原標(biāo)題：中國科學(xué)院成都生物研究所迎來新進(jìn)展——（引題）

無需日照和大量土地的單細(xì)胞蛋白飼料來了?。ㄖ黝}）

含有高濃度氨氮的沼液處理是我國沼氣和生物天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。但在科學(xué)家的“魔法”下，這一難題正在被破解。

近日，中國科學(xué)院成都生物研究所公布其在沼液生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料研究項目上獲得新進(jìn)展——

利用沼液氨氮生產(chǎn)微生物單細(xì)胞蛋白飼料的利用途徑和技術(shù)路線，可以將高濃度氨氮的沼液轉(zhuǎn)化為微生物單細(xì)胞蛋白飼料供養(yǎng)殖使用。在避免二次污染的同時，實現(xiàn)沼液氨氮的高值生物轉(zhuǎn)化利用。

這一研究成果，在“碳中和”的語境下，尤其具有現(xiàn)實意義。

談意義 /

構(gòu)建“氨氮-蛋白氮”一步法轉(zhuǎn)化氮循環(huán)

延伸沼氣和生物天然氣的產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈

中國科學(xué)院成都生物研究所生物質(zhì)能源項目組李東研究員是該項目的負(fù)責(zé)人。

他提到，近年來，厭氧消化技術(shù)，也稱沼氣發(fā)酵技術(shù)，已經(jīng)被廣泛用于處理畜禽養(yǎng)殖糞污、餐廚垃圾、工業(yè)有機廢水廢渣，是國際上公認(rèn)的有機廢棄物資源化利用主流技術(shù)。然而，在生產(chǎn)清潔能源（生物燃?xì)饣蛏锾烊粴猓┑耐瑫r，會產(chǎn)生大量的高氨氮沼液。

當(dāng)前，沼液利用和處理方式主要有作為肥料還田利用和當(dāng)作廢水達(dá)標(biāo)處理排放。

李東提到，沼液作為液體肥還田雖是一種不錯的選擇，但需要大量的土地用于種植，且受氣候影響較大。最重要的是，由于我國種養(yǎng)不平衡，生物燃?xì)夤こ讨苓呁恋赜邢?，很難完全消納沼液，當(dāng)沼液的施用超過土地的承載能力時，就是一種污染物，會污染水體，很容易造成二次污染。加之沼液肥效較低，運輸成本較高，所以作為肥料還田利用，在實踐中較為困難。

為了避免二次污染，將沼液當(dāng)作廢水進(jìn)行生物脫氮處理達(dá)標(biāo)排放，是一種不得已的選擇。

李東介紹，目前高氨氮沼液的處理采用的是傳統(tǒng)物化法、生物法等污水處理工藝，這些工藝均是通過“硝化-反硝化”生物過程將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣排放到大氣中。

實際上，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(zhuǎn)化得到的氮化合物。“在自然界中，氨氮是一種經(jīng)過生物固氮得到的寶貴氮資源，如果我們采用‘硝化-反硝化’的方式處理沼液，將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣又排到大氣中，這無疑是一種非常不經(jīng)濟，甚至是無用的冗余氮循環(huán)。”

在此現(xiàn)實背景下，李東提出：“如果我們進(jìn)行飼料化利用，構(gòu)建‘氨氮-蛋白氮’一步法轉(zhuǎn)化的非常經(jīng)濟有效的短流程氮循環(huán)，不僅可以避免二次污染，還可以實現(xiàn)資源化利用，延伸沼氣和生物天然氣的產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈?！?/P>

談進(jìn)展 /

近期將開展中試

未來有望落地大規(guī)模應(yīng)用

為了實現(xiàn)沼液氨氮的高值生物轉(zhuǎn)化利用，李東于2016年提出沼液氨氮生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料的利用途徑和技術(shù)路徑。

李東研究員團隊首先從大豆根際土壤、魚塘廢水、沼液中分離到兩株具有自養(yǎng)、異養(yǎng)和混合營養(yǎng)產(chǎn)單細(xì)胞蛋白能力的氫氧化細(xì)菌，分別為脫氮副球菌Paracoccus.denitrificans Y5和善變副球菌Paracoccus.versutus D6。這兩株氫氧化細(xì)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(yǎng)合成單細(xì)胞蛋白，同時，在提供還原力氫氣的條件下能夠以二氧化碳為無機碳源和氨氮自養(yǎng)合成單細(xì)胞蛋白。菌株Y5和D6的單細(xì)胞蛋白含量為細(xì)胞干重的67.34%～73.73%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大豆的蛋白含量，且Y5的蛋白具有比大豆蛋白更豐富的氨基酸組成。

“該研究為沼液的高值化利用提供更多選擇?！崩顤|表示，當(dāng)沼液中化學(xué)需氧量濃度較高時，可進(jìn)行異養(yǎng)培養(yǎng)，利用氨氮生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白；當(dāng)沼液中化學(xué)需氧量濃度較低時，可進(jìn)行自養(yǎng)培養(yǎng)，利用沼氣或者利用尾氣產(chǎn)生的二氧化碳和氨氮生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，助力“碳中和”目標(biāo)實現(xiàn)。

然而，氫氧化細(xì)菌的細(xì)胞生物質(zhì)（菌體干重）濃度較低。為了進(jìn)一步提高菌體干重濃度，李東研究員團隊從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(chǎn)單細(xì)胞蛋白的菌株，分別為蜂蜜酵母（Nectaromyces rattu）和白地霉（Galactomycescandidum）。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，通過蜂蜜酵母二次發(fā)酵，可達(dá)到總細(xì)胞干重（CDW）12.58g/L，蛋白質(zhì)含量35.96%；通過白地霉二次發(fā)酵，可達(dá)到總細(xì)胞干重（CDW）9.24g/L，蛋白質(zhì)含量39.39%。

此外，項目組通過研究還發(fā)現(xiàn)，由于有機廢棄物中的硫元素在厭氧消化過程中轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧瘹潆S著沼氣流失，因此這兩種酵母單細(xì)胞蛋白中缺乏半胱氨酸和甲硫氨酸等含硫氨基酸。項目組通過添加硫酸鹽，不僅促進(jìn)含硫氨基酸的合成，還通過促進(jìn)谷氨酸和谷氨酰胺的合成顯著提高蛋白質(zhì)含量，總氨基酸含量從38.6g/100g提高到53.2g/100g。

與植物源蛋白飼料相比，通過該生物技術(shù)處理高濃度氨氮的沼液所得的微生物單細(xì)胞蛋白具有較快的合成速率，且無需日照和大量土地，同時可以利用廢棄碳源（例如釀酒黃水、糖蜜、淀粉廢水等），生產(chǎn)成本也更低。微生物單細(xì)胞蛋白飼料可供養(yǎng)殖使用，比如水產(chǎn)養(yǎng)殖。

李東透露，目前，該項目正處于小試階段，近期將開展中試，未來有望落地大規(guī)模應(yīng)用。（成都商報-紅星新聞記者 彭祥萍）

關(guān)鍵詞： 日照 單細(xì)胞 蛋白 飼料 成都