一种降解纤维素的产电菌及其在燃料电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种降解纤维素的产电菌及其在燃料电池中的应用，其菌株保藏名称是弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）HBUZL-1，保藏单位CGMCC，保藏号是CGMCC No.10335，保藏日期2015年1月9日；其菌株的16S rDNA基因序列为SEQ ID NO:1。本发明专利技术提供的产电菌易于培养，不仅能够以多种有机物为底物，更主要的是能够以资源丰富的纤维素为底物进行发电，将其应用于微生物燃料电池中，其适应性强、产电电压大，具有较高经济价值和广阔的使用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种降解纤维素的产电菌及其在燃料电池中的应用
本专利技术涉及微生物燃料电池
，具体地说是一种降解纤维素的产电菌及其在燃料电池中的应用。
技术介绍
微生物燃料电池（MFC）是以微生物作为反应主体，利用酶或者微生物作为阳极催化剂，通过其代谢作用将有机物氧化转化为电能的装置。它属于生物质能利用技术中的生物化学转化技术，其不仅无污染、效率高、反应条件温和，而且燃料来源广泛。因此，微生物燃料电池已成为了世界各国争相研究的课题。我国是农业大国，生物质资源十分丰富，各种农作物每年产生秸秆6亿多吨，其中可以作为能源使用的约4亿吨，若能够以此作为微生物发电的底物原料，则我国微生物发电具有十分广阔的发展空间。目前，已分离的产电微生物多数为细菌，兼性厌氧。从厌氧呼吸的最终电子受体的类型分析，他们属于不同的功能菌，例如：以Fe(Ⅲ)或Mn（Ⅳ）为呼吸链最终电子受体的金属还原菌Shewanella、Geobacter及Geopsychrobacter等菌属；以硫酸盐为电子受体的硫酸盐还原菌desulfoblbus、desulfovibrio及desulfuromon等菌属；以硝酸盐为电子受体的硝酸盐还原菌pseudomonsa、ochrobactrum及comamonas等菌属；另外，厌氧发酵的大肠杆菌，进行光合作用的rhodopseudomona、绿藻chlamydomonas以及真核的酵母菌均表现出产电特性。但是，现有菌种中能够以纤维素为底物的产电菌报道极少。如CN101728544A公开了一种弗氏柠檬酸杆菌在微生物发电中的应用及发电方法，提供了一种弗氏柠檬酸杆菌LY-3，保藏编号为CGMCCNo.3246，该菌株可以作为微生物燃料电池的阳极催化剂应用于微生物发电，但是该技术的新菌株所利用的燃料为葡萄糖和乙酸钠，其所需原料成本较高。又如CN100588019C公开了微生物燃料电池及利用秸秆发电的方法，是以纤维素降解混合菌群对秸秆进行处理发电的，该技术无污染、成本低，缓解了能源危机，使农村秸秆得到了有效的利用，但是，其工艺步骤繁琐，混合培养液并不能够完全满足混合菌群中所有菌种的最佳培养需求，其对秸秆的降解能力有限，其电转化率相对较低。可见，能够开发一种以纤维素为降解底物的高效产电菌，并将其应用于微生物燃料电池，是当前行业内研究的热门课题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种降解纤维素的产电菌及其在燃料电池中的应用，以期为产业界利用纤维素产电提供一种新的菌株选择，也为产业界利用纤维素产电提供一种新的应用方法，同时也解决现有微生物电池所采用的菌株无法利用纤维素产电或者其产电性能较差的问题。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术提供了一种降解纤维素的产电菌，所述菌株保藏名称是弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacterfreundii）HBUZL-1，保藏单位CGMCC，保藏号是CGMCCNo.10335，保藏日期2015年1月9日；保藏单位地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所。本专利技术所提供的降解纤维素的弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacterfreundii）HBUZL-1，其生物学特征如下：为革兰氏阴性杆菌，菌落表明粘滑，隆起，半透明，直径3mm左右，边缘不整齐。本专利技术所述弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacterfreundii）HBUZL-1的16SrDNA序列如SEQIDNO:1所示。本专利技术同时提供了弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacterfreundii）HBUZL-1在燃料电池中的应用。更具体地说，本专利技术所述弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacterfreundii）HBUZL-1在燃料电池中的应用方法包括以下步骤：A、在无菌条件下，将弗氏柠檬酸杆菌HBUZL-1接种于纤维素液体培养基中，30℃培养6-8h，培养至对数生长期，得接种菌，保存备用；所述纤维素培养基的组成为：纤维素20份、Na2HPO41.5份、蛋白胨2.5份、酵母膏0.5份以及蒸馏水1000份，所述纤维素培养基的pH值为7.0-7.2；B、构建微生物燃料电池系统，该系统包括阴极室、阳极室、质子交换膜、外电路电阻箱以及数据采集器；在所述阳极室装有阳极液，阴极室装有阴极液，所述阳极液组成为：纤维素276mg/L、NaHCO33.13g/L、NH4Cl0.31g/L、Na2HPO42.75g/L、（NH4）2SO40.56g/L、MgSO40.2g/L、KCl0.13g/L、CaCl215mg/L、MnSO420mg/L、FeCl31mg/L；所述阴极液组成为：25mmol/L的K3[Fe(CN)6]，体积比为1:1的NaH2PO4和Na2HPO4各50mmol/L；C、取所述接种菌5mL，无菌条件下离心收集，接种于阳极室，进行产电。本专利技术提供了一株产电新菌株—弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacterfreundii）HBUZL-1，该菌株易于培养，不仅能够以多种有机物为燃料，更主要的是能够以资源丰富的纤维素为燃料进行发电，将其应用于微生物燃料电池中，其适应性性强、产电电压大，具有较高的使用价值。本专利技术提供的产电新菌株在微生物燃料电池中应用，其工艺步骤简单，易操作，只需添加单一菌种就能以纤维素为底物进行发电，其产电电压大、电转化率高、实用性强，具有较高的经济价值和广阔的发展前景。本专利技术公开的弗氏柠檬酸杆菌HBUZL-1的建议保藏方法：冷冻干燥保藏法。附图说明图1为葡萄糖标准曲线图。图2为弗氏柠檬酸杆菌HBUZL-1刚果红实验观察图。图3为弗氏柠檬酸杆菌HBUZL-1培养至对数期的电镜图。图4为弗氏柠檬酸杆菌HBUZL-1与相关种系统发育树。图5为弗氏柠檬酸杆菌HBUZL-1的循环伏安曲线。图6为弗氏柠檬酸杆菌HBUZL-1利用纤维素产生电压随时间的变化曲线图。具体实施方式下面实施例用于进一步详细说明本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。实施例1菌株的获得（1）菌株的分离和纯化：源来自稳定运行6个月的以羧甲基纤维素为燃料的双极室循环MFC的阳极，剪下少量碳布，放到加有玻璃珠的质量百分比浓度为1%的NaCl溶液中，摇晃均匀后梯度稀释涂布到以羧甲基纤维素为唯一碳源的平板上，置于厌氧箱（YQX-Ⅱ，上海新苗医疗器械制造有限公司）中在30℃下培养3天；继续划线分离，保存；（2）菌株的筛选：将步骤（1）保存的供试菌株接种到产酶培养基37℃震荡培养48h，取发酵液10mL，4000r/min下离心10min，上清液作为粗酶液；移取含有CMC-Na的醋酸缓冲液(0.05mol/L，pH4.4)1.5mL于试管中，加入酶液0.5mL，于50℃保温30min后，按DNS法测糖。在碱性条件下，DNS溶液与还原糖溶液共热后被还原成棕红色的氨基化合物，在一定范围内，还原糖的量和棕红色物的颜色深浅呈一定比例关系。在540nm波长下测定棕红色物质的吸光度值，通过标准曲线，计算样品中还原糖的含量。定义每分钟催化纤维素水解生成1g葡萄糖的酶量为一个酶活力单位U。根据国际酶活定义，1g固体酶（或1mL液体酶），在（50±1）℃，在特定pH条件下，1h水解底物产生出相当于1mg葡萄糖的还原糖量，为一个活力单位，以μ/g（或μ/mL）表示。参照国标，本研究定义每分钟每1mL粗酶产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降解纤维素的产电菌，其特征在于，所述菌株保藏名称是弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）HBUZL‑1，保藏单位CGMCC，保藏号是CGMCC No.10335，保藏日期2015年1月9日。

【技术特征摘要】
1.一种降解纤维素的产电菌，其特征在于，所述菌株保藏名称是弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacterfreundii）HBUZL-1，保藏单位CGMCC，保藏号是CGMCCNo.10335，保藏日期2015年1月9日。2.一种降解纤维素的产电菌在微生物燃料电池中的应用，其特征在于，包括以下步骤：A、在无菌条件下，将弗氏柠檬酸杆菌HBUZL-1接种于纤维素液体培养基中，30℃培养6-8h，培养至对数生长期，得接种菌，保存备用；所述纤维素培养基的组成为：纤维素20份、Na2HPO41.5份、蛋白胨2.5份、酵母膏0.5份以及蒸馏水1000份，所述纤维素培养基的pH值为7.0-7.2；弗氏柠檬酸杆菌HBUZL-1，保藏单位CGMCC，保藏号是C...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽坤，李景晨，李红梅，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北;13