[发明专利]一种海洋酵母的用途和相应微生物燃料电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋酵母的用途。还涉及利用该海洋酵母所得的微生物燃料电池及该电池的制备方法。

背景技术

微生物燃料电池是将有机物中的化学能通过微生物催化反应转化为电能的装置(Z.Du et al.，2007)，其机理是阳极有机物在微生物的氧化作用下分解产生质子，经质子交换膜传递至阴极，与外电路形成回路以达到产电效果(R.M.Allen et al.，1993)。微生物燃料电池的概念最早由Potter在1910年提出，随后他用铂电极在大肠杆菌培养基中实现了最早的MFC产电。20世纪80年代的研究发现在微生物燃料电池中加入电子传递中间体后，电流密度和输出功率都大范围提高(F.Davis et al.，2007)，为实际应用提供了可能的机会(K.Rabaey et al.，2005)。其与传统燃料电池相比，具备若干优势：原料广泛，可直接高效地转化为电能；环境适应性强，可在低温条件下有效运行；操作不产生废气，利于环保；在缺乏电力基础设施的地区具有广泛应用潜力，作为一种新能源，可以满足更多形式的需求(K.Rabaey et al.，2005)。目前，能源紧缺与环境污染等问题日益得到重视，全球对新型可再生能源的需求愈来愈强烈，使微生物燃料电池研究领域迅速崛起，成为国际研究热点。

根据电子传递方式的不同，可将微生物燃料电池分为直接微生物燃料电池和间接微生物燃料电池(F.Davis et al，.2007)。所谓直接是指有机物在电极上氧化的同时，电子直接从有机物转移至电极；间接是指有机物反应所产生的电子需通过电子传递中间体传递到电极上。典型的电子传递中间体包括色素及金属有机物，例如中性红(D.H.Park et al.，1999，2000)，亚甲基蓝(U.Schroder et al.，2003)，硫堇(Y.Choi et al.，2003)等。但电子传递中间体价格昂贵，需要经常补充，相对成本极高；且大多有毒，使其不能在开放环境中应用(冯雅丽等，2005)。

由于大部分微生物无法独立进行电子传递，只有极少数微生物细胞或其代谢产物中本身带有电子传递中间体(Zhuwei Du et al.，2007)，可以不加入外源电子传递中间体而进行直接发电。因此这类微生物的发现解决了必须添加毒性外源电子传递中间体才能得到较高输出功率的世界性难题，是对微生物燃料电池研究过程中的重大突破。

至今已报道的可进行直接产电的菌种主要包括Shewanella putrefaciens(腐败希瓦氏菌)(H.J.Kim et al.，2002)，Geobacter sulfurreducens(硫还原泥土杆菌)(D.R.Bond et al.，2003)，Geobacter metallireducens(B.Min et al.，2005)和Rhodoferax ferrireducens(S.K.Chaudhuri et al.，2003)，操作稳定，具有良好的产电性能，但以上菌种均没有涉及到海洋酵母。

Rhodosporidium paludigenum Fell & Tallman为国内首次分离得到的海洋酵母，在英国国际微生物研究所国际农业与生物中心基因资源保藏中心(CABI Genetic ResourceCollection)保藏，保藏号为IMI 394084。它具有很高的耐低温及耐盐性，属兼性海洋酵母，对于pH、温度、氧含量的要求都较一般菌种低，环境适应力强；经食品级小鼠急性经口毒性实验确定属实际无毒类(王一非等，2008)。

上文中提及的参考文献具体如下：

[1]Z.Du，H.Li，T Gu.2007.A state of the art review on microbial fuel cells：A promisingtechnology for wastewater treatment and bioenergy.Biotechnology Advances 25：464-482.

(杜竹玮，李浩然，顾挺悦。微生物燃料电池综述：一种有前景的废水处理和生物能源新技术。生物技术进展，2007，25：464-482。)

[2]R.M.Allen，H.P.Bennetto.1993.Microbial fuel-cells：electricity production fromcarbohydrate.Applied Biochemistry and Biotechnology，39/40：27-40.