Enterobacter aerogenes EB-06的筛选及其暗发酵产氢过程特征分析

作     者：李一锋 

作者单位：华东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张旭

授予年度：2017年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081703[工学-生物化工] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：暗发酵制氢 条件优化 菌种筛选 Enterobater aerogenes 甘油利用 

摘      要：随着社会的持续发展,环境污染和能源短缺问题日渐突出,寻找一种清洁、可再生的新型能源是当务之急。H2具有清洁、可再生、燃烧值高等优点,可以作为未来理想的能源形式之一。目前,在众多制氢方法中,生物制氢具有产氢速度快、设备简易、可利用可再生资源和废弃物等特点,深具产业化前景。然而,到目前为止尚未实现生物制氢过程产业化,主要原因仍与生物制氢技术成本较高、效率较低等因素有关。因此筛选具有较高转化率和利用更广发底物的产氢微生物是生物制氢的重要研究方向。本文以上海市植物园河底污泥为基质进行产氢发酵菌的筛选,使用了厌氧平板技术,经过初筛和复筛得到16株产氢菌,最终得到体积产氢量相对较高的一株菌株EB-06,经形态学、生理生化实验及16S rDNA序列分析后获悉其属于肠杆菌属的产气肠杆菌,命名为*** EB-06,并进一步开展后续实验。为了优化培养条件和培养基组分,首先对EB-06菌株利用葡萄糖产氢特性进行了考察。实验证明,在厌氧条件下的产氢得率要比有氧条件下的高2.3倍;菌体生长和产氢的最适温度分别为37℃和41℃。通过分批培养,可以得到细菌细胞生长的最适pH为偏碱性,其体积产氢量最适pH在8.0左右,为51.08mmol/L培养基;而产氢得率最高为0.86molH2/mol Glucose时的pH值为5.0左右。产氢得率随着初始葡萄糖浓度的增加而降低,当初始葡萄糖的浓度为lOg/L时,EB-06产氢得率最大为0.53 mol H2/mol Glucose,高浓度的初始葡萄糖浓度会抑制产氢得率。当葡萄糖的浓度为20g/L时,EB-06暗发酵体积产氢量和比产氢速率最佳,分别为47.00mmol/L和9.40mmolH2/gDCW·h。Fe2+是通过作为金属酶的电子传递作用来影响代谢产氢的,实验得到最佳的Fe2+离子添加量为50mg/L。碳源类型实验结果显示,EB-06菌株几乎可以利用所有常见的单糖、双糖以及某些多糖,其中产氢量最多的是甘油。产气肠杆菌可以利用甘油发酵产生H2和乙醇,因此重点考察了EB-06利用甘油发酵产氢的优化条件及产氢特性,该过程不仅可以得到清洁能源—H2,而且还可以处理生物柴油工业的副产物—甘油。本文采用了单因素实验研究了初始pH值、初始甘油浓度、接种量以及C/N比对EB-06菌株发酵甘油产氢的特性的影响关系。研究结果表明,当初始pH值为7.0时,发酵液的最大体积产氢量为83.76mmol/L;在初始甘油浓度为40g/L时获得最高的比产氢速率41.47mmol H2/gDCW·h;通过探究不同接种量对产氢得率的影响,发现接种量较大时(4%)的产氢得率是接种量较小时(0.5%)的2倍;实验证明C/N比也是影响产氢得率的一个重要得因素,体积产氢量随着C/N比(g/g)的降低而增加。正交实验获得了最佳产氢得率条件为:初始甘油浓度为10g/L,初始pH为5.0,C/N比为5/3时,是大产氢得率为1.07mol H2/mol Glycerol。此结果已经十分接近文献公开报道的产气肠杆菌的最高产氢得率1.12molH2/mol Glycerol。