本文選題：有氧產(chǎn)氫 + 產(chǎn)乙醇桿菌　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：目前生物制氫技術(shù)已經(jīng)走上工業(yè)化的道路,但仍然有很多亟待解決的問題。哈爾濱產(chǎn)乙醇桿菌YUAN-3(Ethanoligenens harbinense YUAN-3)是一株高效產(chǎn)氫菌種,實(shí)驗(yàn)室中需要煮沸曝氣步驟,以去除環(huán)境中的氧氣,而此種方法具有昂貴、造成二次污染、使用困難等缺點(diǎn),特別是考慮厭氧菌培養(yǎng)擴(kuò)大化時,利用種間呼吸互作實(shí)現(xiàn)厭氧菌培養(yǎng)是值得考慮的新途徑。細(xì)菌之間的互作廣泛存在且多種多樣,本文中,這種種間作用被共同培養(yǎng)兼性好氧細(xì)菌銅綠假單胞菌PAO1和嚴(yán)格厭氧細(xì)菌哈爾濱產(chǎn)乙醇桿菌YUAN-3充分詮釋,我們用特定的培養(yǎng)基實(shí)現(xiàn)了在有氧條件下的生物產(chǎn)氫,這在之前是被認(rèn)為不可能實(shí)現(xiàn)的。在序批培養(yǎng)的產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)中,首先考察兩種細(xì)菌在未經(jīng)厭氧處理的培養(yǎng)基中共同培養(yǎng)制取氫氣是否可行。在單獨(dú)培養(yǎng)的條件下,存在和不存在L-半胱氨酸,在培養(yǎng)的300小時之內(nèi)不能產(chǎn)生氫氣,而共培養(yǎng)的系統(tǒng)內(nèi)接種后即可開始產(chǎn)生氣體,且加入L-半胱氨酸的培養(yǎng)基表現(xiàn)出更高的氫氣產(chǎn)率和產(chǎn)氫速率。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中,我們選用0 m M、5 m M、10 m M、15 mM的L-半胱氨酸濃度,其中5 m M的L-半胱氨酸獲得了最高的氫氣產(chǎn)率,達(dá)到1.05 mol-氫氣/mol-葡萄糖,而更高的濃度得到了更快的產(chǎn)氫速率和細(xì)胞干重,凝集性也被增強(qiáng),表明適量的L-半胱氨酸可以促進(jìn)氫氣的產(chǎn)生,而過量則對細(xì)菌生長的促進(jìn)更為明顯。底物的濃度和類型也對產(chǎn)氫有明顯影響,考察了不同底物濃度下的共培養(yǎng)產(chǎn)氫效能,其中15 g/L的葡萄糖獲得了較為完整的產(chǎn)氣曲線且氫氣產(chǎn)率也達(dá)到最高,為1.04 mol-氫氣/mol-葡萄糖。在5 m M L-半胱氨酸和15 g/L葡萄糖的條件下對形成的菌株進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng),即將培養(yǎng)基中形成的球形菌膠團(tuán)繼續(xù)接種到新的培養(yǎng)基中,以厭氧處理的YUAN-3單獨(dú)培養(yǎng)作為對照。雖然傳統(tǒng)厭氧培養(yǎng)方法獲得了更高的產(chǎn)氫速率,但是共培養(yǎng)的方法獲得了更高的氫氣產(chǎn)率,達(dá)到1.11 mol-氫氣/mol-葡萄糖。考慮到兩種細(xì)菌都可以葡萄糖作為碳源,本實(shí)驗(yàn)利用不同二糖作為底物進(jìn)行共培養(yǎng),很大程度上減少了競爭作用,最大限度發(fā)揮協(xié)同作用,其中以蔗糖作為底物的體系取得了最好效果,產(chǎn)氫速率在5m M半胱氨酸,15g/L蔗糖的條件下達(dá)到了73 m L/L-培養(yǎng)基·h,氫氣產(chǎn)率達(dá)到了2.58 mol-氫氣/mol-蔗糖。
[Abstract]:At present, biological hydrogen production technology has embarked on the road of industrialization, but there are still many problems to be solved. Harbin ethanobacter harbinense YUAN-3 is a highly efficient hydrogen producing strain. It needs boiling aeration in laboratory to remove oxygen from the environment. This method has the disadvantages of high cost, secondary pollution and difficulty in use. Especially considering the expansion of anaerobic culture, it is a new way to realize anaerobic culture by means of interspecific respiratory interaction. The interaction between bacteria is widespread and varied. In this paper, these interactions have been fully interpreted by co-cultured facultative bacteria Pseudomonas aeruginosa PAO1 and strict anaerobic bacteria Harbin ethanol producing bacilli YUAN-3. We used a specific medium to produce hydrogen from organisms under aerobic conditions, which was previously considered impossible. In the experiment of hydrogen production by sequencing batch culture, the feasibility of producing hydrogen by co-culture of two bacteria in unanaerobic medium was first investigated. The presence and absence of L-cysteine could not produce hydrogen gas within 300 hours of culture, but the co-cultured system could produce gas after inoculation. And the medium added L-cysteine showed higher hydrogen yield and hydrogen production rate. In the subsequent experiments, we selected the concentration of L- cysteine of 0 m MU, 5 m M, 10 m M, 15 mm, of which 5 m M L- cysteine obtained the highest hydrogen yield, reaching 1.05 mol-hydrogen / mol-glucose, and the concentration of L-cysteine was 1.05 mol 路mol ~ (-1) 路L ~ (-1) 路L ~ (-1). Higher concentration of L- cysteine increased hydrogen production rate, cell dry weight and agglutination, which indicated that L- cysteine could promote hydrogen production, while excessive concentration could promote bacteria growth more obviously. The concentration and type of substrate also had a significant effect on hydrogen production. The hydrogen production efficiency of co-culture at different substrate concentrations was investigated. Among them, 15 g / L glucose obtained a complete gas production curve and the hydrogen yield reached the highest. 1.04 mol-hydrogen / mol-glucose. Under the condition of 5mm L- cysteine and 15g / L glucose, the strains were cultured continuously. The micelles formed in the culture medium were inoculated into a new medium, and the anaerobic YUAN-3 was used as the control. Although the traditional anaerobic culture method achieved a higher hydrogen production rate, the co-culture method obtained a higher hydrogen yield of 1.11 mol-hydrogen / mol-glucose. Considering that both bacteria can use glucose as carbon source, we used different disaccharides as substrate for co-culture, which greatly reduced the competitive effect and maximized the synergistic effect. The best effect was obtained by using sucrose as substrate. The hydrogen production rate reached 73 mL 路L ~ (- 1) h under the condition of 5m M cysteine and 15 g / L sucrose, and the hydrogen yield reached 2.58 mol 路h ~ (-1) 路mol ~ (-1) sucrose.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ116.2;TQ920.6

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本文編號：2062315