不同代謝類型細(xì)菌的產(chǎn)氫效能及作用機(jī)制研究.pdf

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。生長因子與微生物之間的關(guān)系十分復(fù)雜而微妙，每一個生長因子的改變，都會或多或少的影響到微生物的生長、繁殖和代謝等過程，甚至導(dǎo)致整個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的主要生長因子，確定其對應(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)。
　　首先通過間

3、歇試驗(yàn)探討 Fe2+、mC/mN、Na+、Mg2+、K+和半胱氨酸對菌株E. harbinense YUAN-3，C. butyricum1.209和E. cloacae1.2022生長和產(chǎn)氫過程的影響。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)整各生長因子濃度至不同梯度，每組三個平行樣，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)氫能力的對比分析。通過對細(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)行對比分析，C. butyricum1.209的繁

6、殖速度很快，接入菌種后的啟動初期階段，細(xì)菌處于生長延滯期，隨后生長迅速，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的時間里，E. harbinense YUAN-3在最短的時間內(nèi)開始產(chǎn)氣，并且在較短時間內(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看，相對于E. harbinense YUAN-3和E. cloacae1.2022，C. butyricum1.2

7、09都顯示較強(qiáng)的優(yōu)勢。
　　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。在熱動力學(xué)調(diào)節(jié)的產(chǎn)物途徑對產(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通過混合酸發(fā)酵途徑發(fā)酵葡萄糖，通過甲酸氫解酶系產(chǎn)氫，代謝途徑與E. harbinense YUAN-3和C. butyricum1.209存