纖維素生物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化制氫的研究.pdf

1、隨著世界人口的不斷增加，能源的需求和消耗迅猛增長(zhǎng)。面對(duì)當(dāng)今世界能源壓力日顯突出，尋找新的能源成為了研究熱點(diǎn)。氫由于其本身無(wú)色、無(wú)嗅、無(wú)毒且燃燒后僅生成水，而且它的能量密度高，其熱值為143 MJ/kg，約為石油熱值的3 倍，被認(rèn)為是理想的清潔能源。多途徑開(kāi)發(fā)氫能，其中利用微生物開(kāi)發(fā)氫能是重要途徑之一。而生物質(zhì)發(fā)酵制氫是指利用微生物將生物質(zhì)水解產(chǎn)生碳水化合物，再經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生氫氣。其實(shí)質(zhì)是將以生物質(zhì)形式固定下來(lái)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫能，它是目

2、前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。因此，發(fā)展和利用生物技術(shù)分解和轉(zhuǎn)化天然纖維素生物質(zhì)原料不僅是資源利用的有效途徑，對(duì)于解決當(dāng)前世界面臨的能源危機(jī)、糧食短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本論文主要研究微生物轉(zhuǎn)化甘蔗渣生物質(zhì)發(fā)酵制氫，得到如下主要結(jié)果：
　　 斜臥青霉L-06（Penicillium decumbens L-06）利用甘蔗渣和麩皮通過(guò)固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)生纖維素酶。采用單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)纖維素

3、酶最適參素組合：甘蔗渣與麩皮比為1/1，水料比為2.38/1，最適培養(yǎng)溫度為30℃，起始pH值為5.28，1%的硫酸銨濃度，10%的接種量，發(fā)酵時(shí)間150.5 h。得到纖維素酶的濾紙酶活為3.89 FPU g-1。并通過(guò)掃描電鏡觀察了菌株在不同培養(yǎng)狀態(tài)下的形貌。
　　 比較了稀硫酸，氫氧化鈉，微波預(yù)處理和沒(méi)有處理的甘蔗渣對(duì)纖維素酶酶解（糖化）效果的影響。采用Plackett-Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，爬坡實(shí)驗(yàn)，Box-Benhnke

4、n實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究得到各種方法預(yù)處理甘蔗渣經(jīng)纖維素酶糖化之后的效果為：氫氧化鈉預(yù)處理＞微波預(yù)處理＞稀硫酸預(yù)處理＞沒(méi)有處理。當(dāng)纖維素酶的添加量為250 IU g-1時(shí)，糖化36小時(shí)。氫氧化鈉預(yù)處理，稀硫酸預(yù)處理，微波預(yù)處理，沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的甘蔗渣糖化之后，1 g甘蔗渣分別得到的還原糖含量為200 mg，96.2 mg，98.6 mg，79.3 mg。并通過(guò)掃描電鏡觀察甘蔗渣在各種方法預(yù)處理前后的形貌結(jié)構(gòu)變化。
　　 從環(huán)境樣品中分離得到

5、一株能夠高效利用木糖產(chǎn)氫的菌株CN1，經(jīng)革蘭氏染色，拉絲試驗(yàn)，氧化酶試驗(yàn)，掃描電鏡觀察，生理生化鑒定，16S rRNA分子鑒定及構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。確定該菌株屬于Enterobacter屬，命名為Enterobacter sp. CN1。進(jìn)一步利用Plackett - Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和Box - Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化產(chǎn)氫條件，得到最佳產(chǎn)氫參素組合為：起始pH7.0，溫度40 ℃，木糖濃度16.15 g/L（0.11mol/L），

6、酵母粉2 g/L，蛋白胨2.54 g/L，F(xiàn)eSO4 250.17 mg/L和MgSO4 800mg/L。在利用木糖、葡萄糖、蔗糖為底物產(chǎn)氫，產(chǎn)氫總量分別為1217、1102、977 ml H2/L xylose medium。產(chǎn)氫得率為：2.0 ± 0.05 mol H2/mol xylose, 0.64 mol H2/mol glucose。說(shuō)明該菌株利用木糖產(chǎn)氫優(yōu)于葡萄糖和蔗糖。
　　 利用菌株Enterobacter s

7、akazakii HP與Enterobacter sp. CN1共培養(yǎng)發(fā)酵堿預(yù)處理甘蔗渣的纖維素酶解溶液發(fā)酵產(chǎn)氫。當(dāng)Enterobacter sakazakii HP與Enterobacter sp. CN1接種比例為3 ：1時(shí)，產(chǎn)氫效果較好，且優(yōu)于單菌株發(fā)酵。產(chǎn)氫總量為866.53 ml H2/L medium，得率1.38 mol H2/mol glucose，相比只用Enterobacter sakazakii HP發(fā)酵，產(chǎn)氫總量