一株产氢菌制造技术

本发明专利技术提供了一株能够利用海带水解液生长并高效产氢的菌株(Clostridium beijerinckii)WANY51，能够在以海带水解液作为唯一培养底物的条件下稳定生长并高效产氢。产氢菌WANY51在最适培养条件下的产氢效率高达990.50ml/L。本发明专利技术提供的产氢菌WANY51兼具较高的产丁醇效率，在产氢的最适条件下的丁醇产量为130.40ml/L。产氢菌WANY51的产氢效率明显高于目前已有的产氢菌株或混合菌群，并且具有底物利用范围广的优点，能够充分利用海带水解液多组分正常生长并高效产氢，作为产氢工程菌株具有更加显著的经济效益。

A strain of hydrogen producing bacteria

【技术实现步骤摘要】
一株产氢菌
本专利技术涉及微生物领域，特别是涉及一种能够利用海带水解液生长及产氢的细菌。
技术介绍
以生物质为原料获得酒精、柴油、甲烷和氢气等燃料的生物能源方式以可再生的特点能够满足实际和未来的能源需求而成为研究的热点，其中生物制氢是目前化石能源燃料的替代途径之一。已报道的产氢菌主要有Enterobacter、Bacillus和Clostridium，但由于产氢能力和培养成本的原因，目前分离获得产氢菌株很难进入工业化生产中。在降低生物制氢的生产成本方面，研究者以往通过农作物或农作物废弃物作为生物质生产氢气，但上述第一代和第二代生物质中含有大量的木质素，很难被微生物分解利用。基于此类生物质的微生物制氢技术发展受到了很大的局限。大型海藻作为第三代生物质，与陆生植物相比具有多糖含量高、不争地且木质素含量低等特质。我国大型海藻产量居于全球领先地位，拥有世界最大的海带养殖和加工规模，年产量可达120万吨，近10年的海带年产量占全球总产量的83％～87％(FAO数据统计)。海带具有高达50％以上的多糖含量，海藻多糖能够为微生物生长提供丰富的有机质。kim等人(AntimicrobialactivityofethanolextractsofLaminariajaponicaagainstoralmicroorganisms[J].Anaerobe,2013,21(6):34-38)采用酸、酶两种方法水解海带(Laminariajaponica)，进行微生物发酵乙醇的研究。Liu等人(Fermentativehydrogenproductionfrommacro-algaeLaminariajaponica,usinganaerobicmixedbacteria[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy,2014,39(17):9012-9017)采用热、酸、碱、超声波四种方法水解海带(Laminariajaponica)，进行微生物发酵产氢研究。相关研究表明，海洋大型藻类多糖降解效率较高，是微生物生长和代谢的有效底物。尽管海带等大型海藻作为第三代生物质原料具有其天然优势，但目前关于大型藻类的能源化利用，特别是以海带作为生物质原料进行生物制氢的研究还很少，而且目前报道已获得的产氢菌的性能大多不甚理想，受到产氢效率和规模化成本问题的制约而难以投入应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一株能够利用海带水解液生长并高效产氢的菌株，以及该菌株在产氢和产丁醇中的应用。本专利技术提供的菌株为产氢菌(Clostridiumbeijerinckii)WANY51，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC)，地址：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，邮编：100101，保藏编号：CGMCCNo.14045，保藏日期：2017年4月18日。本专利技术提供的产氢菌(Clostridiumbeijerinckii)WANY51为革兰氏阳性厌氧菌，固体培养基中菌落形态呈圆形、乳白色、边缘整齐、表面光滑、微凸起，菌落大小为1.0～2.0cm。在电子显微镜下，菌株WANY51的形态呈现梭杆状，繁殖方式为二分裂，菌体大小为8.19μm×1.45μm。产氢菌WANY51的培养特征为：分离培养基采用海带水解液，具体制备过程如下：按照5g/L的比例将海带干粉溶于蒸馏水中，121℃高压灭菌20min，获得热处理海带水解液，pH7.2～7.4，固体培养基加入2.0％的琼脂(琼脂按20g/L的比例添加至海带水解液中)。以海带水解液作为产氢的液体培养基，在海带水解液与蒸馏水的初始浓度(即海带水解液在液体培养基中的初始体积百分比，以下均用“海带水解液的初始浓度”表示)为80％、起始pH7.2～7.4、35℃条件下培养24h后开始进入对数生长期，培养72h时细胞密度OD600达到最高。菌株WANY51产氢过程发生在对数期的24h至60h之内，60h后气体累积量无明显变化。菌株WANY51利用海带水解液生长并产氢后，其发酵液成分组成主要为丁酸、丁醇、乙酸，其中丁酸的含量最高，为937.02ml/L，属于典型丁酸型发酵。产氢菌WANY51可利用海带水解液作为唯一培养基，经过连续数代培养，菌株生长与产氢特性保持一致，生物学性状基本稳定。产氢菌WANY51的16SrDNA的Genebank登录号为KY197470。在以海带水解液作为唯一培养基的培养条件下，菌株WANY51应用于产氢所需的培养温度、起始酸碱度以及海带水解液的初始浓度具体如下：培养温度为：20℃～40℃，其中优选35℃；起始酸碱度条件为：pH5.0～9.0，其中优选pH7.0；海带水解液的初始浓度为20％～100％，其中优选海带水解液的初始浓度为80％。产氢菌WANY51应用于产丁醇的优选培养条件为：以海带水解液作为唯一培养基，培养温度为35℃，起始酸碱度为pH7.0，海带水解液的初始浓度为80％。本专利技术的有益效果在于：(1)提供了一株能够高效产氢的菌株WANY51，同时该菌株还具有较高的产丁醇效率。产氢菌WANY51在最适培养条件下的产氢效率高达990.50ml/L，以海带水解液中的最高底物浓度(5g/L)来计算,其产氢量为198.1ml/g，明显高于Park等人(Productionofhydrogenfrommarinemacro-algaebiomassusinganaerobicsewagesludgemicroflora[J].Biotechnology&BioprocessEngineering,2009,14(3):307-315)报道的混合菌群的产氢量(83.28ml/g)以及Liu等人(Fermentativehydrogenproductionfrommacro-algaeLaminariajaponica,usinganaerobicmixedbacteria[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy,2014,39(17):9012-9017)报道的混合菌群的产氢量(83.45ml/g)。(2)本专利技术提供的产氢菌WANY51兼具较高的产丁醇效率，丁醇可作为石油的替代燃料，尤其是可作为一种良好的车用替代燃料。菌株WANY51在产氢最适条件下的丁醇产量高达130.40ml/L，作为工程菌株可在产氢的最适条件下同时高效获得丁醇，有利于发酵控制及降低生产成本。(3)本专利技术提供的菌株WANY51能够在以海带水解液作为唯一培养底物的条件下稳定生长并高效产氢，表明菌株具有底物利用范围广的优点，对海带水解液多组分能够充分利用。常规产氢菌培养基的主要成分为葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨及酵母汁，1L常规培养基的价格约为1.35元，而满足菌株WANY51正常生长及产氢所需的海带水解液价格1L最高也仅为0.52元，为常规培养基价格的38％，因此产氢菌WANY51作为产氢工程菌株具有更加显著的经济效益。附图说明：图1固体培养基上使石蜡发生鼓起的产氢菌WANY51单菌落。图2电子显微镜下产氢菌WANY51的形态。图3不同培养温度下菌株WANY51的产氢效率。图4不同起始酸碱度条件下菌株WANY51本文档来自技高网...

【技术保护点】
产氢菌(Clostridium beijerinckii)WANY51，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号：CGMCC No.14045。

【技术特征摘要】
1.产氢菌(Clostridiumbeijerinckii)WANY51，保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号：CGMCCNo.14045。2.权利要求1所述的产氢菌CGMCCNo.14045在产氢中的应用。3.权利要求1所述的产氢菌CGMCCNo.14045在产丁醇中的应用。4.权利要求2所述的产氢菌CGMCCNo.14045在产氢中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪艳，王红玉，李凯强，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12