一种利用工业废气中二氧化碳的发酵方法与流程

本发明涉及一种利用工业废气中二氧化碳的气体发酵方法，属于生物发酵领域。更具体地，本发明涉及利用工业尾气中的二氧化碳和碱性吸收液通过两段式发酵制备产油微生物和/或产蛋白质微生物的方法。本发明还涉及利用所述两段式微生物发酵方法获得的微生物制备微生物油脂和/或微生物蛋白质。

背景技术：

目前，二氧化碳的大量排放所带来的全球性的极端气候问题已经引起科学界、各国政府以及公众的强烈关注。从1980年至2014年，中国碳排放量一直在增长。虽然2015年和2016年碳排放量略有减少，但是排放总量仍居世界第一。目前，《京都议定书》、《巴黎协定》等都提出减少碳排放是实现减缓气候变化国际合作的重要机制。据报道，2017年全国将大力推广碳交易，碳交易市场将逐步启动，石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、电力、航空八大重点行业被纳入到碳排放权交易的范围。从八大行业配额分配预估来看，二氧化碳的排放量将达50亿吨，是全国碳排放的50％。因此，急需对排放的二氧化碳进行捕集、回收和/或分离处理，以减少其对环境的影响。

减少大气中二氧化碳的主要手段是二氧化碳固定(简称“固碳”)技术。氨水和/或有机胺法作为化学固碳方法之一，已被最广泛地应用于各类工业脱碳中。其中，利用氨水和/或有机铵类(mea、dea、amp、meda、tea等)吸收二氧化碳，生成的碳酸氢铵经浓缩以进一步用于分解提纯二氧化碳或者生产碳酸氢铵化肥。然而，该过程的浓缩和提纯阶段将消耗大量的能量，而液氨的昂贵价格和/或浓缩碳酸氢铵溶液的高成本极大程度地限制了该固碳法用于固定工业废气中二氧化碳的应用。此外，二氧化碳的高热力学稳定性也使其难以被活化转化为有用的化学品。

生物技术在现代工业生产中的应用愈发广泛，而生物发酵是生物技术产业化的重要环节。常规的发酵技术采用含淀粉或糖类(如葡萄糖、果糖)等原料作为碳源，利用微生物细胞或酶的生物催化功能，进行大规模的物质加工与转化，用于生成目标产物如乙醇、乙酸、味精等高附加值产品。虽然生物发酵产业的技术水平逐年提高，且已在延伸产业链方面取得了一定的成绩，但是，在当前的微生物发酵工艺，尤其是微生物发酵生产微生物油脂和微生物蛋白质的工艺中，原料成本仍占总生产成本的60％以上，其中碳源的成本最高。因此，本领域需要一种微生物发酵方法，其能够通过采用低成本的替代性原料的发酵工艺获得产油微生物和/或产蛋白质微生物，从而不仅能降低综合成本，还能精简发酵工艺，且环境友好。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种微生物发酵方法，其利用工业废气中的二氧化碳和碱性吸收液进行两段式发酵，该发酵过程经济高效，环境友好。

本发明的另一个目的是提供一种生产微生物油脂和/或微生物蛋白质的方法，以及通过该方法生产的微生物油脂和/或微生物蛋白质。

因此，本发明第一方面提供一种微生物发酵方法，其包括：

(a)利用碱性吸收液吸收工业废气中的二氧化碳，产生含有碳酸氢盐的溶液；

(b)基于(a)中产生的含有碳酸氢盐的溶液并补充含有氢气的合成气，在厌氧条件下进行第一段发酵，得到含有乙酸盐的发酵产物；和

(c)基于(b)中产生的含有乙酸盐的发酵产物，在好氧条件下进行第二段发酵，得到含有产油微生物和/或产蛋白质微生物的发酵产物。

本发明的第二方面提供一种生产微生物油脂和/或微生物蛋白质的方法，所述方法包括：

(a')采用如权利要求1所述的方法进行微生物发酵，获得含有产油微生物和/或产蛋白质微生物的发酵产物；和

(b')对(a')中获得的含有产油微生物和/或产蛋白质微生物的发酵产物进行细胞破碎处理，分离获得微生物油脂和/或微生物蛋白质。

本发明的第三方面提供经本发明的生产微生物油脂和/或微生物蛋白质的方法获得的微生物油脂和/或微生物蛋白质。

本发明利用工业废气中的二氧化碳和碱性吸收液作为发酵原料，产生的碳酸氢盐无需浓缩处理即可直接作为碳源和氮源用于发酵获得产油微生物，其显著降低了发酵工艺的综合成本，精简高效、环境友好。所获得的产油微生物可经进一步加工以获得高附加值的工业油脂和菌体蛋白，具有很高的市场应用前景。

附图说明

图1是wood-ljungdahl途径的示意图。

图2说明本发明微生物发酵方法的示例性流程。

图3是本发明实施例1的厌氧发酵乙酸生成量曲线。

图4是本发明实施例1的好氧发酵菌体od变化曲线。

图5是本发明实施例2的厌氧发酵乙酸生成量曲线。

图6是本发明实施例2的好氧发酵菌体od变化曲线。

图7说明本发明方法的第一段发酵的一般流程。

图8说明本发明方法的第二段发酵的一般流程。

具体实施方式

本发明的发明人通过长期而深入的研究，开发出了一种利用工业废气中的二氧化碳和碱性吸收液为原材料，经两段式发酵获得产油和/或产蛋白质微生物的新方法。本方法的发酵方法与现有技术完全不同，其中，本发明方法允许以工业废气和碱性吸收液(如工业废碱)作为原材料进行发酵，将所述废气/废料转化为可利用资源，在保护环境的同时大大降低了发酵所需的原料成本；本发明的发酵方法中，产生的碳酸氢盐无需经历耗时、高成本的浓缩处理即可直接用于本发明的二段式发酵，获得产油和/或产蛋白质微生物；本发明的二段式发酵工艺改变了传统化工气体液化冗长的转化工艺，能够实现高附加值产品的精简、连续生产。

通过本发明的方法生产的产油微生物和/或产蛋白质微生物可经进一步处理以获得微生物油脂和/或微生物蛋白质。其中，微生物油脂经再加工可制备柴油如生物柴油、汽油、生物航煤、油脂化工原料、功能性油脂或其它高附加值产品，而微生物蛋白质经再加工可生产高蛋白食品、食品添加剂、饲料等。

术语说明

本文中所用的术语“工业废气”，是指企业厂区内燃料燃烧和/或生产工艺过程中产生的待排入空气的含有污染物各种气体的总称。所述废气通常包括：二氧化碳、二硫化碳、硫化氢、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氢、一氧化碳、硫酸(雾)铅汞、铍化物、烟尘及生产性粉尘。所述废气在排入大气之后会造成空气污染。这些物质通过不同的途径(例如，通过呼吸道)进入人体之后，可能会对人体产生直接危害，和/或蓄积人体内，更加持久、严重地危害人体健康。

本文中所用的术语“发酵”是指人们借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来获取微生物菌体本身、其直接代谢产物，或者其次级代谢产物的过程。“气体发酵”一般多指合成气气体发酵；具体地，是指将发酵过程中的原料物质全部或部分地用气体替代，进行微生物发酵，得到所需发酵产物的过程。术语“好氧发酵”是指利用好氧微生物通过自身的生命活动，通过氧化、还原与合成，把一部分原料转化成无机质以提供微生物生长所需的能量，另一部分原料转化成微生物合成新细胞所需的营养物质，以获得目标产物的过程。术语“厌氧发酵”是指在没有游离氧的条件下，以厌氧微生物为主对原料进行降解、转化，生成目标产物的过程。

微生物发酵方法

本发明提供一种微生物发酵方法，本发明的微生物发酵方法利用工业废气中的二氧化碳和碱性吸收液进行发酵。

在本发明的一些实例中，所述工业废气的来源选自下组的一种或多种：火力发电厂、钢铁厂、有色金属冶炼厂、化工厂、垃圾焚烧厂、工厂锅炉等，或其两种或更多种的组合。具体地，火力发电厂包括燃煤发电厂、天然气发电厂、燃油发电厂、生物质发电厂、垃圾焚烧发电厂等；化工厂包括煤化工厂、石油化工厂、造纸厂等。所述工业废气包含二氧化碳。在一些具体实例中，以所述工业废气的总体积为100％计，该工业废气中包含高于约3％的二氧化碳，例如，高于约5％，优选高于约8％的二氧化碳。在一个或多个具体实例中，以所述工业废气的总体计为100％计，该工业废气中可包含3％～30％的二氧化碳，例如，5％～30％、8％～30％的二氧化碳。在一些实例中，所述工业废气还可包含选自下组的一种或多种其它组分：硫化氢、氟化物(如六氟化硫、三氟甲烷、六氟乙烷等)、氮氧化物(如一氧化氮、二氧化氮等)、二氧化硫、氯化氢、一氧化碳、卤素及其衍生物、二硫化碳、硫酸、三氧化硫、烟尘及生产性粉尘等。在一些具体实例中，所述工业废气还包含二氧化硫和氮氧化物(如nox)。

本发明的碱性吸收液一般是碱性水性溶液。所述碱性吸收液中包含的物质包括但不限于：氨、碳酸钠(纯碱)、氢氧化钠(烧碱)、有机胺或氢氧化钾等，或上述两种或更多种的组合。在一个或多个实例中，所述碱性吸收体液包含有机胺。有机胺的示例包括但不限于：脂肪胺类、醇胺类、酰胺类、脂环胺类、芳香胺类、萘系胺类等物质。在一个或多个实例中，所述碱性吸收液包含氨水。在一个或多个具体实例中，以所述碱性吸收液的总质量为100％计，所述碱性吸收液中所含的氨(nh3)具有低至15％，例如，低至12％、低至10％、低至8％、低至5％或低至1％的质量分数。在一些具体实例中，所述碱性吸收液包含稀氨水，例如，氨的质量分数在1％～15％范围内，例如，2％～12％、5％～10％、6％～8％，或以上述任意两个数值为端点形成的范围。在一个或多个实例中，所述碱性吸收液包含氨水和有机胺。在一个或多个具体实例中，以所述碱性吸收液的总重量为100％计，所述碱性吸收液中，氨、碳酸钠、氢氧化钠、有机胺、氢氧化钾的总浓度范围是3％～30％，例如，3％～5％、5％～8％、8％～10％、10％～15％、15％～20％、20％～25％或25％～30％，或以上述任意两个数值为端点形成的范围。优选地，所述碱性吸收液是废碱溶液，例如，工业废碱溶液。在一个或多个具体实例中，以所述废碱溶液的总重量为100％计，所述废碱溶液中，氨、纯碱、烧碱、有机胺、氢氧化钾的总浓度范围是3％～30％，例如，3％～5％、5％～8％、8％～10％、10％～15％、15％～20％、20％～25％或25％～30％，或以上述任意两个数值为端点形成的范围。

在本发明的一个或多个实例中，所述碱性吸收液对工业废气中二氧化碳的吸收率是至少85％，例如，至少88％、优选至少90％、更优选至少95％，以该工业废气中原始包含的二氧化碳体积为100％计。在本发明的一些实例中，除吸收二氧化碳外，所述碱性吸收液还能吸收工业废气中的其它组分，例如但不限于，二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物、烟尘和粉尘中的一种或多种物质。在一些优选实例中，可在工业废气接触碱性吸收液之前，对该废气进行过滤除尘(例如，烟尘和粉尘)处理。该过滤除尘处理可采用本领域常用的技术手段进行，例如，采用除尘管、静电滤网等。在本发明的一些实例中，利用碱性吸收液吸收工业废气中二氧化碳的过程可在一个或多个吸收塔中进行。

在本发明的上述方法中，通过用碱性吸收液吸收工业废气中二氧化碳，产生含有碳酸氢盐的溶液。本领域技术人员应理解，该溶液中所含的碳酸氢盐的种类与所采用的碱性吸收液相关联。一般而言，该溶液中所含的碳酸氢盐的典型示例包括但不限于：碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸氢钾等，或其两种或更多种的混合物。在一些具体实例中，以含有碳酸氢盐的溶液的总重量为100％计，该溶液中具有至少3％的碳酸氢盐，例如，至少5％、至少8％、至少10％、至少12％的碳酸氢盐。在一些示例性的实例中，以含有碳酸氢盐的溶液的总重量为100％计，该溶液中一般可具有3％～30％的碳酸氢盐，例如，5％～25％、8％～20％、10％～15％的碳酸氢盐。在一个或多个实例中，所述含有碳酸氢盐的溶液包含碳酸氢铵。在一些具体实例中，以含有碳酸氢盐的溶液的总重量为100％计，该溶液中具有至少1％的碳酸氢铵，例如，至少3％、至少5％、至少8％、至少10％、至少12％的碳酸氢铵。在一些示例性的实例中，以含有碳酸氢盐的溶液的总重量为100％计，该溶液中一般可具有3％～30％的碳酸氢钠，例如，5％～25％、8％～20％、10％～15％的碳酸氢钠。

不受理论限制且仅出于示例性目的，上述碱性吸收液吸收工业废气中的二氧化碳的过程可涉及(但不限于)如下化学过程：

工业废气中的二氧化碳在水中溶解的化学平衡：

稀氨水的化学平衡：

当溶液中的oh^-遇到h⁺时，将中和生成h2o，反应向生成oh^-和h⁺的方向进行，即：

co2+nh3h2o＝nh4hco3方程式(3)

应理解，本领域技术人员能够根据碱性吸收液中所含物质而相应地知晓并确定所述吸收过程中涉及的具体化学过程。

本发明的上述方法一般涉及两段式发酵。所述两段式发酵具体包括：在厌氧条件下进行第一段发酵，和在好氧条件下进行第二段发酵。

本发明方法中，第一段发酵是厌氧发酵。所述第一段发酵基于如上所述产生的含有碳酸氢盐的溶液进行。在本发明的一些实例中，如上所述产生的含有碳酸氢盐的溶液无需浓缩处理即可用于后续发酵。任选地，所述含有碳酸氢盐的溶液可在发酵之前经过滤处理，以滤除吸收烟气过程中残留的烟尘等固体颗粒。该过滤处理无特别限制，其可采用本领域常用的技术手段，按需选择具有特定尺寸或目数的过滤器进行。

一般而言，所述第一段发酵包括：

在发酵原料中接入微生物种子液；和

在厌氧条件下进行发酵；

其中，所述含有碳酸氢盐的溶液可在所述发酵起始时就存在于发酵原料中，和/或在所述发酵期间流加至发酵液中。

在一些实例中，所述流加可以补料的方式进行。

在一些实例中，通常将第一段发酵环境(例如，发酵罐)中的碳酸氢盐浓度控制在约0.5g/l～约10g/l的范围内，例如控制在约1g/l～约8g/l、约1.5g/l～约6g/l，约2g/l～约4g/l，或以上述任意两个数值为端点形成的范围。

在本发明方法中，向所述第一段发酵通入含有氢气的合成气。在本发明的一些实例中，以所述合成气的总体积为100％计，该合成气包含至少25％的氢气，优选至少50％，更优选至少75％的氢气。在一些实例中，所述合成气包含约100％的氢气。对于氢气的来源无特别的限制，除常规工业制氢之外，还可考虑合成氨剩余氢、化工厂剩余氢等氢气来源。在一些优选实例中，所述合成气经控制以一定的速度通入，从而使氢气的通入速度保持在约0.1～2vvm的范围，例如，约0.1～0.5vvm、约0.5～1.0vvm、约0.1～1.8vvm、约0.5～1.5vvm或约1.0～1.5vvm。

在一些实例中，所述合成气还可包含一氧化碳和/或二氧化碳。在一个或多个具体实例中，以所述合成气的总体积为100％计，所述合成气还可包含至多75％的一氧化碳，例如1％～75％，例如，5％～60％、10％～50％、15％～40％、20％～30％的一氧化碳，或以上述任意两个数值为端点形成的范围。在一个或多个具体实例中，以所述合成气的总体积为100％计，所述合成气还可包含至多25％的二氧化碳，例如，1％～25％，例如，2％～20％、5％～15％的二氧化碳，或以上任意两个数值为端点形成的范围。

在本发明的上述方法中，第一段发酵采用厌氧发酵微生物进行。在一些实例中，所述厌氧发酵微生物包括产氢产乙酸菌。所述产氢产乙酸菌的实例包括但不限于：嗜热纤维梭菌(clostridiumthermoaceticum)、脱硫肠状菌(desulfotomaculumsp.iso-w2)等。在一个或多个实例中，所述厌氧发酵微生物包括产氢产乙酸菌的共生菌和/或可降解氨基酸的细菌。所述产氢产乙酸菌的共生菌的实例包括，例如sedimentibactersp.jn18-a14-h等。所述可降解氨基酸的细菌的实例包括，例如clostridiumhydroxybenzoicum等。在一个或多个实例中，所述厌氧发酵微生物可包括选自下组的一种或多种：梭菌属(clostridium)、穆尔氏菌属(moorella)、火球菌属(pyrococcus)、真细菌属(eubacterium)、脱硫杆菌属(desulfobacterium)、氧化碳嗜热菌属(carboxydothermus)、产醋菌属(acetogenium)、醋酸杆菌属(acetobacterium)、厌氧醋菌属(acetoanaerobium)、丁酸杆菌属(butyribaceterium)、消化链球菌属(peptostreptococcus)和劳尔式菌属(ralstonia)，或它们的两种或更多种组合。示例性地，适用于第一段发酵的微生物可包括选自下组的一种或多种：产氢产乙酸菌(如desulfotomaculumsp.iso-w2、clostridiumthermoaceticum等)、产氢产乙酸菌的共生菌(如sedimentibactersp.jn18-a14-h等)、可降解氨基酸的细菌(如clostridiumhydroxybenzoicum等)、梭菌属(如clostridiumljungdahlii等)、穆尔氏菌属(如moorellathermoacetica等)、火球菌属(如pyrococcusfuriosus等)、真细菌属(如eubacteriumlimosum等)、脱硫杆菌属(如desulfobacteriumautotrophicum等)、氧化碳嗜热菌属(如carboxydothermushydrogenoformans等)、产醋菌属(如acetogeniumkivui等)、醋酸杆菌属(如acetobacteriumwoodii等)、厌氧醋菌属(如acetoanaerobiumnoterae等)、丁酸杆菌属(如butyribaceteriummethylotrophicum等)、消化链球菌属(如peptostreptococcusproductus等)和劳尔式菌属(如ralstoniaeutropha等)，或它们的两种或更多种组合。

在示例性的实例中，第一段发酵的微生物接种量在0.5％～40％范围内，例如，1％～35％、1.5％～32％、2％～30％等。本发明中，“接种量”指接种的微生物种子液与接种后培养液的体积之比。

在示例性的实例中，第一段发酵的发酵温度在25℃～80℃范围内，例如35℃～75℃或50℃～70℃。

在示例性的实例中，第一段发酵的ph在6.0～8.0范围内，例如6.5～7.5或6.8～7.2。

在示例性的实例中，第一段发酵的发酵培养时间在24～240小时范围内，例如48～240小时、72～240小时、96～240小时等。

对于第一段发酵中采用的发酵液无特别的限制，只要其适合接种于其中的厌氧发酵微生物生长、繁殖并合成所需产物即可。在一些示例性的实例中，所述发酵液可包含(但不限于)选自下组的一种或多种：酵母提取物、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、硫酸镁、三氯化铁、硫酸锰、硫酸锌、钼酸钠等物质。

经本发明方法的第一段发酵产生的发酵产物包含乙酸盐。在一些实例中，所述乙酸盐包括乙酸铵。在另一些实例中，所述乙酸盐包括乙酸铵、乙酸钠、乙酸钾或其任意组合。在一个或多个实例中，所述发酵产物可包含至少1重量％，例如，至少2重量％，优选至少4重量％的乙酸盐(例如，乙酸铵)。在示例性的实例中，所述发酵产物一般可包含1重量％～10重量％，例如，2重量％～8重量％、3重量％～6重量％的乙酸盐(例如，乙酸铵)。

不受理论限制，在一些示例性的实例中，所述第一段发酵中，通过碱性吸收液吸收工业废气中的二氧化碳所产生的溶液中的no3^-、nh4⁺(如来自碳酸氢铵)均可作为供厌氧微生物生长的氮源，而该溶液中的hco3^-可作为供厌氧微生物生长所需的碳源。

此外，不受理论限制且仅出于示例性目的，该第一段发酵中还可涉及经由wood-ljungdahl途径(示于图1)的气体发酵。具体的发酵机理如下：co2在甲酸脱氢酶、四氢叶酸和蛋白酶的作用下形成甲基，co2和co在一氧化碳脱氢酶(codh)的作用下形成羰基。甲基、羰基和辅酶a在酶的催化作用下形成中间产物乙酰辅酶a。乙酰辅酶a在乙酰磷酸转移酶的作用下最终生成乙酸和atp(具体途径如图1所示)。此外，两分子的乙酰辅酶a在转移酶的作用下可转化为乙酰乙酰辅酶a，在酶的催化下，可以进一步生成丁酸和丁醇。在整个过程中，h2在氢化酶的氧化下生成具有还原性的氢和电子，碳源可在还原性的氢的作用下转化，产生较高的转化率。若体系中缺少h2或者氢化酶，部分co也会在一氧化碳脱氢酶的作用下产生还原性物质co2，但与前者相比，碳的转化率会下降。

本发明方法中，第二段发酵是好氧发酵。所述第二段发酵基于上述第一段发酵产生的包含乙酸盐的发酵产物进行。在本发明的一些实例中，第一段发酵产生的包含乙酸盐的发酵产物无需额外处理即可用于第二段发酵。

一般而言，所述第二段发酵包括：

在发酵原料中接入微生物种子液；和

在好氧条件下进行发酵；

其中，所述包含乙酸盐的发酵产物可在所述发酵起始时就存在于发酵原料中，和/或在所述发酵期间流加至发酵液中。

在一些实例中，所述流加可以补料的方式进行。

在一些实例中，通常将第二段发酵环境(例如，发酵罐)中的乙酸盐的浓度控制在约0.05重量％～1重量％的范围内，例如控制在0.05重量％～0.8重量％、0.05重量％～0.5重量％、0.08重量％～1重量％、0.1重量％～0.5重量％，或以上述任意两个数值为端点形成的范围。在一些实例中，通常将第二段发酵环境(例如，发酵罐)中的乙酸铵的浓度控制在约0.05重量％～1重量％的范围内，例如控制在0.05重量％～0.8重量％、0.05重量％～0.5重量％、0.08重量％～1重量％、0.1重量％～0.5重量％，或以上述任意两个数值为端点形成的范围。

所述第二段发酵采用好氧发酵微生物进行。在一些实例中，所述好氧发酵微生物包括酵母、紫色非硫光合细菌、霉菌，产油微藻，或其两种或更多种的组合。示例性地，适用于第二段发酵的微生物可包括但不限于：

选自下组的一种或多种酵母：浅白色隐球酵母(cryptococcusalbidus)、弯隐球酵母(cryptococcusalbidun)、斯达氏油脂酵母(lipomycesstarkeyi)、茁芽丝孢酵母(trichospironpullulans)、产油油脂酵母(lipomyceslipofer)、胶粘红酵母(rhodotorulagiutinis)、类酵母红冬孢(rhodosporidiumtoruloides)、亚罗解脂酵母(yarrowialipolytica)、产朊假丝酵母(candidautilis)、热带假丝酵母(candidatropicalis)、园拟酵母(torulautilis)、球拟酵母(torulopsisutilis)、酿酒酵母(saccharomycescerevisiae)、亚罗解脂酵母(yarrowialipolytica)，或它们的两种或更多种的组合；和/或，

选自下组的一种或多种霉菌：土霉菌(asoergullusterreus)、紫瘫麦角菌(clavicepspurpurea)、高粱褶抱黑粉菌(tolyposporium)、高山被孢霉(mortierellaalpina)、深黄被孢霉(mortierrellaisabellina)，或它们的两种或更多种的组合；和/或，

选自下组的一种或多种紫色非硫光合细菌：沼泽红假单胞菌(rhodopseudomonaspalustris)、类球红假单胞菌(rhodobactersphaeroides)、嗜酸红假单胞菌(rhodopseudomonasacidophilus)、荚膜红假单胞菌(rhodopseudomonascapsulata)、红螺菌(rhodospirillum)，或它们的两种或更多种的组合；和/或

选自下组的一种或多种产油微藻：硅藻(bacillariophyta)、红藻(rhodophyta)、金藻(chrysophyta)、褐藻(phaeophyceae)、绿藻(chlorophyta)、甲藻(dinoflagellates)、隐藻(cryptophyta)、黄藻金藻724s(isochrysissp.)、球等鞭金藻(isochrysisgalbanaparke)，微拟球藻(nannochloropsissp.)、东营小球藻(chlorellasp.)、小球藻688s(chlorellacapsulataguillard)、角毛藻cs178(chaetoceroscalcitranscs178)和陆兹尔巴夫藻cs182(pavlovalutherics182)、原始小球藻(chlorellaprotothecoides)紫球藻(porphyridiumcruentum)、舟形藻(naviculajeffreyihallegraeffetburford)，或它们的两种或更多种的组合。

在示例性的实例中，所述第二段发酵的微生物接种量在0.5％～40％范围内，例如，1％～35％、1.5％～32％、2％～30％等。

在示例性的实例中，所述第二段发酵的发酵液的ph在6.5～8.0的范围内，例如6.5～7.5、6.5～7.0或6.5～6.8。

在示例性的实例中，所述第二段发酵的发酵温度在25℃～40℃范围内，例如25℃～35℃或28℃～32℃。

在示例性的实例中，所述第二段发酵的通气量在0.1～5.0vvm范围内，例如0.1～0.5vvm、1.0～1.8vvm或1.2～1.8vvm。

在示例性的实例中，所述第二段发酵的发酵时间在24～168小时范围内，例如48～168小时、72～168小时等。

对于第二段发酵中采用的基础发酵原料无特别的限制，只要其适合接种于其中的耗氧发酵微生物生长、繁殖并合成所需产物即可。例如，所述基础发酵原料还可按需含有酵母膏、硫酸镁以及钾盐等。其中，钾盐可以是磷酸氢二钾、磷酸二氢钾或其任意混合物。在一些示例性的实例中，基础发酵原料中酵母膏的含量为0.05～2.5g/l，如0.1～2.5g/l、0.1～2.0g/l、0.3～2.0g/l、0.3～1.5g/l、0.5～1.5g/l、0.5～2.0g/l等；和/或，硫酸镁的含量为0.05～2.5g/l，如0.1～2.5g/l、0.1～2.0g/l、0.3～2.0g/l、0.3～1.5g/l、0.5～1.5g/l、0.5～2.0g/l等；和/或，钾盐的含量为0.05～5.0g/l，如0.1～5.0g/l、0.1～4.0g/l、0.3～3.0g/l、0.3～2.0g/l、0.5～4.0g/l、0.5～3.0g/l等。在一些示例性的实例中，基础发酵原料含有的钾盐：磷酸氢二钾0.05～2.5g/l，如0.1～2.5g/l、0.1～2.0g/l、0.3～2.0g/l、0.3～1.5g/l、0.5～1.5g/l、0.5～2.0g/l等；和/或，磷酸二氢钾0.05～2.5g/l，如0.1～2.5g/l、0.1～2.0g/l、0.3～2.0g/l、0.3～1.5g/l、0.5～1.5g/l、0.5～2.0g/l等。

经本发明方法的第二段发酵的发酵产物包含产油微生物和/或产蛋白质微生物。在一些具体实例中，第二段发酵的发酵产物可具有高于3重量％的产油微生物和/或产蛋白质微生物。在一些实例中，可从所述发酵产物收集包含上述产油微生物和/或产蛋白质微生物，供于后续处理加工。

不受理论限制且仅出于示例性目的，该第二段发酵可涉及(但不限于)如下化学过程：

微生物(以酵母为例)利用乙酸和铵离子生长：

34ch3cooh+20o2+4nh4oh＝4c10h21o5n+28co2+36h2o方程式(4)

合成气通过厌氧发酵转化为乙酸的阶段：

2nh4hco3+4h2＝(nh4)2c2h4o2+2h2o方程式(5)

乙酸通过好氧发酵获得产油微生物的发酵产物阶段：

52c2h4o2+14.5o2＝c57h104o6+47co2方程式(6)

之后，所述产油微生物随后可经进一步处理以获得油脂，该油脂经后续加工可生成高附加值油产品：

c57h104o6+3h2o＝3c17h33cooh(柴油)+c3h8o3(甘油)方程式(7)

应理解，本领域技术人员能够根据发酵过程中所含具体物质而相应地知晓并确定所述发酵过程中涉及的具体化学过程。

生产微生物油脂和/或微生物蛋白质的方法

一种生产微生物油脂和/或微生物蛋白质的方法，所述方法包括获得根据本发明的微生物发酵方法产生的产油和/或产蛋白质微生物。

在一些实例中，对如上所述获得的产油和/或产蛋白质微生物进行浓缩。在一个或多个具体实例中，所述浓缩方法包括但不限于：蝶式离心、板框过滤、絮凝沉降或气浮，或其中两种或更多种的任意组合。

在一些实例中，对所获得的产油和/或产蛋白质微生物进行破碎。在一个或多个具体实例中，所述破碎可通过选自下组的一种或多种方式进行：高压匀浆破碎、超声波破碎、生物酶破碎、超临界流体细胞破碎、螺杆挤压破碎，或其任意组合。

在一些实例中，对经破碎处理的产油和/或产蛋白质微生物进行油脂分离。在一个或多个具体实例中，所述油脂分离可通过选自下组的一种或多种方式进行：膜分离、萃取，或其任意组合。

在一些实例中，所述方法还包括菌体蛋白干燥。在一个或多个具体实例中，所述菌体蛋白干燥可通过选自下组的一种或多种方式进行：滚筒干燥、喷雾干燥、烘箱干燥，或其任意组合。

微生物油脂和/或微生物蛋白质

本发明提供微生物油脂和/或微生物蛋白质，其通过本发明的生产微生物油脂和/或微生物蛋白质的方法获得。

在一个或多个实例中，根据本发明方法获得微生物油脂可用于油脂化工原料例如脂肪酸、脂肪醇的工业生产。在一个或多个实例中，根据本发明方法获得微生物油脂可用于生物柴油、生物汽油、生物航油的加工和生产。

在一个或多个实例中，根据本发明方法获得的微生物蛋白质可经加工以用于生产高蛋白食品、高蛋白饲料、食品添加剂的制备生产。

实施例

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。本领域技术人员可对本发明做出适当的修改、变动，这些修改和变动都在本发明的范围之内。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1.利用电厂尾气中的二氧化碳发酵制备产油和/或产蛋白质微生物

出于方便理解的目的，本实施例的微生物发酵的具体流程示于图2。

电厂烟气的二氧化碳吸收

烟气来源于燃煤发电厂尾气，尾气中包含10％～15％的二氧化碳，还有少量的so2、nox(no和/或no2)。烟气经过电厂的静电除尘网进行除尘。

所补充的氢气来源于合成氨剩余的氢气，所用吸收塔是100l吸收罐，吸收液为稀氨水，氨水的质量分数为8重量％。经检测，烟气中co2的吸收效率为95％，so2和nox基本被完全吸收。

稀氨水由吸收塔顶部向下喷淋，流速为5al/h，烟气以2.5am³/h由吸收塔底部通入，吸收塔温度控制在25±5℃，压力0.3mpa，吸收后液体通过膜过滤(所用的膜是上海朗极陶瓷膜，单膜过滤面积0.48m²，总过滤面积2.88m²，孔径0.5μm)除尘，存放在两个100l储液罐内，储液罐压力为0.4mpa，常温放置备用。

吸收结果：经过36小时，获得172l含有碳酸氢盐的溶液，其中含有13.3重量％的碳酸氢铵。

第一段发酵

发酵培养的产乙酸菌来源于atcc49707。所用厌氧发酵罐是50l发酵罐。所用的膜是上海朗极陶瓷膜，单膜过滤面积0.48m²，总过滤面积1.44m²，孔径0.5μm。所用的破碎酵母细胞设备是均质机。

气体成分的检测和比较：通过气相色谱(安捷伦-7890)，使用面积归一法进行计算。选用得到色谱柱为13x分子筛柱(柱长3m，内径3mm)，选用氦气作为载气。

第一段发酵的一般过程如图7所例示。

所用培养基配方为：kh2po41.4g、k2hpo41.1g、mgso4·s2o0.5g、nahco35.04g、酵母提取物10g、吗啉基乙磺酸(mes)10g、atcc1754petc微量元素溶液10ml、0.2％刃天青钠盐0.5ml、3％半胱氨酸溶液10ml，定容25l。

发酵流程：按配放配制培养基于发酵罐内，121℃、30分钟灭菌，降温到60℃。将产乙酸摇瓶菌种1l接种至50l发酵罐，控制发酵罐温度为60℃，通入1vvm的氢气，搅拌转速100～300rpm、罐压0.03～0.05mpa，用5mol/l的氢氧化钠控制ph在约7.0；将从吸收塔吸收后的富液(富含碳酸氢铵的吸收液)经过陶瓷膜过滤后，以补料的方式流加至50l厌氧发酵罐内，控制发酵罐内碳酸氢铵浓度3g/l左右。待发酵罐内乙酸铵的浓度为5重量％进行陶瓷膜过滤，清液到下游储罐，浊液回发酵罐，控制过膜流量、回流流量保证流出的清液中的乙酸铵浓度为3.6重量％～7.3重量％。

检测：发酵开始后开始取样检测，以后每2小时取样一次，检测内容为od、nh4⁺、乙酸铵浓度。

od的测定：使用可见分光光度计(上海菁华722s可见分光光度计)将可见分光光度计的波长调至600nm，预热30分钟后检测，取将发酵液样品放入1cm宽的玻璃比色皿中进行检测，检测时将样品稀释至od值在0.2～0.6的范围之间。

乙酸铵浓度的检测：乙酸铵浓度的检测是使用液相色谱(安捷伦-1260)进行检测，检测条件为：色谱柱c18，规格250mm，检测条件为：色谱柱检，流动相：0.01mol/l磷酸二氢钠溶液(用磷酸调节ph值为3.0)；流速：1.0ml/分钟；柱温：30℃；检测波长：210nm。nh4⁺使用铵试纸检测。

发酵结果：发酵罐培养168小时，结束发酵，得到含有乙酸盐的溶液236l，其中包含5.4重量％的乙酸铵。

第二段发酵

第二次发酵采用的微生物为解脂耶氏酵母yarrowialipolyticacicc32291。所用的好氧发酵罐是50l的发酵罐。

所用培养基成分为：磷酸二氢钾1.0g/l、磷酸氢二钾2.0g/l、七水合硫酸镁2.0g/l、酵母膏2g/l、微量元素溶液10ml(二水合柠檬酸钠5.0g、mnso4·h2o1.0g、fe(so4)2(nh4)2·6h2o0.8g、cocl2·6h2o0.2g、znso4·7h2o0.2mg、cucl2·2h2o20.0mg、nicl2·6h2o20.0mg、na2moo4·2h2o20.0mg、去离子水1l)，定容25l。

检测：发酵开始后开始取样检测，以后每2小时取样一次，检测内容为od、乙酸浓度。

od的检测：od的检测是使用可见分光光度计(上海菁华722s可见分光光度计)，检测波长为600nm，将发酵液样品放入1cm宽的玻璃比色皿中进行检测。

乙酸铵浓度的检测：乙酸铵浓度的检测是使用液相色谱(安捷伦-1260)进行检测，采用色谱柱c18(规格250mm)。检测条件为：色谱柱检，流动相：0.01mol/l磷酸二氢钠溶液(用磷酸调节ph值为3.0)；流速：1.0ml/分钟；柱温：30℃；检测波长：210nm。

发酵控制：按配放配制培养基于发酵罐内，121℃、30分钟灭菌，降温到29℃；将摇瓶菌种1l接种至50l发酵罐，控制发酵罐温度为29℃，控制通入1～6m³/h的空气、搅拌转速100～300rpm控制溶氧＞30％、罐压0.05mpa，用1mol/l的硫酸控制ph7.0；发酵20小时后开始流加第一次发酵得到的含有乙酸铵的溶液，控制乙酸铵浓度为0.1重量％～0.3重量％；当发酵罐中发酵液体积达到80％后进行膜过滤，清液去废液罐，浊液回到发酵罐继续发酵，维持发酵体积在75％左右。

当发酵液中菌体达到5重量％后，体积达到80％后进行膜过滤，弃去清液，收集浊液至储罐，准备产品处理。

发酵结果：发酵进行96小时，期间流加含有乙酸铵的溶液125l。结束发酵时，收集到的发酵液中菌体浓度为7.8重量％，体积39l。

产品后处理

所得目标菌体经破壁、分离后获得工业油脂1.5kg，微生物蛋白1.3kg。

实施例2.利用炼钢厂高炉废气中的二氧化碳发酵制备产油和/或产蛋白质微生物

炼钢厂高炉废气的综合利用

烟气来源于炼钢厂锅炉废气，尾气中包含18％～26％的二氧化碳，还有少量的co、so2、nox。烟气经过湿法除尘和静电除尘处理。

所用吸收塔是100l吸收罐，吸收液为稀氨水，氨水的质量分数为6重量％。经检测，烟气中co2的吸收效率为90％。so2和nox基本被完全吸收。

稀氨水由吸收塔顶部向下喷淋，流速为6al/h，烟气以3am³/h由吸收塔底部通入，吸收塔温度控制在25±5℃，压力0.3mpa，氨水吸收经过两次循环吸收，吸收后液体通过膜过滤(所用的膜是上海朗极陶瓷膜，单膜过滤面积0.48m²，总过滤面积2.88m²，孔径0.5μm)除尘，存放在两个100l储液罐内，储液罐压力为0.4mpa，常温放置备用。

吸收结果：发酵经过48小时，获得含有碳酸氢盐的溶液144l，其中含有11.6重量％的碳酸氢铵。

第一段发酵

发酵培养的产乙酸菌来源于atcc49707。所用厌氧发酵罐是50l发酵罐。所用的膜是上海朗极陶瓷膜，单膜过滤面积0.48m²，总过滤面积1.44m²，孔径0.5μm。

所补充的合成气包含h2和co，其来源于焦炉煤气。该焦炉煤气经过脱焦、脱硫、脱硝、除氧等处理，以待用作发酵中补充的合成气。经测定，该合成气包含(以体积计)：h258％～65％、co18％～23％、ch43％～5％、n26％～8％。

气体成分的检测和比较：通过气相色谱(安捷伦-7890)，使用面积归一法进行计算。选用得到色谱柱为13x分子筛柱(柱长3m，内径3mm)，选用氦气为载气。

第一段发酵的一般过程如图7所例示。

所用培养基配方为：kh2po41.4g、k2hpo41.1g、mgso4·s2o0.5g、nahco35.04g、酵母提取物10g、吗啉基乙磺酸(mes)10g、atcc1754petc微量元素溶液10ml、0.2％刃天青钠盐0.5ml、3％半胱氨酸溶液10ml，定容25l。

发酵流程：按配放配制培养基于发酵罐内，121℃、30分钟灭菌，降温到60℃。将产乙酸摇瓶菌种2l接种至50l发酵罐，控制发酵罐温度为60℃、通入1.5vvm的合成气、搅拌转速100～300rpm、罐压0.03～0.05mpa，用5mol/l的氢氧化钠控制ph7.0；将从吸收塔吸收后的富液(富含碳酸氢铵的吸收液)经过陶瓷膜过滤后，以补料的方式流加至50l厌氧发酵罐内，控制发酵罐内碳酸氢铵浓度3g/l左右。待发酵罐内乙酸铵的浓度为5wt％进行陶瓷膜过滤，清液到下游储罐，浊液回发酵罐继续发酵，控制过膜流量、回流流量保证流出的清液中的乙酸铵浓度为4.2重量％～6.4重量％。

检测：发酵开始后开始取样检测，以后每2小时取样一次，检测内容为od、nh4⁺、乙酸铵浓度。

od的测定：使用可见分光光度计(上海菁华722s可见分光光度计)将可见分光光度计的波长调至600nm，预热30分钟后检测，取将发酵液样品放入1cm宽的玻璃比色皿中进行检测，检测时将样品稀释至od值在0.2～0.6的范围之间。

乙酸铵浓度的检测：乙酸铵浓度的检测是使用液相色谱(安捷伦-1260)进行检测，检测条件为：色谱柱c18规格250mm，检测条件为：色谱柱检，流动相：0.01mol/l磷酸二氢钠溶液(用磷酸调节ph值为3.0)；流速：1.0ml/分钟；柱温：30℃；检测波长：210nm。nh4⁺使用铵试纸检测。

发酵结果：发酵罐培养216小时，结束发酵，得到含有乙酸盐的溶液291l，其中包含5.2重量％的乙酸铵。

第二段发酵

第二段发酵采用的微生物是解脂耶氏酵母yarrowialipolyticacicc32291。所用的好氧发酵罐是50l的发酵罐。

所用培养基成分为：磷酸二氢钾1.0g/l、磷酸氢二钾2.0g/l、七水合硫酸镁2.0g/l、酵母膏2g/l、微量元素溶液10ml(二水合柠檬酸钠5.0g、mnso4·h2o1.0g、fe(so4)2(nh4)2·6h2o0.8g、cocl2·6h2o0.2g、znso4·7h2o0.2mg、cucl2·2h2o20.0mg、nicl2·6h2o20.0mg、na2moo4·2h2o20.0mg、去离子水1l)，定容25l。

检测：发酵开始后开始取样检测，以后每2小时取样一次，检测内容为od、乙酸浓度。

od的检测：od的检测是使用可见分光光度计(上海菁华722s可见分光光度计)，检测波长为600nm，将发酵液样品放入1cm宽的玻璃比色皿中进行检测。

乙酸铵浓度的检测：乙酸铵浓度的检测是使用液相色谱(安捷伦-1260)进行检测，检测条件为：色谱柱c18规格250mm，检测条件为：色谱柱检，流动相：0.01mol/l磷酸二氢钠溶液(用磷酸调节ph值为3.0)；流速：1.0ml/分钟；柱温：30℃；检测波长：210nm。

发酵控制：按配放配制培养基于发酵罐内，121℃、30分钟灭菌，降温到29℃；将摇瓶菌种1l接种至50l发酵罐，控制发酵罐温度为29℃，控制通入1～6m³/h的空气、搅拌转速100～300rpm控制溶氧＞30％、罐压0.05mpa，用1mol/l的硫酸控制ph在约7.0；发酵开始后流加第一次发酵得到的含有乙酸铵的溶液，控制乙酸铵浓度为0.1重量％～0.3重量％；当发酵罐中发酵液体积达到80％后进行膜过滤，清液去废液罐，浊液回到发酵罐继续发酵，维持发酵体积在75％左右。

当发酵液中菌体达到5重量％后，体积达到80％后进行膜过滤，弃去清液，收集浊液至储罐，准备产品处理。

发酵结果：发酵进行144小时，期间流加含有乙酸铵的溶液192l。结束发酵时，发酵液中目标菌体浓度为6.2重量％，体积72l。

产品后处理

所得目标菌体经破壁、分离后获得工业油脂2.3kg，微生物蛋白1.9kg。

通过上述结果可见，本发明的两段式微生物发酵方法能够利用从工业废气中捕捉的二氧化碳作为碳源，以碱性吸收液吸收工业废气后产生的物质(例如nh4⁺等)作为氮源，经微生物发酵成功地获得高附加值产物，例如在本实施例中获得微生物油脂。该方法允许以工业废气和碱性吸收液(如工业废碱)作为原材料进行发酵，将所述废气/废料转化为可利用资源，在保护环境的同时大大降低了发酵所需的原料成本。并且，产生的碳酸氢盐无需经历耗时、高成本的浓缩处理即可直接用于本发明的二段式发酵，获得产油微生物。本发明的二段式发酵工艺改变了传统化工气体液化冗长的转化工艺，实现了高附加值产品的精简、连续生产。