基于DGGE技術(shù)的混合糖發(fā)酵產(chǎn)氫菌的分離及特性研究.pdf

1、厭氧發(fā)酵生物制氫工藝是一種新型的、低能耗的、清潔的廢棄物資源化處置方式。它不僅能夠生產(chǎn)清潔能源氫氣，還可以利用有機(jī)廢物這種用之不竭的可再生資源，有利于環(huán)境保護(hù)與社會(huì)的持續(xù)發(fā)展。目前，限制生物制氫技術(shù)發(fā)展的主要因素之一就是底物利用率較低且成本過高。木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)在自然界中存在十分廣泛，而其中有89％尚未被利用或合理利用，這類物質(zhì)經(jīng)預(yù)處理后釋放的糖類中主要含有葡萄糖和木糖2種成分，因此若能同時(shí)利用這兩種糖類進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)氫，不僅可以避免資源

2、的浪費(fèi)更對(duì)能源危機(jī)的緩解具有重要的意義。本研究立足于利用木糖-葡萄糖混合糖發(fā)酵產(chǎn)氫，結(jié)合DGGE技術(shù)篩選發(fā)酵木糖-葡萄糖混合糖產(chǎn)氫的優(yōu)勢(shì)菌群，并從中分離出高效產(chǎn)氫菌種，進(jìn)而對(duì)影響其產(chǎn)氫的主要條件進(jìn)行優(yōu)化，以期獲得更高的產(chǎn)氫能力。
　　本研究分別在控制pH與不控制pH兩種情況下，通過傳代培養(yǎng)的方式從瘤胃液中富集得到產(chǎn)氫優(yōu)勢(shì)菌群，控制pH值時(shí)產(chǎn)氫菌群的產(chǎn)氫量比不控制時(shí)高，分別為2.23molH2/mol葡萄糖，1.95molH2/mo

3、l木糖，2.11molH2/mol混合糖。結(jié)合DGGE技術(shù)分析富集過程中產(chǎn)氫菌群的群落動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果表明在控制pH值的體系內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)比不控制pH的體系更豐富一些。混合糖底物最終形成的優(yōu)勢(shì)菌群的組成主要是Clostridium和Citrobacter屬。
　　以從富集得到的產(chǎn)氫優(yōu)勢(shì)菌群中分離出的一株高效產(chǎn)氫菌Clostridium butyricum T4為研究對(duì)象，分別探討了初始pH值和混合糖中木糖與葡萄糖的質(zhì)量比對(duì)菌株T4的生長(zhǎng)

4、及產(chǎn)氫過程的影響。結(jié)果表明T4利用木糖-葡萄糖混合糖產(chǎn)氫的最佳生長(zhǎng)初始pH值為8.0，最佳產(chǎn)氫初始pH值為7.0，最大氫氣產(chǎn)量為2.21molH2/mol混合糖?？疾炷咎桥c葡萄糖的比例對(duì) T4生長(zhǎng)及產(chǎn)氫過程的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)木糖與葡萄糖的質(zhì)量比為3：1時(shí)“葡萄糖效應(yīng)”不明顯，此時(shí)混合底物中各糖的利用率均最大，木糖、葡萄糖與總糖的利用率分別為83.7%，99.44%和97.6%。菌株在木糖與葡萄糖質(zhì)量比為1：2的體系中累積產(chǎn)氫量和氫氣含量均

5、最大，分別為1200ml/L和52.6%。
　　通過向體系中額外添加乙酸鈉和丁酸鈉，考察主要液相末端產(chǎn)物對(duì)T4發(fā)酵木糖-葡萄糖混合糖產(chǎn)氫過程的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)累積產(chǎn)氫量、發(fā)酵末端pH以及總糖的利用率均比對(duì)照組高，且都隨外加乙酸鈉濃度的增加而升高。累積產(chǎn)氫量最大為1950ml/L培養(yǎng)基；乙酸鈉為20g/L時(shí)體系的末端pH最高為5.91。而在添加丁酸鈉的體系中，累積產(chǎn)氫量最大可達(dá)到1800ml/L培養(yǎng)基，此后隨丁酸鈉質(zhì)量濃度的增加而降低