沼液生产单细胞蛋白饲料的研究进展

来源：成都生物学院，2021-12-03 08:20

厌氧消化是有机废弃物资源化利用的重要技术，而高浓度氨氮沼液的处理是沼气和生物天然气产业发展的难题。沼液的利用和处理方法包括返肥和废水处理达标排放。沼液中的氨氮来源于有机废弃物中的蛋白氮，蛋白氮来源于种植阶段使用的肥氮，肥氮是合成氨厂用大量的天然气能源将空气中的氮转化得到的氮化合物。如果沼液经过硝化-反硝化处理，氨氮将转化为氮气。

厌氧消化是有机废弃物资源化利用的重要技术，而高浓度氨氮沼液的处理是沼气和生物天然气产业发展的难题。沼液的利用和处理方法包括返肥和废水处理达标排放。沼液中的氨氮来源于有机废弃物中的蛋白氮，蛋白氮来源于种植阶段使用的肥氮，肥氮是合成氨厂用大量的天然气能源将空气中的氮转化得到的氮化合物。如果对沼液进行硝化-反硝化处理，将氨氮转化为氮气排放到大气中，是不经济甚至无用的冗余氮循环(即“氮肥-氮肥-蛋白氮-氨氮-硝态氮”)，但饲料化利用和构建“氨氮-蛋白氮”一步转化的经济有效的短流程氮循环，可以避免二次污染，实现资源化利用，延长沼气和生物天然气的产业链和价值链。

2016年，为实现沼液中氨氮的高值生物转化利用，中国科学院成都生物研究所能源项目组研究员董力提出了利用沼液氨氮生产单细胞蛋白(SCP)饲料的利用途径和技术路径。与植物源蛋白饲料相比，微生物单细胞蛋白合成速度更快，不需要阳光和大量土地。两种氢氧化细菌，副球菌。从自然生境中分离到能自养、异养和混合营养产生SCP的反硝化细菌Y5和D6云芝副球菌。这两种氢氧化细菌具有独特的代谢特征。它们可以利用葡萄糖和氨氮等有机碳源异养合成SCP，在提供还原力H2的条件下，利用CO2作为无机碳源和氨氮自养合成SCP。菌株Y5和D6的单细胞蛋白含量为细胞干重的67.34%~73.73%，高于大豆。而被氢气氧化的细胞(细菌干重)浓度较低，自养、混合营养和异养条件下最高浓度仅为2.13 g/L、3.19g/L和5.17 g/L。

为了进一步提高细菌的干重浓度，董力团队从10多种酵母菌中筛选出了两株菌株，即能耐受鸡粪沼液，并能高效利用沼液中的氨氮生产单细胞蛋白的蜜腺霉和白木霉。在初始NH4 -N浓度为2000 mg/L、C/N比为6: 1、初始pH为5.50的条件下，蜜环菌可获得12.58g/L的总干细胞重(CDW)，蛋白质含量为35.96%，其中脯氨酸占干细胞重的12%。在初始NH4 -N浓度为2000 mg/L、C/N比为6: 1的条件下，经二次发酵，白色木霉的总干细胞重(CDW)为9.24 g/L，蛋白质含量为39.39%。进一步发现有机废弃物中的硫在厌氧消化过程中转化为硫化氢，随沼气流失，因此这两种单细胞蛋白缺乏半胱氨酸、蛋氨酸等含硫氨基酸。本研究添加硫酸盐促进含硫氨基酸的合成，prom显著提高蛋白质含量

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