[發(fā)明專(zhuān)利]一種海藻的破解方法及在發(fā)酵產(chǎn)氫中的應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911014512.2
• 申請(qǐng)日: 2019-10-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110863016A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建龍;陰亞楠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C12P3/00
• 分類(lèi)號(hào): C12P3/00
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發(fā)明公開(kāi)了屬于生物發(fā)酵制氫技術(shù)領(lǐng)域的一種海藻的破解方法及在發(fā)酵產(chǎn)氫中的應(yīng)用。本發(fā)明利用酸或堿與電離輻照耦合處理海藻，得到海藻破解液；本發(fā)明能有效促進(jìn)海藻中有機(jī)組分的充分釋放；將所得海藻破解液為底物用于高效產(chǎn)氫，為生物制氫過(guò)程提供一種廉價(jià)易得的底物來(lái)源，降低了發(fā)酵制氫的成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物發(fā)酵制氫技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種海藻的破解方法及在發(fā)酵產(chǎn)氫中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫氣具有熱值高、燃燒產(chǎn)物清潔、便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，具有廣泛的用途，是一種理想的清潔能源。氫氣有多種制備方法，傳統(tǒng)的制備方法往往依賴(lài)于化石能源，降低了氫氣的環(huán)境效益。與之相比，生物制氫具有反應(yīng)條件溫和，能量來(lái)源可再生的優(yōu)點(diǎn)。特別是暗發(fā)酵產(chǎn)氫，產(chǎn)氫效率高且可以利用多種有機(jī)物為底物，受到廣泛的關(guān)注。

底物的選擇直接決定暗發(fā)酵系統(tǒng)的運(yùn)行成本和產(chǎn)氫效果。以富含碳水化合物的能源作物為底物產(chǎn)氫往往能得到比較好的產(chǎn)氫效率，且利于大規(guī)模應(yīng)用。目前，能源作物主要包括：以木薯、甜菜、高粱等能源植物為主的第一代能源作物，以農(nóng)林廢棄物等物質(zhì)纖維素類(lèi)物質(zhì)為主的第二代能源作物和以海藻、微藻等藻類(lèi)為主的第三代能源作物。其中，第一代能源作物含糖量高，但是需要占用耕地，難以滿(mǎn)足長(zhǎng)期大規(guī)模應(yīng)用；第二代能源作物來(lái)源廣泛，但其富含木質(zhì)素等，對(duì)預(yù)處理的要求較高，發(fā)酵過(guò)程中的有機(jī)物利用率低，從而提高了產(chǎn)氫成本。第三代能源作物藻類(lèi)具有生長(zhǎng)快、生長(zhǎng)環(huán)境要求低、不占用耕地且細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為最具有應(yīng)用前景的能源作物。特別是海藻，能夠快速通過(guò)光合作用實(shí)現(xiàn)固碳生長(zhǎng)，可在海水中養(yǎng)殖，碳水化物含量高，是一種理想的發(fā)酵產(chǎn)氫底物來(lái)源。

雖然海藻與纖維素類(lèi)物質(zhì)相比，具有更加簡(jiǎn)單的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。但是仍然需要一定的預(yù)處理來(lái)破壞它的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而釋放其細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)質(zhì)。目前已有報(bào)道的海藻破解方法主要有熱處理、酸處理、堿處理，超聲處理及酶解處理等。但是研究發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)的酸、堿處理及超聲處理難以有效地破解海藻細(xì)胞，釋放有機(jī)質(zhì)。熱處理中，只有當(dāng)溫度較高(大于121-180℃)時(shí)，才能對(duì)海藻進(jìn)行有效的破解，但是高溫伴隨著能耗的提升，且在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生梅拉德反應(yīng)，使還原糖和蛋白質(zhì)發(fā)生聚合、縮合反應(yīng)，不僅消耗了可用于產(chǎn)氫的有機(jī)質(zhì)，還會(huì)形成難降解的棕褐色大分子物質(zhì)。酶解處理雖然反應(yīng)條件溫和，但是所需的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且酶制劑價(jià)格昂貴，難以實(shí)現(xiàn)工程中的推廣應(yīng)用。此外，海藻破解液中還含有的酚酸，具有抑菌效果，會(huì)抑制產(chǎn)氫微生物的活性，從而降低系統(tǒng)的產(chǎn)氫效果，而已報(bào)道的預(yù)處理方法很難在海藻的破解過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)酚酸的降解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種海藻的破解方法及在發(fā)酵產(chǎn)氫中的應(yīng)用，具體技術(shù)方案如下：

一種海藻的破解方法為，利用酸或堿與電離輻照耦合處理海藻，得到海藻破解液。

所述利用酸或堿與電離輻照耦合處理海藻為向海藻與水的混合液中加入酸或堿，然后進(jìn)行電離輻照處理。

所述海藻與水的混合液中海藻濃度為10-30g TS/L；所述酸或堿加入量為所述海藻與水的混合液質(zhì)量的0-2％。

進(jìn)一步地，本發(fā)明所述酸或堿加入量為所述海藻與水的混合液質(zhì)量的0.5％-2％。

本發(fā)明所述利用酸或堿與電離輻照耦合處理海藻，得到海藻破解液的具體操作為：將海藻洗凈、烘干、粉碎后過(guò)18目篩，得到直徑小于1mm的海藻顆粒，將海藻顆粒與水混合，得到海藻濃度為10-30g TS/L的混合液，向混合液中添加酸或堿，在室溫下進(jìn)行電離輻照，輻照結(jié)束后，將混合液的pH調(diào)節(jié)至中性，得到海藻破解液。

本發(fā)明所述酸為硫酸，如濃硫酸；所述堿為NaOH，如NaOH粉末。

本發(fā)明所述電離輻照為γ射線(xiàn)，放射源為⁶⁰Co。所述電離輻照的劑量為10-30kGy。