無需日照和大量土地的單細胞蛋白飼料來了！

沖刺四季度

含有高濃度氨氮的沼液處理是我國沼氣和生物天然氣產業發展的瓶頸。但在科學家的“魔法”下，這一難題正在被破解。

近日，中國科學院成都生物研究所公布其在沼液生產單細胞蛋白飼料研究項目上獲得新進展——

利用沼液氨氮生產微生物單細胞蛋白飼料的利用途徑和技術路線，可以將高濃度氨氮的沼液轉化為微生物單細胞蛋白飼料供養殖使用。在避免二次污染的同時，實現沼液氨氮的高值生物轉化利用。

這一研究成果，在“碳中和”的語境下，尤其具有現實意義。

談意義 /

構建“氨氮-蛋白氮”一步法轉化氮循環

延伸沼氣和生物天然氣的產業鏈和價值鏈

中國科學院成都生物研究所生物質能源項目組李東研究員是該項目的負責人。

他提到，近年來，厭氧消化技術，也稱沼氣發酵技術，已經被廣泛用于處理畜禽養殖糞污、餐廚垃圾、工業有機廢水廢渣，是國際上公認的有機廢棄物資源化利用主流技術。然而，在生產清潔能源（生物燃氣或生物天然氣）的同時，會產生大量的高氨氮沼液。

當前，沼液利用和處理方式主要有作為肥料還田利用和當作廢水達標處理排放。

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，由于我國種養不平衡，生物燃氣工程周邊土地有限，很難完全消納沼液，當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，將沼液當作廢水進行生物脫氮處理達標排放，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化得到的氮化合物?！霸谧匀唤缰?，氨氮是一種經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，將氨氮轉化為氮氣又排到大氣中，這無疑是一種非常不經濟，甚至是無用的冗余氮循環?！?/p>

在此現實背景下，李東提出：“如果我們進行飼料化利用，構建‘氨氮-蛋白氮’一步法轉化的非常經濟有效的短流程氮循環，不僅可以避免二次污染，還可以實現資源化利用，延伸沼氣和生物天然氣的產業鏈和價值鏈?！?/p>

談進展 /

近期將開展中試

未來有望落地大規模應用

為了實現沼液氨氮的高值生物轉化利用，李東于2016年提出沼液氨氮生產單細胞蛋白飼料的利用途徑和技術路徑。

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、異養和混合營養產單細胞蛋白能力的氫氧化細菌，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合成單細胞蛋白，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合成單細胞蛋白。菌株Y5和D6的單細胞蛋白含量為細胞干重的67.34%～73.73%，遠遠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，當沼液中化學需氧量濃度較高時，可進行異養培養，利用氨氮生產單細胞蛋白；當沼液中化學需氧量濃度較低時，可進行自養培養，利用沼氣或者利用尾氣產生的二氧化碳和氨氮生產單細胞蛋白，助力“碳中和”目標實現。

然而，氫氧化細菌的細胞生物質（菌體干重）濃度較低。為了進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單細胞蛋白的菌株，分別為蜂蜜酵母（Nectaromyces rattu）和白地霉（Galactomycescandidum）。

通過實驗發現，在相同條件下，通過蜂蜜酵母二次發酵，可達到總細胞干重（CDW）12.58g/L，蛋白質含量35.96%；通過白地霉二次發酵，可達到總細胞干重（CDW）9.24g/L，蛋白質含量39.39%。

此外，項目組通過研究還發現，由于有機廢棄物中的硫元素在厭氧消化過程中轉變為硫化氫隨著沼氣流失，因此這兩種酵母單細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，不僅促進含硫氨基酸的合成，還通過促進谷氨酸和谷氨酰胺的合成顯著提高蛋白質含量，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，通過該生物技術處理高濃度氨氮的沼液所得的微生物單細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），生產成本也更低。微生物單細胞蛋白飼料可供養殖使用，比如水產養殖。

李東透露，目前，該項目正處于小試階段，近期將開展中試，未來有望落地大規模應用。

成都商報-紅星新聞記者 彭祥萍

關鍵詞： 單細胞蛋白 蛋白氮 沼液 氨氮 白地霉