的硫元素在厭氧消化過程中轉變為硫化氫隨著沼氣流失，因而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，促進含硫氨基酸的合成，并通過推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。

　　相關研究成果表在Appl Biochem Biotechnol、Poultry Science、Electronic Journal of Biotechnology上，并獲得中國發明ZL授權。研究工作得到中科院環境與應用微生物重點實驗室、中科院“西部之光”人才培養計劃“西部青年學者”項目、中科院青年創新促進會、四川省科技計劃項目等的支持。