发酵产氢菌与好氧菌呼吸互作强化有氧产氢

摘要

目前生物制氢技术已经走上工业化的道路，但仍然有很多亟待解决的问题。哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3（Ethanoligenens harbinense YUAN-3）是一株高效产氢菌种，实验室中需要煮沸曝气步骤，以去除环境中的氧气，而此种方法具有昂贵、造成二次污染、使用困难等缺点，特别是考虑厌氧菌培养扩大化时，利用种间呼吸互作实现厌氧菌培养是值得考虑的新途径。
　　细菌之间的互作广泛存在且多种多样，本文中，这种种间作用被共同培养兼性好氧细菌铜绿假单胞菌 PAO1和严格厌氧细菌哈尔滨产乙醇杆菌 YUAN-3充分诠释，我们用特定的培养基实现了在有氧条件下的生物产氢，这在之前是被认为不可能实现的。
　　在序批培养的产氢实验中，首先考察两种细菌在未经厌氧处理的培养基中共同培养制取氢气是否可行。在单独培养的条件下，存在和不存在L-半胱氨酸，在培养的300小时之内不能产生氢气，而共培养的系统内接种后即可开始产生气体，且加入L-半胱氨酸的培养基表现出更高的氢气产率和产氢速率。在后续实验中，我们选用0 mM、5 mM、10 mM、15 mM的L-半胱氨酸浓度，其中5 mM的L-半胱氨酸获得了最高的氢气产率，达到1.05 mol-氢气/mol-葡萄糖，而更高的浓度得到了更快的产氢速率和细胞干重，凝集性也被增强，表明适量的L-半胱氨酸可以促进氢气的产生，而过量则对细菌生长的促进更为明显。
　　底物的浓度和类型也对产氢有明显影响，考察了不同底物浓度下的共培养产氢效能，其中15 g/L的葡萄糖获得了较为完整的产气曲线且氢气产率也达到最高，为1.04 mol-氢气/mol-葡萄糖。在5 mM L-半胱氨酸和15 g/L葡萄糖的条件下对形成的菌株进行连续培养，即将培养基中形成的球形菌胶团继续接种到新的培养基中，以厌氧处理的YUAN-3单独培养作为对照。虽然传统厌氧培养方法获得了更高的产氢速率，但是共培养的方法获得了更高的氢气产率，达到1.11 mol-氢气/mol-葡萄糖。
　　考虑到两种细菌都可以葡萄糖作为碳源，本实验利用不同二糖作为底物进行共培养，很大程度上减少了竞争作用，最大限度发挥协同作用，其中以蔗糖作为底物的体系取得了最好效果，产氢速率在5mM半胱氨酸，15g/L蔗糖的条件下达到了73 mL/L-培养基·h，氢气产率达到了2.58 mol-氢气/mol-蔗糖。

目录

第1章 绪 论

1.1 生物制氢

1.2 菌种共培养与生物制氢

1.3 促进发酵产氢微生物产氢的生态因子

1.4 课题研究目的和意义

1.5 本文主要研究内容和技术路线

第2章 材料与方法

2.1 引言

2.2 实验试剂与设备

2.3 实验方法

2.4 分析检测项目及方法

第3章 产氢菌与兼性菌复配产氢及L-半胱氨酸的浓度优化

3.1 引言

3.2 产氢菌YUAN-3 和兼性菌PAO1复配

3.3 复配体系L-半胱氨酸的浓度优化

3.4 本章小结

第4章 共培养制氢的最适底物浓度及类型研究

4.1 引言

4.2 不同葡萄糖浓度对共培养制氢的影响

4.3 最佳条件下的连续批次培养

4.4 不同底物下的共培养

4.5 本章小结

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢