[發明專利]一種強化厭氧發酵制氫的方法

無效

• 申請號: 201110431193.2
• 申請日: 2011-12-21
• 公開（公告）號: CN102876723A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 任云利;趙爽;劉振;王鍵吉;尹衛平
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 李宗虎

技術領域

本發明涉及微生物發酵制氫領域，具體的說是一種強化厭氧發酵制氫的方法。?

背景技術

不斷增加的能源需求和化石燃料儲量枯竭之間的矛盾正在加劇，氫氣作為一種清潔、高效、可再生的能源載體，是一個非常有前景的替代能源。在眾多制取氫氣的方法中厭氧發酵制氫因其應條件溫和、設備簡單而且可利用的原料來源廣泛而被認為是一種具有廣泛前景的制氫方法。然而，厭氧發酵產氫由于原料轉化率低，產氫速率低，目前在制氫的成本上還不能與化學法制氫相抗衡。提高原料轉化率和產氫速率以降低制氫成本是厭氧發酵制氫亟待突破的問題。?

厭氧發酵制氫中的產氫反應是可逆的氧化還原反應?，H₂生產速率同時受產氫速率和吸氫速率的影響。較低的胞內氫氣分壓有利于產氫反應向產氫方向進行。另外，胞內產生的H₂要經過細胞膜釋放到液體培養基，然后再擴散到上方的氣相。因而減小氫氣釋放的阻力有利于降低胞內的氫氣分壓從而強化產氫。Mandal通過降低發酵體系中培養基上方的氫氣分壓的方式成功強化產氫。考慮到細胞膜的雙磷脂層的流動所引起的孔徑（不超過0.5-1.0nm）與氫氣分子的直徑（近0.3nm）相當，推測胞內產生的氫氣經由細胞膜向胞外液體培養基釋放的速度可能受到細胞膜孔徑的影響。因此，我們推斷改善細胞膜通透性可降低氫氣由胞內向胞外釋放的阻力，從而降低細胞內H₂的壓力，并最終提高產氫速率。?

發明內容

本發明的目的在于篩選一種能有效改善細胞膜的通透性又不影響產氫微生物生長和代謝的一種試劑，探索該試劑的作為厭氧發酵制氫添加劑的濃度條件，最終實現累計產氫量和產氫速率的強化。?

本發明為解決上述技術問題采用的技術方案為：一種強化厭氧發酵制氫的方法，包含以下步驟：按照體積比，在發酵容器中加入100份的培養基，并按照每升培養基中加入1mg刃天青的比例加入刃天青，再加入5份質量濃度為0.2~0.6g/L的十六烷基三甲基溴化銨溶液，混合均勻后，在121℃的條件下滅菌15min，然后接種5份取自牛糞發酵后的液體，再向發酵容器和與之相連的堿洗瓶中通入無菌氮氣直至發酵體系的顏色由粉色變為無色，然后密封無菌氮氣通入口，在37℃恒溫、155r/min的條件下震蕩培養，發酵產生的氣體通過通氣管道進入裝有濃度為2~4mol/L氫氧化鈉溶液的堿洗瓶中，然后收集從堿洗瓶中溢出的氣體即為發酵產生的氫氣；?

所述的培養基的組成為：每升培養基中含有10g的木糖、5g的蛋白胨、14g的磷酸氫二鉀、2g的硫酸銨、6?g的磷酸二氫鉀和0.2?g?的MgSO₄·7H₂O，其余為蒸餾水，配制好的培養基在使用前在121℃的條件下滅菌15min。

本發明中，所述的加入刃天青的作用是用于觀察培養基中的厭氧指標。?

本發明中，所述的牛糞發酵后的液體實際上為一種混和菌液。?

在培養基中添加一定濃度的十六烷基三甲基溴化銨，即CTAB，混合菌的生長代謝沒有受到明顯抑制作用，混合菌的細胞膜的通透性得到明顯改善，CTAB對微生物的影響實驗如下：?

一、CTAB對細胞膜通透性的影響

混合菌：取自牛糞發酵的沼氣罐，其細菌細胞密度為1.8~2.2；

培養基配制：?每升培養基中含有10g木糖、5g蛋白胨、14g磷酸氫二鉀、2?g?(NH4)₂SO₄、6?g磷酸二氫鉀和0.2?g?MgSO₄·7H₂O，其余為蒸餾水，配制好的培養基在使用前在121℃的條件下滅菌15min；

細胞懸浮液制備：混合菌群在培養基中厭氧培養24?h，離心取沉淀，然后用pH為7、100毫摩爾的磷酸鉀緩沖液洗凈，加入適量的緩沖液（600?nm下光密度值OD₆₀₀等于3.31）保存。

CTAB對細胞膜通透性的影響：分別配制0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.6，0.8，1.2?g/L的CTAB溶液；取4mL細胞懸浮液和0.2?mL?CTAB溶液加入7mL?的血清瓶中，在37℃條件下保持15min，然后離心取上清，在280nm下測定其吸光度值（A₂₈₀）以估算蛋白質滲出量和細胞膜的通透性。?

為分析CTAB的作用時間對蛋白滲出量的影響，將細胞懸浮液和CTAB溶液在血清瓶中的作用時間延長為90min和135min重復上述實驗。?