高效產(chǎn)氫菌株篩選及厭氧發(fā)酵條件優(yōu)化.pdf

1、氫能由于其高效、清潔和還原性等特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于化工合成、航空航天及金屬冶金、電子等領(lǐng)域。目前，氫氣的開發(fā)和利用技術(shù)備受世人關(guān)注，已成為生物科學(xué)和工程科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。厭氧發(fā)酵制氫技術(shù)在當(dāng)前所有制氫技術(shù)中由于其相對簡單、原料可再生、低耗能等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的探索與研究，目前已有一些工藝進(jìn)入了工程化階段，但由于產(chǎn)氫效率低等原因仍然制約這些工藝的工業(yè)化進(jìn)程。解決的主要辦法是通過獲得更高效的產(chǎn)氫菌、優(yōu)化產(chǎn)氫條件和進(jìn)行代謝調(diào)控等技術(shù)手段進(jìn)一步提

2、高產(chǎn)氫效率。本研究從高效產(chǎn)氫菌株篩選、產(chǎn)氫條件優(yōu)化和厭氧發(fā)酵途徑等方面進(jìn)行了有益探索，主要研究工作如下。
　　 (1)從華中科技大學(xué)內(nèi)的伏羲河中采集河底污泥樣品，經(jīng)平板粗篩、搖瓶復(fù)篩，獲得兩株高效產(chǎn)氫菌。通過16Sr DNA序列分析和系統(tǒng)發(fā)育分析，鑒定為克雷伯式菌屬（Klebsiella sp.）和沙雷式菌屬（Serratia sp），分別將克雷伯式菌屬產(chǎn)氫菌命名為克雷伯氏菌HQ-3（Klebsiella sp. HQ-3）、沙

3、雷式菌屬產(chǎn)氫菌命名為沙雷式菌B-3(Serratia sp.B-3)。
　　 (2)對克雷伯氏菌HQ-3進(jìn)行了單因素厭氧發(fā)酵試驗(yàn)，確定產(chǎn)氫的最佳碳和氮源分別為葡萄糖和蛋白胨，最適pH為8.0，最適葡萄糖、蛋白胨、KH2PO4質(zhì)量配比分別為24.0 g/L、27.0 g/L和8.0 g/L。運(yùn)用Plackett-Burrman對產(chǎn)氫培養(yǎng)基的Na2HPO4·12H20，KH2PO4，MgSO4·7H2O，葡萄糖，蛋白胨，酵母膏，pH

4、八個(gè)因素進(jìn)行主效因子篩選，確定pH、葡萄糖、蛋白胨、KH2PO4為產(chǎn)氫的主效因子。進(jìn)一步利用爬坡實(shí)驗(yàn)確定主效因子的試驗(yàn)中心值，利用中心值結(jié)合MATLAB建模進(jìn)行響應(yīng)面法優(yōu)化厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫培養(yǎng)基，確定pH、KH2PO4、蛋白胨、葡萄糖的最優(yōu)化值，對預(yù)測值進(jìn)行了驗(yàn)證，得到實(shí)際產(chǎn)氫量為826.3 mL/L，與最佳預(yù)測值806.0 mL/L基本符合。然后，對其發(fā)酵條件：溫度（℃）、接種量（%）、轉(zhuǎn)速（r/min）進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)確定最佳發(fā)酵溫度、

5、接種量、轉(zhuǎn)速。經(jīng)上述試驗(yàn)，確定最佳培養(yǎng)條件為：酵母膏8.0 g/L、Na2HPO415.0 g/L、MgSO43.0 g/L、初始pH 8.3、KH2PO4 7.7 g/L、蛋白胨18.1 g/L、葡萄糖21.4 g/L，溫度32℃，接種量3%，轉(zhuǎn)速60 rpm，在此培養(yǎng)條件下產(chǎn)氫量為865.0 mL/L比初始產(chǎn)氫量（621.0 mL/L）提高了39%。
　　 (3)確定了產(chǎn)氫厭氧發(fā)酵代謝類型。在最優(yōu)發(fā)酵條件下，對發(fā)酵液相產(chǎn)物：