不同代謝類型細(xì)菌的產(chǎn)氫效能及作用機(jī)制研究.pdf_第1頁(yè)
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1、在所有可替代性能源當(dāng)中,生物制氫被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的的新型能源,而且具有很好的可再生性。發(fā)酵法生物制氫技術(shù)之所以成為生物制氫技術(shù)的首選是因?yàn)樗哂挟a(chǎn)氫能力高、穩(wěn)定性好、可實(shí)現(xiàn)廢物處理資源化等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)酵法生物制氫的三種主要發(fā)酵類型為乙醇發(fā)酵、丁酸發(fā)酵和混合酸發(fā)酵。生長(zhǎng)因子與微生物之間的關(guān)系十分復(fù)雜而微妙,每一個(gè)生長(zhǎng)因子的改變,都會(huì)或多或少的影響到微生物的生長(zhǎng)、繁殖和代謝等過(guò)程,甚至導(dǎo)致整個(gè)生境的變化或者生態(tài)系統(tǒng)的演替。因此,考察產(chǎn)

2、氫細(xì)菌的耐受范圍和最佳產(chǎn)氫條件十分重要。本文通過(guò)研究三種典型的發(fā)酵類型模式菌株Ethanoligenens harbinense YUAN-3,Clostridium butyricum1.209和Enterobacter cloacae1.2022的主要生長(zhǎng)因子,確定其對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化培養(yǎng)條件,并在優(yōu)化培養(yǎng)條件下,通過(guò)連續(xù)流試驗(yàn)考察不同發(fā)酵類型產(chǎn)氫細(xì)菌的產(chǎn)氫特性,為進(jìn)一步提高發(fā)酵法生物制氫技術(shù)的產(chǎn)氫能力提供理論指導(dǎo)。
  首先通過(guò)間

3、歇試驗(yàn)探討 Fe2+、mC/mN、Na+、Mg2+、K+和半胱氨酸對(duì)菌株E. harbinense YUAN-3,C. butyricum1.209和E. cloacae1.2022生長(zhǎng)和產(chǎn)氫過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)裝置為250mL血清瓶,培養(yǎng)液體積為100ml。采用的碳源是葡萄糖20g/L,根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求調(diào)整各生長(zhǎng)因子濃度至不同梯度,每組三個(gè)平行樣,其它培養(yǎng)基成分及濃度保持不變,并利用中心組合設(shè)計(jì)和響應(yīng)面法(RSM),分別獲得乙醇發(fā)酵最優(yōu)產(chǎn)氫條

4、件:Fe2+濃度為0.05~0.1g/L;mC/mN為15:1~20:1,即葡萄糖為20g/L,氮源濃度為1~1.33g/L;Na+濃度范圍為1~1.5g/L;Mg2+濃度為0.1~0.5g/L;丁酸發(fā)酵最優(yōu)產(chǎn)氫條件:Fe2+濃度為0.1~0.2g/L;K+濃度為1.0~2.0g/L;Na+濃度為2.0~3.0g/L;Mg2+濃度為0~0.2 g/L;混合酸發(fā)酵最優(yōu)產(chǎn)氫條件:Fe2+濃度為0.5~1.0g/L;K+濃度為1.0~1.5g

5、/L;Na+濃度為0.5~1.5g/L;L-半胱氨酸濃度為0~0.7 g/L。
  然后運(yùn)用連續(xù)流實(shí)驗(yàn)裝置,考察了 E. harbinense YUAN-3、C. butyricum1.209和E. cloacae1.2022在其各自的優(yōu)化培養(yǎng)基條件下產(chǎn)氫能力的對(duì)比分析。通過(guò)對(duì)細(xì)胞生物量、反應(yīng)體系 pH值、累積產(chǎn)氣及產(chǎn)氫量、葡萄糖利用率、氫含量、產(chǎn)氫速率、比產(chǎn)氫速率及液相末端產(chǎn)物進(jìn)行對(duì)比分析,C. butyricum1.209的繁

6、殖速度很快,接入菌種后的啟動(dòng)初期階段,細(xì)菌處于生長(zhǎng)延滯期,隨后生長(zhǎng)迅速,細(xì)胞濃度急速增加;pH值在3.6~4.3之間,有利于乙醇發(fā)酵和丁酸發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌的釋氫;發(fā)酵80h的時(shí)間里,E. harbinense YUAN-3在最短的時(shí)間內(nèi)開始產(chǎn)氣,并且在較短時(shí)間內(nèi)上升,隨后保持穩(wěn)定;但從單位體積產(chǎn)氫量、葡萄糖的利用和氫氣含量上來(lái)看,相對(duì)于E. harbinense YUAN-3和E. cloacae1.2022,C. butyricum1.2

7、09都顯示較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
  最后結(jié)合代謝理論分析,E. harbinense YUAN-3和C. butyricum1.209的產(chǎn)氫途徑比較相似,二者都是梭菌型產(chǎn)氫機(jī)制的產(chǎn)氫菌。在熱動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)的產(chǎn)物途徑對(duì)產(chǎn)氫的調(diào)節(jié)下,不同的只是消耗 NADH的產(chǎn)物;厭氧條件下 E. cloacae1.2022通過(guò)混合酸發(fā)酵途徑發(fā)酵葡萄糖,通過(guò)甲酸氫解酶系產(chǎn)氫,代謝途徑與E. harbinense YUAN-3和C. butyricum1.209存

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