同步代謝秸稈木糖和葡萄糖的產(chǎn)氫新菌種及其產(chǎn)氫特性.pdf

1、發(fā)酵法生物制氫技術能夠將廢棄物處理和能源回收有效地結合在一起，已經(jīng)成為環(huán)境微生物技術領域研究的熱點。為了實現(xiàn)生物制氫的工業(yè)化，降低制氫成本，研究者對生物制氫技術進行了廣泛的研究，主要的研究方向之一是致力于尋找合適的產(chǎn)氫底物，擴大基質利用范圍。自然界中存在大量廉價可再生的木質纖維類生物質資源，但是由于其是纖維素、半纖維素和木質素構成的復合體，很少有微生物能夠直接將其降解，通常都是先經(jīng)過預處理及酶解將其水解為以五碳糖和六碳糖為主的液態(tài)水解產(chǎn)

2、物，之后再加以利用。目前的生物制氫研究一般都是以單一六碳糖為主，而對于利用五碳糖生物產(chǎn)氫的研究一直未有突破。因此為了提高對木質纖維素中半纖維素的利用，分離具有利用木糖等五碳糖高效產(chǎn)氫的細菌，對有效地利用木質纖維素產(chǎn)氫，降低產(chǎn)氫成本，實現(xiàn)發(fā)酵法生物制氫工業(yè)化具有重要的現(xiàn)實意義。
　　基于此問題，本研究進行了同步代謝五碳糖和六碳糖中溫發(fā)酵產(chǎn)氫菌的定向篩選。獲得了能夠同步代謝木糖和葡萄糖產(chǎn)氫的新菌種，并對其利用木糖、葡萄糖以及二者混合物

3、的產(chǎn)氫特性進行了詳細的研究，最后研究了產(chǎn)氫新菌利用秸稈產(chǎn)氫的潛力，分析了其實際應用價值。
　　發(fā)現(xiàn)了同步代謝五碳糖和六碳糖中溫發(fā)酵產(chǎn)氫新菌種。根據(jù)系統(tǒng)進化關系及生理生化特性分析，證實所分離的菌株T2為梭菌屬(Clostridium)下的一個新種。分類名為Clostridium hydrogeniproducens sp.Nov.，產(chǎn)氫梭菌(Clostridium hydrogeniproducens)為其模式種，菌株T2T(=NB

4、RC 105657T=CCTCC AB209026T)為模式株。
　　優(yōu)化了產(chǎn)氫菌株T2產(chǎn)氫的條件，獲得了其利用五碳糖木糖和六碳糖葡萄糖的平均比產(chǎn)氫量分別為2.32 mol-H2/mol-xylose和2.76 mol-H2/mol-glucose，平均比產(chǎn)氫速率分別為10.07 mmol-H2/g-cdw/h和9.47 mmol-H2/g-cdw/h，其產(chǎn)氫能力居于現(xiàn)有產(chǎn)氫菌的前列。
　　揭示了產(chǎn)氫菌株T2分別利用五碳糖和

5、六碳糖產(chǎn)氫的特性，初步預測了其代謝木糖的產(chǎn)氫途徑。用Logistic方程和修正的Gompertz模型描述產(chǎn)氫菌的生長過程；選用修正的Gompertz模型來描述產(chǎn)氫菌產(chǎn)氫的過程；成功的獲得了相應過程的動力學參數(shù)。構建了描述產(chǎn)氫菌株T2對數(shù)生長期特性的潛在生長速率方程（公式略）和同步性產(chǎn)氫指數(shù)方程γ=λH/λB，解決了用于描述產(chǎn)氫菌株T2在五碳糖和六碳糖基質中的對數(shù)期潛在生長速率及生長與產(chǎn)氫的同步性問題。初步推測出產(chǎn)氫菌株T2是通過木糖異構

6、酶直接將木糖轉化為木酮糖而后進入磷酸戊糖途徑加以利用。
　　分別采用批式、連續(xù)和補料分批發(fā)酵的方式，研究了產(chǎn)氫菌株T2利用木糖和葡萄糖二者混合基質的產(chǎn)氫規(guī)律。證實了產(chǎn)氫菌株T2能夠有效的同步代謝木糖和葡萄糖產(chǎn)氫的特性，同時發(fā)現(xiàn)了補料分批發(fā)酵是產(chǎn)氫菌株 T2同步代謝五、六碳混合糖產(chǎn)氫的較優(yōu)工藝。
　　通過基質濃度擴大法對產(chǎn)氫菌株 T2利用酸化汽爆液中木糖和葡萄糖的產(chǎn)氫進行研究，獲得其最大比產(chǎn)氫量為分別為1.37 mol-H2/