丁酸梭菌的产氢影响因素及其代谢特性的研究
发布时间：2021-02-02 15:30
厌氧发酵生物制氢技术在处理废弃物的同时制取氢气,不仅能够实现废弃物资源化,又能降低产氢成本,是近年来环境保护和能源领域研究热点之一。获得高效产氢菌种,进行产氢影响因素的研究,对了解产氢菌种生理生化特性和提高产氢效率具有重要意义,也是解决厌氧发酵生物制氢工业化的基础。本研究利用改进的Hungate厌氧培养技术,从处理高浓度糖蜜废水的CSTR厌氧发酵制氢反应器中,分离获得一株高效产氢细菌,命名为YM-83。利用LM-1培养基进行间歇实验,连续培养30 h后获得最大单位体积产氢量为4,850 m L/L culture,比产氢率为1.94 mol H2/mol glucose。经过16S r DNA基因序列分析,结果显示该菌株与Clostridium butyricum JCM 7840基因序列同源性达100%,基于电镜扫描形态观察和系统进化分析,确定产氢菌株YM-83为丁酸梭菌（Clostridium butyricum）。通过间歇实验进行各种因素对丁酸梭菌YM-83生长产氢的影响研究,结果显示最适生长和产氢培养温度为35℃;最适生长和产氢初始p H为6.5;最适初始初始葡萄糖浓度为18 ...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
丙酮酸脱羧产生H2过程
第1章绪论上海师范大学硕士学位论文21.2厌氧发酵制氢技术厌氧发酵制氢是指在厌氧和黑暗的条件下利用厌氧发酵产氢细菌将大分子有机物降解产生氢气和其他副产物的过程[12]。由于某些发酵细菌体内缺乏完整的呼吸链电子传递体系，发酵过程中通过脱氢作用所产生的“过剩”电子，必须有适当的途径得到“释放”，使物质的氧化与还原过程保持平衡，以保证代谢过程的顺利进行[13]。大自然环境中能够产生氢气的发酵性细菌种类很多，他们通过发酵途径直接产生分子氢来平衡氧化还原过程中剩余电子。1.2.1厌氧发酵产氢途径发酵产氢细菌的产氢过程包括以下三种途径[14-15]：第一种是丙酮酸脱羧作用产氢，即丙酮酸首先在丙酮酸脱氢酶的作用下脱氢，将电子转移给还原态的铁氧还蛋白（Fdred），然后在氢化酶的作用下被重新氧化成氧化态的铁氧还蛋白（Fdox），产生分子氢（见图1-1）；第二种是通过甲酸裂解的途径产氢，丙酮酸脱羧后形成的甲酸以及厌氧环境中CO2和H+生成的甲酸，通过铁氧还蛋白和氢化酶作用分解为CO2和H2（如图1-2）；第三种是通过辅酶I（NADH或NAD+）的氧化还原平衡调节作用产氢，其反应式如下所示：NADH+H+→NAD++H2△G=-21.84kJ/mol图1-1丙酮酸脱羧产生H2过程Fig.1-1PyruvatedecarboxylationprocesstoproduceH2图1-2甲酸裂解产生H2的过程Fig.1-2FormicacidcrackingprocesstoproduceH2
第1章绪论上海师范大学硕士学位论文6图1-4丁酸型发酵途径[42]Fig.1-4Butyricacidtypefermentationpathwayofglucose图1-5乙醇型发酵途径[42]Fig.1-5Ethanoltypefermentationpathwayofglucose1.3.2丁酸梭菌发酵产氢影响因素丁酸梭菌发酵产氢的影响因素主要有温度、pH、底物浓度、金属离子等生物因子和环境因子。这些因素不仅对丁酸梭菌的生长、生理代谢有重要的影响，也会影响丁酸梭菌的产氢能力。（1）温度的影响影响微生物生长繁殖的一个重要因素就是温度。因为微生物的生长繁殖是通过一系列的生化反应来完成的，而酶促反应特性要求反应在一定的温度范围才能正常进行。此外，温度还能够影响细胞质膜的流动性。温度高，其流动性大，有利于物质的运输，从而影响微生物对营养物质的吸收和代谢。丁酸梭菌在发酵制氢中的应用温度为30~40℃。Junghare等[43]在25~55℃范围内探索了温度对C.
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物技术生产丁酸的研究进展[J]. 王杰明,石雅丽,刘安礼,刘占英,兰辉,郝健霞,姚梽鹏,张清翠. 生物技术进展. 2020(01)
[2]丁酸梭菌厌氧发酵机制及高密度厌氧发酵方式研究进展[J]. 吴天福,谢小林,陈美标,周莲,陈猛,邓名荣,姚青,朱红惠. 食品与机械. 2020(01)
[3]利用Clostridium butyricum CbⅧ厌氧发酵生物柴油副产物甘油生产1,3-丙二醇的途径探究[J]. 韩艳霞,焦婵,薛蔓. 开封大学学报. 2019(03)
[4]日本保障能源供应安全的政策措施及其对我国的启示[J]. 马朋林,张所续. 能源与环境. 2019(04)
[5]浅谈新时期我国新能源经济发展现状[J]. 孟祥飞. 中外企业家. 2019(24)
[6]蛋白质组学和代谢组学在微生物代谢工程中的应用[J]. 禹伟,高教琪,周雍进. 色谱. 2019(08)
[7]革兰氏染色法观察与区分细菌[J]. 谭啸,章熙东. 生物学教学. 2019(07)
[8]生物制氢技术的未来前景展望[J]. 伍赛特. 能源与环境. 2019(03)
[9]我国氢能发展现状与前景展望[J]. 刘坚,钟财富. 中国能源. 2019(02)
[10]合理开发新能源 推进绿色经济发展的建议[J]. 刘立宅. 环境与发展. 2019(01)
博士论文
[1]利用比较蛋白质组学与代谢组学研究Lactobacillus casei Zhang在葡萄糖限制性环境中的生长代谢规律[D]. 潘琳.内蒙古农业大学 2019
[2]产氢菌株的筛选及其利用木质纤维素发酵产氢机理研究[D]. 胡彬彬.华南理工大学 2018
[3]高效光合产氢菌的筛选及连续生物制氢试验研究[D]. 刘文辉.西安建筑科技大学 2017
[4]L-半胱氨酸对细菌产氢过程的促进作用[D]. 谢天卉.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]恶臭假单胞菌KT2440中FinR对介导烟酸代谢的nicC和nicX操纵子的调控[D]. 朱文静.华中农业大学 2019
[2]发酵条件对酸奶营养品质及代谢产物的影响[D]. 王一然.沈阳农业大学 2019
[3]厌氧发酵产氢反应器的连续运行及蛋白质组学的研究[D]. 王靖媛.上海师范大学 2019
[4]厌氧污泥暗发酵生物制氢条件优化与填料菌种附着研究[D]. 董娇.天津大学 2016
[5]K.pneumoniae ECU-15菌株产氢培养基优化及其对产氢过程影响研究[D]. 肖燕.华东理工大学 2013
[6]产氢菌的分离鉴定及产氢条件的优化[D]. 张娜.西北大学 2010
[7]微生物厌氧发酵产氢及其培养基优化研究[D]. 李珊珊.西北大学 2009
本文编号：3014932
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
丙酮酸脱羧产生H2过程
第1章绪论上海师范大学硕士学位论文21.2厌氧发酵制氢技术厌氧发酵制氢是指在厌氧和黑暗的条件下利用厌氧发酵产氢细菌将大分子有机物降解产生氢气和其他副产物的过程[12]。由于某些发酵细菌体内缺乏完整的呼吸链电子传递体系，发酵过程中通过脱氢作用所产生的“过剩”电子，必须有适当的途径得到“释放”，使物质的氧化与还原过程保持平衡，以保证代谢过程的顺利进行[13]。大自然环境中能够产生氢气的发酵性细菌种类很多，他们通过发酵途径直接产生分子氢来平衡氧化还原过程中剩余电子。1.2.1厌氧发酵产氢途径发酵产氢细菌的产氢过程包括以下三种途径[14-15]：第一种是丙酮酸脱羧作用产氢，即丙酮酸首先在丙酮酸脱氢酶的作用下脱氢，将电子转移给还原态的铁氧还蛋白（Fdred），然后在氢化酶的作用下被重新氧化成氧化态的铁氧还蛋白（Fdox），产生分子氢（见图1-1）；第二种是通过甲酸裂解的途径产氢，丙酮酸脱羧后形成的甲酸以及厌氧环境中CO2和H+生成的甲酸，通过铁氧还蛋白和氢化酶作用分解为CO2和H2（如图1-2）；第三种是通过辅酶I（NADH或NAD+）的氧化还原平衡调节作用产氢，其反应式如下所示：NADH+H+→NAD++H2△G=-21.84kJ/mol图1-1丙酮酸脱羧产生H2过程Fig.1-1PyruvatedecarboxylationprocesstoproduceH2图1-2甲酸裂解产生H2的过程Fig.1-2FormicacidcrackingprocesstoproduceH2
第1章绪论上海师范大学硕士学位论文6图1-4丁酸型发酵途径[42]Fig.1-4Butyricacidtypefermentationpathwayofglucose图1-5乙醇型发酵途径[42]Fig.1-5Ethanoltypefermentationpathwayofglucose1.3.2丁酸梭菌发酵产氢影响因素丁酸梭菌发酵产氢的影响因素主要有温度、pH、底物浓度、金属离子等生物因子和环境因子。这些因素不仅对丁酸梭菌的生长、生理代谢有重要的影响，也会影响丁酸梭菌的产氢能力。（1）温度的影响影响微生物生长繁殖的一个重要因素就是温度。因为微生物的生长繁殖是通过一系列的生化反应来完成的，而酶促反应特性要求反应在一定的温度范围才能正常进行。此外，温度还能够影响细胞质膜的流动性。温度高，其流动性大，有利于物质的运输，从而影响微生物对营养物质的吸收和代谢。丁酸梭菌在发酵制氢中的应用温度为30~40℃。Junghare等[43]在25~55℃范围内探索了温度对C.
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物技术生产丁酸的研究进展[J]. 王杰明,石雅丽,刘安礼,刘占英,兰辉,郝健霞,姚梽鹏,张清翠. 生物技术进展. 2020(01)
[2]丁酸梭菌厌氧发酵机制及高密度厌氧发酵方式研究进展[J]. 吴天福,谢小林,陈美标,周莲,陈猛,邓名荣,姚青,朱红惠. 食品与机械. 2020(01)
[3]利用Clostridium butyricum CbⅧ厌氧发酵生物柴油副产物甘油生产1,3-丙二醇的途径探究[J]. 韩艳霞,焦婵,薛蔓. 开封大学学报. 2019(03)
[4]日本保障能源供应安全的政策措施及其对我国的启示[J]. 马朋林,张所续. 能源与环境. 2019(04)
[5]浅谈新时期我国新能源经济发展现状[J]. 孟祥飞. 中外企业家. 2019(24)
[6]蛋白质组学和代谢组学在微生物代谢工程中的应用[J]. 禹伟,高教琪,周雍进. 色谱. 2019(08)
[7]革兰氏染色法观察与区分细菌[J]. 谭啸,章熙东. 生物学教学. 2019(07)
[8]生物制氢技术的未来前景展望[J]. 伍赛特. 能源与环境. 2019(03)
[9]我国氢能发展现状与前景展望[J]. 刘坚,钟财富. 中国能源. 2019(02)
[10]合理开发新能源 推进绿色经济发展的建议[J]. 刘立宅. 环境与发展. 2019(01)
博士论文
[1]利用比较蛋白质组学与代谢组学研究Lactobacillus casei Zhang在葡萄糖限制性环境中的生长代谢规律[D]. 潘琳.内蒙古农业大学 2019
[2]产氢菌株的筛选及其利用木质纤维素发酵产氢机理研究[D]. 胡彬彬.华南理工大学 2018
[3]高效光合产氢菌的筛选及连续生物制氢试验研究[D]. 刘文辉.西安建筑科技大学 2017
[4]L-半胱氨酸对细菌产氢过程的促进作用[D]. 谢天卉.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]恶臭假单胞菌KT2440中FinR对介导烟酸代谢的nicC和nicX操纵子的调控[D]. 朱文静.华中农业大学 2019
[2]发酵条件对酸奶营养品质及代谢产物的影响[D]. 王一然.沈阳农业大学 2019
[3]厌氧发酵产氢反应器的连续运行及蛋白质组学的研究[D]. 王靖媛.上海师范大学 2019
[4]厌氧污泥暗发酵生物制氢条件优化与填料菌种附着研究[D]. 董娇.天津大学 2016
[5]K.pneumoniae ECU-15菌株产氢培养基优化及其对产氢过程影响研究[D]. 肖燕.华东理工大学 2013
[6]产氢菌的分离鉴定及产氢条件的优化[D]. 张娜.西北大学 2010
[7]微生物厌氧发酵产氢及其培养基优化研究[D]. 李珊珊.西北大学 2009
本文编号：3014932
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