close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10900

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
A 01H 13/00
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
С ПОМОЩЬЮ ЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ
(21) Номер заявки: a 20050753
(22) 2005.07.22
(43) 2007.04.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт биофизики и
клеточной инженерии Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Мельников Станислав Сергеевич; Мананкина Елена Евгеньевна; Самович Татьяна Викторовна;
Коляго Валентина Максимовна; Шалыго Николай Владимирович (BY)
BY 10900 C1 2008.08.30
BY (11) 10900
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(56) Водоросли. - Киев: Наукова думка,
1989. - С. 190-192.
Бородин В.Б. и др. // Физиология растений. - 2000. - Т. 47. - № 5. - С. 768-773.
RU 2083481 С1, 1997.
ЕР 77014 А2, 1983.
Методы физиолого-биохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. - Киев: Наукова
думка, 1975. - С. 223-228.
Персанов В.М. и др. // Физиология
растений. - 1979. - Т. 26. - Вып. 3. С. 560-567.
(57)
Способ получения водорода с помощью зеленых водорослей, выбранных из Chlorella,
Euglena, Chlamydomonas и Scenedesmus, заключающийся в том, что два или три вида водорослей разводят средой Дрю, в которую внесены глюкоза до концентрации 3-4 мМ и
Na3VO4·12H2O до концентрации 2 мкМ, смешивают в равных количествах и инкубируют
до образования водорода в условиях анаэробиоза с чередованием режима: 12 часов - освещение 15 мкмоль/м2·с, 12 часов - темнота.
Изобретение относится к биотехнологии, в частности к получению водорода с помощью микроводорослей.
Поиски альтернативных источников энергии в развитых странах привели к интенсивным исследованиям процесса выделения водорода микроорганизмами. В течение последних десятилетий в США, Великобритании, Германии, Японии, России и других странах
исследуются условия выделения водорода микроорганизмами и предпринимаются усилия
интенсифицировать этот процесс. С этой целью используются новые продуценты водорода, в том числе мутантные, и различные добавки в инкубационную среду кофакторов
(субстратов окисления, катионов металлов, разобщителей электронного транспорта, блокирующих выделение кислорода, ингибирующего водородвыделяющие ферменты и т.д.),
стимулирующих выделение водорода.
BY 10900 C1 2008.08.30
Известен способ получения водорода с помощью зеленых водорослей Chlorella [Персианов В.М., Гоготов И.Н. Выделение молекулярного водорода клетками зеленой водоросли Chlorella vulgaris. Физиол. раст. 1979. Т. 26. В. 3. С. 560-567. Kojima E., Yamaguchi Y.
Photoproduction of hydrogen by adapted cells of Chlorella pyrenoidosa. J. Ferment. Technol.
1988. Vol. 66. P. 19-25], который включает культивирование водоросли на среде Тамийя,
внесение органических субстратов окисления (Н-доноров) и различных ингибиторов и разобщителей электронного транспорта, некоторые из которых увеличивали фотопродукцию водорода в анаэробных условиях. Наилучшими субстратами окисления были глюкоза
и фруктоза. Использовалась культура одного из двух видов хлореллы - Chlorella vulgaris
или Chlorella pyrenoidosa.
Известен способ получения водорода при освещении культур сине-зеленых водорослей Spirulina, Anabaena, Oscillatoria, Nostoc, который включает выращивание водорослей
на питательных средах с уменьшенным содержанием азота, добавку различных субстратов окисления, использование ингибиторов выделения водорода, замену в питательной
среде Na2MoO4 на NaVO4 для образования ванадийсодержащей нитрогеназы, заполнение
реакционных сосудов инертным газом (аргоном), освещение с интенсивностью 113 и
332 мкЕ/м2 при температуре 36 °С [Aoyama К., Uemura I., Miyake J., Asada G. Fermentative
metabolism to produce hydrogen gas and organic compounds in a cyanobacterium Spirulina
platensis. J. Ferment. Bioenerg. 1997. Vol. 83. P. 1-11. Markov S.A., Bazin M.J., Hall D.О. Efficiency of light energy conversion in hydrogen production by cyanobacterium Anabaena variabilis. J. Mar. Biotechnol. 1966. Vol. 4. p. 57-60. Benemann J.R., Weare N.M. Hydrogen
evolution by nitrogen-fixing Anabaena cilindrica cultures. Science. 1974. Vol. 184. P. 174-175.
Бородин В.Б., Цыганков А.А., Рао К.К., Холл Д.О. Фотообразование водорода культурой
Anabaena variabilis PK 84. Физиол. раст. 2000. Т. 47. № 5. С. 768-773. Philips E.J., Mitsui A.
Role of light Intensity and Temperature in the regulation of hydrogen photoproduction by the
marine cyanobacterium Oscillatoria sp. strain Miami BJ7. Appl. Environ. Microbiol. 1983.
Vol. 45. P. 1212-1220. Fry J., Robinson E., Spath S., Packer L. The role of Na2S in anoxygenic
photosynthesis and H2 production in the cyanobacterium Nostoc muscorum. Biochem. Biophys.
Res. Com. 1984. Vol 123. N 3. p. 1138-1143. Lichtl R.R., Bazin M.J., Hall D.О. The biothechnology of hydrogen production by Nostoc flagelliforme grown under chemostat condition. Appl.
Microbiol. Biotechnol. 1997. Vol. 47. P. 701-707]. Способ реализуется с помощью культуры
одной из этих водорослей.
Известен способ получения водорода с помощью зеленых водорослей Scenedesmus
разных видов, инкубированных на питательной среде Тамийя, разбавленной в 5 раз водой,
который включает освещение водорослей в атмосфере азота, добавку глюкозы или других
экзогенных доноров водорода, а также 10-5 М карбонилангидрид-хлорфенилгидразона для
предотвращения фотовосстановления (разобщитель фосфорилирования). Однако и в этом
случае водород получают при помощи культуры одного из видов Scenedesmus [Scuger H.,
Bishop N.I. Observation on the photohydrogen producing activity during the synchronous cell
cycle of Scenedesmus obliquus. Planta. 1979. Vol. 145. P. 53-62. Wunschiers R., Scuger H.,
Shultz R. Electron pathways involved in H2-metabolism in the green alga Scenedesmus obliquus.
Biochem. Biophys Acta. 2001. Vol. 1503. P. 271-278. 12, 13].
Недостатком известных способов является малое количество выделяемого водорода
на единицу объема культуры водоросли из-за использования в качестве продуцента лишь
одного вида водоросли.
Задача изобретения - увеличение продукции водорода, получаемого с единицы объема
культуры водорослей при сохранении стандартных условий: замещение воздуха аргоном,
наличие субстрата окисления (глюкоза), ионов ванадия, освещение.
Результат достигается тем, что в способе получения водорода с помощью водорослей,
включающем инкубирование клеток водорослей на питательной среде, содержащей добавки, в качестве водорослей используют культуры, содержащие два или три вида водо2
BY 10900 C1 2008.08.30
рослей. В качестве инкубационных сред используется среда Дрю [Водоросли: Справочник. - Киев: Наукова думка, 1989. - С. 192].
Результат выражается в том, что при создании двух- или более компонентных ассоциаций водорослей увеличение продукции водорода происходит за счет утилизации одним видом водоросли экзометаболитов другого вида в качестве дополнительных
субстратов окисления (Н-доноров). Физиологически активные вещества, выделяемые водорослями, также могут активировать процесс образования водорода за счет благоприятного воздействия на находящиеся в экстремальных условиях анаэробиоза водоросли, так
как различные водоросли синтезируют разные физиологически активные соединения
[Мельников С.С., Мананкина Е.Е. Хлорелла. Физиологически активные вещества и их использование. - Мн., 1991. - С. 35. Сакевич А.И. Экзометаболиты пресноводных водорослей. - Киев, 1985. - С. 166].
Способ осуществляют следующим образом.
Культуры микроорганизмов выращивают на среде Тамийя (Chlorella), КрамераМайерса (Euglena), Л (Chlamydomonas), 20 %-ной среде Тамийя (Scenedesmus) [Вассер С.П.,
Кондратьева Н.В., Масюк Н.П. и др. "Водоросли. Справочник". Киев. "Наукова думка".
1989, с. 191. Сиренко Л.А., Сакевич А.И., Осипов Л.Ф. и др. Методы физиологобиохимического исследования водорослей в гидробиологической практике. Киев. "Наукова думка". 1975, с. 223. Квитко К.В., Борщевская Т.Н., Чунаев А.С., Тугаринов В.В. Петербургская генетическая коллекция штаммов зеленых водорослей Chlorella, Scenedesmus,
Chlamydomonas. Культивирование коллекционных штаммов водорослей. Л., 1983, с. 29.].
Для опытов по выделению водорода клетки водорослей осаждают центрифугированием и
переводят на среду Дрю, которая обычно используется для культивирования азотфиксирующих сине-зеленых водорослей [Вассер С.П., Кондратьева Н.В., Масюк Н.П. и др. Водоросли: Справочник. - Киев: Наукова думка, 1989. - С. 192] с добавлением глюкозы (34 мМ) и 2 мкМ ванадия в виде Na3VO4⋅12H2O, служащую инкубационной средой для выделения водорода водорослями. В одни склянки Дрекселя объемом 250 мл заливают по
150 мл культуры каждой водоросли (прототип), а в другие либо по 75 мл каждой из культур 2-х видов водорослей, либо по 50 мл каждой культуры 3-х видов водорослей (предлагаемый способ), следовательно, в каждом из инкубационных сосудов содержится по
150 мл одного, двух или трех видов водорослей, что позволяет сравнивать выделение водорода культурами, содержащими один или два, или три вида водорослей. Склянки Дрекселя (инкубационные сосуды) продувают аргоном для удаления СО2 и O2, герметизируют
и инкубируют на свету слабой интенсивности (15 мкМ/(м2 с) в течение определенного
времени с режимом: 12 часов света - 12 часов темноты за одни сутки. Выделение водорода
регистрируют на установке, основой которой является электрохимическая ячейка типа
"топливный элемент". Чувствительность установки - 0,1 об. % водорода. В качестве стандарта используют 1 %-ный водород. Газ из инкубационных сосудов с помощью перистальтического насоса прокачивают через электрохимическую ячейку и, сопоставляя
запись на двухкоординатном самописце Н373/1 стандарта и измеряемых образцов, рассчитывают количество водорода, образованного культурами водорослей.
Пример 1
В течение 7 суток инкубировали культуры Euglena, Chlorella и Scenedesmus в анаэробных условиях в присутствии 3 мМ глюкозы раздельно в виде культуры каждого из трех
видов водорослей и в смешанной культуре, содержащей эти три вида водорослей вместе,
периодически измеряя количество Н2, образованного водорослями. Результаты приведены
в табл. 1 (средние данные 3-х опытов).
3
BY 10900 C1 2008.08.30
Время инкубации,
сутки
1
2
3
5
7
Итого:
Таблица 1
Кол-во Н2, выделенно- Увеличение кол-ва
Кол-во Н2, выделенного 50 мл
го смешанной культу- H2, выделенного
Chlorella, 50 мл Euglena и 50 мл
рой этих 3-х видов
смешанной кульScenedesmus (см3/л) (суммарно)
(см3/л)
турой ( %)
5,80
8,70
150
5,36
8,64
161
9,36
12,48
133
17,50
31,10
178
7,45
11,32
159
45,47
72,24
159
Очевидно, что выделение H2 смешанной культурой водорослей происходило в 1,5 раза
эффективней, чем суммарно соответствующими единичными культурами.
Пример 2
Измеряли выделение водорода в 4-х разных опытах культурами Euglena и Chlorella и
их смешанной культурой на среде Крамера-Майерса и на среде Дрю с разным содержанием глюкозы (4,4 и 1,8 мМ). Результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Культуры Euglena и
Смешанная
Euglena Chlorella
Среда инкубации
Chlorella в сумме
культура
2:1 ( %)
(1
+
2)
Euglena
+
Chlorella
1
2
Крамера-Майерса
1,14
0,56
1,7
2,0
118
Дрю
1,54
0,98
2,52
3,5
139
Дрю + 4,4 мМ
2,27
0,98
3,25
4,8
148
глюкозы
Дрю + 1,8 мМ
7,8
3,2
11,0
14,0
127
глюкозы
Пример 3
Измеряли суммарное выделение водорода единичными культурами Chlamydomonas,
Euglena, Chlorella и Scenedesmus и соответствующими объемами смешанных культур:
Chlamydomonas + Euglena + Chlorella; Chlamydomonas + Chlorella + Scenedesmus; Euglena +
Chlorella + Scenedesmus - на среде Дрю + 3 мМ глюкозы + 2 мкМ ванадия.
Таблица 3
3
Выделение водорода, см /л
Сумма
3-х еди- Смешанная культура из 2:1
Водоросли
( %)
ничных культур 3-х видов водорослей
1
2
Chlamydomonas, Chlorella, Scenedesmus
26,9
49,0
182
Chlamydomonas, Euglena, Chlorella,
41,2
48,7
118
Euglena, Chlorella, Scenedesmus
34,0
50,0
147
Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить количество выделенного
водорода при использовании стандартных методов.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
91 Кб
Теги
by10900, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа