一株类球红细菌及其发酵产氢方法和应用技术

本发明专利技术公开了一株类球红细菌及其发酵产氢方法和应用，该类球红细菌的保藏编号为CGMCC No.18237。将所述类球红细菌接入产氢培养液中，在光照培养箱内光照培养产氢，直至产氢结束。该菌株可利用自然界常见且难以被大多数微生物利用的碳源及氮源发酵制氢，产氢量显著提高，在发酵制氢的同时生产可作为饲料的单细胞蛋白。所述类球红细菌为多功能型类球红细菌变种，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一株类球红细菌及其发酵产氢方法和应用
本专利技术属于微生物
，涉及一种类球红细菌变种，特别涉及一株发酵产氢的类球红细菌及其应用。
技术介绍
随着社会的快速发展，对能源的需求日益增加，化石能源储量有限，且使用过程产生严重的污染，使得各国开始关注清洁可再生能源，其中，氢能因具有燃烧只产生水且热值高等优点备受关注。制约氢大规模使用的一个重要问题是制氢成本较高，在众多制氢方法中，微生物制氢因反应条件温和、底物广泛且廉价而备受关注。微生物制氢技术中制氢细菌可以利用纤维素类生物质的水解液来产生氢气，这使得制氢成本大大降低。花生种植面积广，产生的花生壳部分被用于肥料及饲料，部分被丢弃或燃烧，这既造成环境污染同时也浪费了资源，寻找高效的花生壳回收利用显得非常重要。如将废弃的花生壳用于微生物制氢，在解决花生壳资源回收的同时还产生清洁能源，实现变废为宝，无论对于环境还是能源安全都具有重要意义。目前，针对花生壳高效回收能源化的研究尚处于起步阶段，提高花生壳转化为氢气的研究主要集中在以下几个方面：(1)优化花生壳水解工艺，获得高的还原糖得率；(2)分离高效光合细菌；(3)分离高效暗细菌；(4)设计及优化反应器；(5)光合细菌或暗细菌的基因改造等。其中制氢菌种产氢效率低下这一问题对花生壳水解液转化为氢气影响很大，这也成为生物制氢中的限制因素。生物发酵制氢的过程中许多因素，如碳源、氮源利用情况、产氢初始pH、产氢液的氯化钠浓度及磷酸盐用量等均会对制氢过程产生影响。因此，为了有效的利用花生壳水解液中的糖转化为氢气，获得高效的产氢细菌，特别是获得高效利用花生壳水解液等复杂底物产氢的细菌是亟待解决的问题。类球红细菌是一种单细胞光合细菌，菌体干物质中蛋白质含量高达到60％以上，其蛋白质氨基酸组成比较齐全，细胞中还含有多种维生素，尤其是B族维生素极为丰富，VB2、叶酸、泛酸、生物素的含量也较高，同时还含有大量的类胡萝卜素、辅酶Q等生理活性物质。其可以在富糖环境生长、兼性厌氧，在厌氧环境中可将单体糖类转化为氢气和二氧化碳。目前利用类球红细菌发酵产氢的不足之处在于，其产氢量和效率仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一株类球红细菌及其发酵产氢方法和应用，该类球红细菌可利用多种碳源和氮源为底物制氢，同时可以得到单细胞蛋白，具有广泛的应用价值。为达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种用于发酵产氢的类球红细菌，该类球红细菌(Rhodobactersphaeroides)的保藏编号为CGMCCNo.18237。该类球红细菌能够利用多种碳源和氮源进行生长并发酵产生氢气。所述碳源选自单糖、二糖或花生壳水解液；其中单糖选自葡萄糖、果糖、半乳糖或木糖；二糖选自蔗糖；所述氮源选自鱼粉蛋白胨、酵母浸膏、L-谷氨酸、硫酸铵或氯化铵。该类球红细菌能够利用花生壳水解液进行生长并发酵产生氢气。一种用于发酵产氢的类球红细菌的发酵方法，包括以下步骤：1)将该类球红细菌(Rhodobactersphaeroides)划线于medA琼脂培养基平板上，然后在20～40℃的光照培养箱中培养30～55h，得到单菌落，所述类球红细菌的保藏编号为CGMCCNo.18237；2)挑取medA琼脂培养基平板上长出的单菌落，无菌操作下将单菌落移入装有medA液体培养基的培养容器中，在20～40℃的光照培养箱中培养30～55h，得到对数生长期的用于发酵产氢的类球红细菌培养菌液；3)将用于发酵产氢的类球红细菌培养菌液分装到离心管中，在3000～6000rpm的转速下离心5～10min，倒掉上清液，得到菌体沉淀；4)向含有菌体沉淀的离心管中加入产氢培养液并将菌体重悬，再次在3000～6000rpm的转速下离心5～10min，弃去上清液；5)重复步骤4)1～3次，然后向含有菌体沉淀的离心管中加入产氢培养液并重悬菌体，得到作为进行产氢发酵的光合细菌菌源的重悬菌液；6)在产氢反应器中加入产氢培养液，然后接入所述重悬菌液，使菌体终浓度以OD600计达0.4～0.6；7)将产氢反应器置于25～45℃的光照培养箱中进行发酵，直至产氢结束。所述产氢培养液含有以下物质：单糖5～20g/L，L-谷氨酸0.1～2g/L，L-天冬氨酸0.01～0.08g/L，氯化钠0.2～2g/L，pH6.5～7.2的磷酸盐缓冲液5～20mL/L，微量元素溶液10～30mL/L，及维生素浓缩溶液0.5～3mL/L，溶剂为水；其中，单糖可用花生壳水解液替换，花生壳水解液用量按照其所含还原糖计算为2.0～6.0g/L；磷酸盐缓冲液含有以下物质：KH2PO450.0～70.0g/L，及K2HPO480.0～120.0g/L，溶剂为水，pH值6.5-7.2；微量元素溶液含有以下物质：氨三乙酸5～15g/L，MgSO4·7H2O20～35g/L，FeSO4·7H2O0.01～1.2g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O0.001～0.015g/L，CaCl2·2H2O1～4g/L，及母液30～60mL/L，溶剂为水；每100mL母液中含有以下物质：ZnSO4·7H2O0.5～1.5g，EDTA180～350mg，FeSO4·7H2O300～700mg，H3BO35～15mg，MnSO4·H2O80～200mg，CuSO4·5H2O20～50mg，及Co(NO3)2·6H2O10～30mg，溶剂为水；每250mL维生素浓缩溶液中含有以下物质：盐酸硫胺5.0～15.0mg，烟酸15～30mg，及生物素0.1～1.0μg，溶剂为水。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术分离获得的一株高效分解生物质产生氢气的菌株(LDQ10)，其菌落具有颜色为红色、边缘整齐、中间凸起、肥厚湿润及不透明等特点；菌体形状为长杆状，以二分裂方式繁殖。序列比对分析发现该新型菌株与已知的类球红细菌的相应序列的相似性为99.0％，初步认定其属于类球红细菌(Rhodobactersphaeroides)变种。本专利技术提供的用于发酵产氢的类球红细菌(LDQ10)，能以多种无机及有机碳源和氮源作为能源进行生长且产生高浓度氢气和低浓度的二氧化碳。将其用于生物质水解液及工业废水产氢发酵，较之于只能发酵生物质水解液中的葡萄糖的光合细菌，可以降低生物质水解液及工业废水发酵制氢的成本，利于增加生物制氢的竞争性及市场推广力。本专利技术提供的用于发酵产氢的类球红细菌(LDQ10)，具有利用多种有机及无机氮源快速生长的能力，这一特点用于单细胞蛋白生产，较之于普通细菌，无需添加有机氮源，从而能够降低生产成本，生产得到的单细胞蛋白可作为家禽饲料等应用。本专利技术提供的用于发酵产氢的类球红细菌的发酵方法，具有成本低廉、操作简单、菌体生长快、氢气产量高、产速快等优点，并可同时得到价值较高的单细胞蛋白，而且适用于工业化规模生产。进一步的，使用产氢培养液进行菌株(LDQ10)的发酵培养能够很好的满足菌体对各种营养物质的需求，使得产氢量和产氢效率都大幅度提升。附图说明图1为类球红细菌(Rhodobactersphaeroides)LDQ10在medA琼脂培养基上的菌落形态图。图2为类球红细菌(Rhodobactersphaeroides)LDQ10在medA琼脂培养基上的菌体的显微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于发酵产氢的类球红细菌，其特征在于：该类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides)的保藏编号为CGMCC No.18237。

【技术特征摘要】
1.一种用于发酵产氢的类球红细菌，其特征在于：该类球红细菌(Rhodobactersphaeroides)的保藏编号为CGMCCNo.18237。2.如权利要求1所述的用于发酵产氢的类球红细菌，其特征在于：所述类球红细菌能够利用多种碳源和氮源进行生长并发酵产生氢气。3.如权利要求2所述的用于发酵产氢的类球红细菌，其特征在于：所述碳源选自单糖、二糖或花生壳水解液；其中单糖选自葡萄糖、果糖、半乳糖或木糖；二糖选自蔗糖；所述氮源选自鱼粉蛋白胨、酵母浸膏、L-谷氨酸、硫酸铵或氯化铵。4.如权利要求1所述的用于发酵产氢的类球红细菌，其特征在于：所述类球红细菌能够利用花生壳水解液进行生长并发酵产生氢气。5.一种用于发酵产氢的类球红细菌的发酵方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将该类球红细菌(Rhodobactersphaeroides)划线于medA琼脂培养基平板上，然后在20～40℃的光照培养箱中培养30～55h，得到单菌落，所述类球红细菌的保藏编号为CGMCCNo.18237；2)挑取medA琼脂培养基平板上长出的单菌落，无菌操作下将单菌落移入装有medA液体培养基的培养容器中，在20～40℃的光照培养箱中培养30～55h，得到对数生长期的用于发酵产氢的类球红细菌培养菌液；3)将用于发酵产氢的类球红细菌培养菌液分装到离心管中，在3000～6000rpm的转速下离心5～10min，倒掉上清液，得到菌体沉淀；4)向含有菌体沉淀的离心管中加入产氢培养液并将菌体重悬，再次在3000～6000rpm的转速下离心5～10min，弃去上清液；5)重复步骤4)1～3次，然后向含有菌体沉淀的离心管中加入产氢培养液并重悬菌体，得到作为进行产氢发酵的光合细菌菌源的重悬菌液；6)在产氢反应器中加入产氢培养...

【专利技术属性】
技术研发人员：安丹，刘得清，李英宣，李成涛，陆遥，谢林花，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61