Способ получения водорода с помощью зеленых водорослей

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА С ПОМОЩЬЮ ЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Мельников Станислав Сергеевич Мананкина Елена Евгеньевна Самович Татьяна Викторовна Коляго Валентина Максимовна Шалыго Николай Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук Беларуси(57) Способ получения водорода с помощью зеленых водорослей, выбранных из и , заключающийся в том, что два или три вида водорослей разводят средой Дрю, в которую внесены глюкоза до концентрации 3-4 мМ и 34122 до концентрации 2 мкМ, смешивают в равных количествах и инкубируют до образования водорода в условиях анаэробиоза с чередованием режима 12 часов - освещение 15 мкмоль/м 2 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. 10900 1 2008.08.30 Известен способ получения водорода с помощью зеленых водорослейПерсианов В.М., Гоготов И.Н. Выделение молекулярного водорода клетками зеленой водоросли. Физиол. раст. 1979. Т. 26. В. 3. С. 560-567..,.. . . . 1988. . 66. . 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 -или. Известен способ получения водорода при освещении культур сине-зеленых водорослей , , , , который включает выращивание водорослей на питательных средах с уменьшенным содержанием азота, добавку различных субстратов окисления, использование ингибиторов выделения водорода, замену в питательной среде 24 на 4 для образования ванадийсодержащей нитрогеназы, заполнение реакционных сосудов инертным газом (аргоном), освещение с интенсивностью 113 и 332 мкЕ/м 2 при температуре 36 СК.,.,.,.. . . . 1997. . 83. . 1-11.,,.О.. . . . 1966. . 4. . 57-60.,-. . 1974. . 184. . 174-175. Бородин В.Б., Цыганков А.А., Рао К.К., Холл Д.О. Фотообразование водорода культурой 84. Физиол. раст. 2000. Т. 47.5. С. 768-773.,..7. . . . 1983.. . 1997. . 47. . 701-707. Способ реализуется с помощью культуры одной из этих водорослей. Известен способ получения водорода с помощью зеленых водорослейразных 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., . . 1979. . 145. . 53-62..,., .2-... 2001. . 1503. . 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 водо 2 10900 1 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 , КрамераМайерса , Л , 20 -ной среде ТамийяВассер 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 , ,. 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 34122, 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 СО 2 и 2, герметизируют и инкубируют на свету слабой интенсивности (15 мкМ/(м 2 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 Н 373/1 стандарта и измеряемых образцов, рассчитывают количество водорода, образованного культурами водорослей. Пример 1 В течение 7 суток инкубировали культуры ,ив 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 Н 2, образованного водорослями. Результаты приведены в табл. 1 (средние данные 3-х опытов). Таблица 1 Кол-во Н 2, выделенно- Увеличение кол-ва Кол-во Н 2, выделенного 50 мл го смешанной культу- 2, выделенного, 50 мли 50 мл рой этих 3-х видов смешанной куль (см 3/л) (суммарно) Очевидно, что выделение 2 смешанной культурой водорослей происходило в 1,5 раза эффективней, чем суммарно соответствующими единичными культурами. Пример 2 Измеряли выделение водорода в 4-х разных опытах культурамиии 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 Культурыи СмешаннаяСреда инкубациив сумме культура 21 ( )(12)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 ии соответствующими объемами смешанных культур- на среде Дрю 3 мМ глюкозы 2 мкМ ванадия. Таблица 3 3 Выделение водорода, см /л Сумма 3-х еди- Смешанная культура из 21 Водоросли, ,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