[發明專利]一種利用微藻光合自養去除氨氮聯產高直鏈淀粉的方法

有效

• 申請號: 202210404783.4
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114621875B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 姚長洪;申雨韓;張浩宇;潘云云;謝通慧;張永奎
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C12N1/12
• 分類號: C12N1/12;C12P19/04;C02F3/32;C12R1/89;C02F101/16
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種利用微藻光合自養去除氨氮聯產高直鏈淀粉的方法，在以CO₂?碳酸鹽/碳酸氫鹽為緩沖體系的含氮培養液中，連續光照進行培養，維持體系pH，使光合活性維持促進微藻吸收氨氮并積累高直鏈淀粉。在氨氮濃度小于100mg/L時，該體系氨氮去除率為100％，氨氮吸收速率最高為57mg/L/day；所積累淀粉的直鏈支鏈比(A_m/A_p)達1.0?8.6，總淀粉含量最高達到細胞干重的20.45?37.50％，總淀粉濃度達到0.64?0.96g/L，其中直鏈淀粉濃度達到0.36?0.48g/L。與現有微藻生產高直鏈淀粉相比，總淀粉含量最高提高70.4?212.5％，其中直鏈淀粉含量提高38.8?157.5％，總淀粉濃度提高60?140％。此外，可通過調節碳酸鹽的濃度和收獲時間控制A_m/A_p，實現不同等級的高直鏈淀粉定向生產，最高可獲得幾乎完全由直鏈淀粉組成的微藻淀粉。

技術領域

本發明屬于微藻技術領域，具體涉及一種利用微藻去除氨氮聯產高直鏈淀粉的方法。

背景技術

水體中氨氮含量是檢驗水體能否合格排放至外部環境的重要指標之一，主要原因是含氨氮廢水的直接排放會引起水體富營養化污染，導致水體缺氧并進一步影響水生生物的生長，高濃度氨氮還會引起水體富營養化，與魚類血紅蛋白結合造成其窒息甚至死亡。常用的傳統生物法對水體氨氮的除去效率較低，處理后產生大量活性污泥且商業價值極低。面對傳統處理方法的低效率、高耗能、高成本，使用細菌的生物修復一直被認為是一種更好的方法，因為它更便宜，更環保，并導致有毒化合物的完全礦化。盡管使用細菌取得了良好的效果，但降解后產生的生物質目前沒有任何商業價值。此外，大多數有效細菌都是致病的，且生長條件要求也相對苛刻。

微藻作為一種分布廣泛的光合生物，能夠通過光合作用將CO₂和太陽光轉化成生物質并釋放氧氣，具有生長迅速，光合效率高、適應性強、不與糧爭地、易于人工控制、后續附加值高等優點。同時，微藻可以利用氨氮作為氮源生長，每吸收1mg氨氮可以固定1.31～2.41mg CO₂，是緩解溫室效應、實現碳中和的有效途徑之一。然而，目前利用微藻吸收氨氮效率較低，光合自養下氨氮吸收速率在12.0-55.0mg/L/day，其主要問題在于氨氮吸收過程釋放氫離子，導致pH急劇下降，致使微藻光合活性和生理代謝受到抑制，氨氮吸收過程也受到影響。目前控制培養液pH的方法為在線監測并實時添加酸堿，然而這需要額外配置復雜的pH監控裝置，增加操作成本，且對于大量含氨氮廢水的處理較困難。因此需要開發原位pH自控緩沖體系。傳統的生物pH緩沖體系主要基于有機離子型緩沖劑，如三羥甲基氨基甲烷(TRIS)、 3-馬啉丙磺酸(MOPS)、4-羥乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)等。這些緩沖試劑的添加不僅價格昂貴，而且會增加培養體系化學需氧量(COD)，造成二次污染，不適用于實際廢水體系氨氮的去除。因此，開發新型高效低成本無污染緩沖體系，是提高微藻氨氮吸收效率的重要途徑。