同步代謝秸稈木糖和葡萄糖的產氫新菌種及其產氫特性.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

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氫的細菌，對有效地利用木質纖維素產氫，降低產氫成本，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)酵產氫菌的定向篩選。獲得了能夠同步代謝木糖和葡萄糖產氫的新菌種，并對其利用木糖、葡萄糖以及二者混合物

3、的產氫特性進行了詳細的研究，最后研究了產氫新菌利用秸稈產氫的潛力，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)化了產氫菌株T2產氫的條件，獲得了其利用五碳糖木糖和六碳糖葡萄糖的平均比產氫量分別為2.32 mol-H2/mol-xylose和2.76 mol-H2/mol-glucose，平均比產氫速率分別為10.07 mmol-H2/g-cdw/h和9.47 mmol-H2/g-cdw/h，其產氫能力居于現(xiàn)有產氫菌的前列。
　　揭示了產氫菌株T2分別利用五碳糖和

5、六碳糖產氫的特性，初步預測了其代謝木糖的產氫途徑。用Logistic方程和修正的Gompertz模型描述產氫菌的生長過程；選用修正的Gompertz模型來描述產氫菌產氫的過程；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）和同步性產氫指數(shù)方程γ=λH/λB，解決了用于描述產氫菌株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氫的同步性問題。初步推測出產氫菌株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，研究了產氫菌株T2利用木糖和葡萄糖二者混合基質的產氫規(guī)律。證實了產氫菌株T2能夠有效的同步代謝木糖和葡萄糖產氫的特性，同時發(fā)現(xiàn)了補料分批發(fā)酵是產氫菌株 T2同步代謝五、六碳混合糖產氫的較優(yōu)工藝。
　　通過基質濃度擴大法對產氫菌株 T2利用酸化汽爆液中木糖和葡萄糖的產氫進行研究，獲得其最大比產氫量為分別為1.37 mol-H2/