一種纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法

2023-10-05 18:19:44

專利名稱：一種纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法
技術領域：
本發明涉及一種分解纖維素產氫的方法。
技術背景生物制氫技術利用微生物發酵有機廢水、秸稈類農林業廢棄物、有機垃圾 等制氫，具有治汙、環保和產能等特點。其中利用秸稈類農林業廢棄物產氫的 效率高、能耗低、汙染少、成本低，發展潛力巨大，為處理農林業有機廢棄物， 實現資源、能源、環境和經濟的可持續發展具有現實意義。纖維素梭菌H10有較強的纖維素代謝能力，纖維素利用率可達40% 60%;目前，利用纖維素梭菌H10分解纖維素髮酵產氫的方法中，直接將纖維 素梭菌H10接種於纖維素底物的培養基中，由於纖維素梭菌H10在對纖維素 進行分解之前要附著於纖維素表面，在纖維素表面定殖才能對纖維素進行代 謝，而此過程還涉及到合成大量纖維素酶等生理準備階段，其代謝和產氫在初 期有一段延遲期，因此存在培養時間長，纖維素的利用率低，僅為45% 55%， 且產氫速率僅為1.6±0.1molH2/mol己糖。發明內容本發明目的是為了解決現有利用纖維素梭菌H10分解纖維素髮酵產氫的 方法存在培養時間長、纖維素的利用率低及產氫速率低的問題，而提供一種纖 維素梭菌分解纖維素產氫的方法。纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法按以下步驟實現 一、將細胞濃度為 lxl01。個/L的纖維素梭菌H10菌液，以8% 12%的體積比例接種於生長培養 基中，在溫度為35。C、 pH值為7.0 8.0、質量濃度為99.99%的氮氣氣氛的條 件下培養46 50h; 二、將培養後的纖維素梭菌HIO以8% 12%的體積比樹 轉接於產氫培養基中，在溫度為34°C、 pH值為7.0 8.0、搖床轉速為90 110r/min、質量濃度為99.99%的氮氣氣氛中進行厭氧發酵22 26h，即完成纖 維素梭菌分解纖維素產氫；其中步驟一所述生長培養基中的每1L培養基由 2.9g三水磷酸氫二鉀，1.Sg磷酸二氫鉀，1.3g硫酸銨，l.Og六水氯化鎂，0.15g二水氯化鈣，1.25mg硫酸亞鐵，2.0g酵母粉，5.0g纖維二糖，2.0mg刃天青， l.OgL-半胱氨酸，0.018g四水氯化亞鐵，O.lmg六水氯化鈷，O.lmg二水氯化 亞銅，0.007g四水合氯化錳，O.OOlg氯化鋅，0.005g硼酸，O.lmg五水合硒酸 鈉，O.OOlg生物素，3.5mg煙酸，0.003g鹽酸硫胺素，0.002g對氨基苯甲酸， O.OOlg泛酸f丐，0.5mg維生素B^， O.OOlg鹽酸吡哆銨和餘量的水組成；步驟 二所述產氫培養基中的每1L培養基由2.9g三水磷酸氫二鉀，1.5g磷酸二氫鉀， 1.3g硫酸銨，l.Og六水氯化鎂，0.15g二水氯化鈣，1.25mg硫酸亞鐵，2.0g酵 母粉，7.5g纖維素(MN301), 2.0mg刃天青，l.Og L-半胱氨酸，0.018g四水 氯化亞鐵，O.lmg六水氯化鈷，O.lmg二水氯化亞銅，0.007g四水合氯化錳， O.OOlg氯化鋅，0.005g硼酸，O.lmg五水合硒酸鈉，O.OOlg生物素，3.5mg煙 酸，0.003g鹽酸硫胺素，0.002g對氨基苯甲酸，O.OOlg泛酸鈣，0.5mg維生素 B12， O.OOlg鹽酸吡哆銨和餘量的水組成。本發明將纖維素梭菌H10的產氫過程分為兩個階段生長階段和產氫階 段。生長階段針對纖維素梭菌H10對較小分子碳水化合物累底物容易利用的 特性，選擇纖維二糖為底物，使細菌能夠迅速生長，延遲期縮短了 20% 30%; 產氫階段的底物為纖維素MN301,此時纖維素梭菌H10在生長培養基中達到 對數生長期，將其轉接入產氫培養基，在細菌活性最高時進行纖維素的代謝和 產氫，比產氫率達到最大產氫速率7.29mLH2/g-CDW h，纖維素利用率高達 65% 75%，產氫速率達1.9±0.1mol H2/mol己糖。本發明操作簡單，易於管 理。
具體實施方式
本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方 式間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法按以下步 驟實現 一、將細胞濃度為lxl(T個/L的纖維素梭菌H10菌液，以8% 12% 的體積比例接種於生長培養基中，在溫度為35。C、 pH值為7.0 8.0、質量濃 度為99.99%的氮氣氣氛的條件下培養46 50h; 二、將培養後的纖維素梭菌 H10以8% 12%的體積比例轉接於產氫培養基中，在溫度為34。C、 pH值為 7.0 8.0、搖床轉速為90 110r/min、質量濃度為99.99%的氮氣氣氛中進行厭氧發酵22 26h，即完成纖維素梭菌分解纖維素產氫；其中步驟一所述生長培 養基中的每1L培養基由2.9g三水磷酸氫二鉀，1.5g磷酸二氫鉀，1.3g硫酸銨， l.Og六水氯化鎂，0.15g二水氯化鈣，1.25mg硫酸亞鐵，2.0g酵母粉，5.0g纖 維二糖，2.0mg刃天青，l.OgL-半胱氨酸，0.018g四水氯化亞鐵，O.lmg六水 氯化鈷，O.lmg二水氯化亞銅，0.007g四水合氯化錳，O.OOlg氯化鋅，0.005g 硼酸，O.lmg五水合硒酸鈉，O.OOlg生物素，3.5mg煙酸，0.003g鹽酸硫胺素， 0.002g對氨基苯甲酸，O.OOlg泛酸鈣，0.5mg維生素B^， O.OOlg鹽酸吡哆銨 和餘量的水組成；步驟二所述產氫培養基中的每1L培養基由2.9g三水磷酸氫 二鉀，1.5g磷酸二氫鉀，1.3g硫酸銨，l.Og六水氯化鎂，0.15g二水氯化鈣， 1.25mg硫酸亞鐵，2.0g酵母粉，7.5g纖維素(MN301)， 2.0mg刃天青，l.OgL-半胱氨酸，0.018g四水氯化亞鐵，O.lmg六水氯化鈷，O.lmg二水氯化亞銅， 0.007g四水合氯化錳，O.OOlg氯化鋅，0.005g硼酸，O.lmg五水合硒酸鈉，O.OOlg 生物素，3.5mg煙酸，0.003g鹽酸硫胺素，0.002g對氨基苯甲酸，O.OOlg泛酸 鈣，0.5mg維生素Bu， O.OOlg鹽酸吡哆鉸和餘量的水組成。 本實施方式中纖維素梭菌HIO由購買得到。 本實施方式步驟一中體積比例為接種菌液體積比上培養液體積。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中以 9% 11%的體積比例接種於生長培養基中，在溫度為35°C、 pH值為7.2 7.8、 質量濃度為99.99%的氮氣氣氛的條件下培養47 49h。其它步驟及參數與具體 實施方式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中以10% 的體積比例接種於生長培養基中，在溫度為35°C、 pH值為7.5、質量濃度為 99.99。/。的氮氣氣氛的條件下培養48h。其它步驟及參數與具體實施方式
一相 同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將培養 後的纖維素梭菌H10以9% 11%的體積比例轉接於產氫培養基中，在溫度為 34°C、 pH值為7.2 7.8、搖床轉速為95 105r/min、質量濃度為99.99%的氮 氣氣氛中進行厭氧發酵23 25h。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中將培養後的纖維素梭菌HIO以10%的體積比例轉接於產氫培養基中，在溫度為34°C、pH值為7.5、搖床轉速為100r/min、質量濃度為99.99%的氮氣氣氛中進行厭氧發酵24h。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法按以下步 驟實現 一、將細胞濃度為lxl(T個/L的纖維素梭菌H10菌液，以10%的體積比例接種於生長培養基中，在溫度為35°C、 pH值為7.0、質量濃度為99.99% 的氮氣氣氛的條件下培養45h; 二、將培養後的纖維素梭菌HIO以10%的體積 比例轉接於產氫培養基中，在溫度為34°C、 pH值為7.0、搖床轉速為110r/min、 質量濃度為99.99%的氮氣氣氛中進行厭氧發酵24h，即完成纖維素梭菌分解纖 維素產氫；其中步驟一所述生長培養基中的每1L培養基由2.9g三水磷酸氫二 鉀，1.5g磷酸二氫鉀，1.3g硫酸銨，l.Og六水氯化鎂，0.15g二水氯化鈣，1.25mg 硫酸亞鐵，2.0g酵母粉，5.0g纖維二糖，2.0mg刃天青，l.Og L-半胱氨酸，0.018g 四水氯化亞鐵，O.lmg六水氯化鈷，O.lmg二水氯化亞銅，0.007g四水合氯化 錳，O.OOlg氯化鋅，0.005g硼酸，O.lmg五水合硒酸鈉，O.OOlg生物素，3.5mg 煙酸，0.003g鹽酸硫胺素，0.002g對氨基苯甲酸，O.OOlg泛酸鈣，0.5mg維生 素B,2， 0.001g鹽酸吡眵銨和餘量的水組成；步驟二所述產氫培養基中的每1L 培養基由2.9g三水磷酸氫二鉀，1.5g磷酸二氫鉀，1.3g硫酸銨，l.Og六水氯 化鎂，0'.15g 二水氯化鈣，1.25mg硫酸亞鐵，2.0g酵母粉，7.5g纖維素(MN301 )， 2.0mg刃天青，l.OgL-半胱氨酸，0.01Sg四水氯化亞鐵，O.lmg六水氯化鈷， O.lmg 二水氯化亞銅，0.007g四水合氯化錳，0.001g氯化鋅，0.005g硼酸，O.lmg 五水合硒酸鈉，0.001g生物素，3.5mg煙酸，0.003g鹽酸硫胺素，0.002g對氨 基苯甲酸，0.001g泛酸鈣，0.5mg維生素B12， O.OOlg鹽酸吡卩多銨和餘量的水 組成。本實施方式中細菌生長迅速，延遲期縮短了 27.1%;纖維素利用率高達 73.6%，產氫速率達1.9molH2/mol己糖。
具體實施方式
七本實施方式纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法按以下步驟實現 一、將細胞濃度為lxlO'。個/L的纖維素梭菌H10菌液，以10%的體 積比例接種於生長培養基中；在溫度為35。C、pH值為7.5、質量濃度為99.99% 的氮氣氣氛的條件下培養4511.， 二、將培養後的纖維素梭菌HIO以10%的體積比例轉接於產氫培養基中，在溫度為34。C、pH值為7.5、搖床轉速為100r/min、 質量濃度為99.99%的氮氣氣氛中進行厭氧發酵24h，即完成纖維素梭菌分解纖 維素產氫；其中步驟一所述生長培養基中的每1L培養基由2.9g三水磷酸氫二 鉀，1.5g磷酸二氫鉀，1.3g硫酸銨，l.Og六水氯化鎂，0.15g二水氯化鈣，1.25mg 硫酸亞鐵，2.0g酵母粉，5.0g纖維二糖，2.0mg刃天青，l.OgL-半胱氨酸，0.018g 四水氯化亞鐵，O.lmg六水氯化鈷，O.lmg二水氯化亞銅，0.007g四水合氯化 錳，0.001g氯化鋅，0.005g硼酸，O.lmg五水合硒酸鈉，0.001g生物素，3.5mg 煙酸，0.003g鹽酸硫胺素，0.002g對氨基苯甲酸，0.001g泛酸轉，0.5mg維生 素B,2， 0.001g鹽酸吡哆銨和餘量的水組成；步驟二所述產氫培養基中的每1L 培養基由2.9g三水磷酸氫二鉀，1.5g磷酸二氫鉀，1.3g硫酸銨，l.Og六水氯 化鎂，0.15g 二水氯化鈣，1.25mg硫酸亞鐵，2.0g酵母粉，7.5g纖維素(MN301 )， 2.0mg刃天青，l.OgL-半胱氨酸，0.018g四水氯化亞鐵，O.lmg六水氯化鈷， O.lmg 二水氯化亞銅，0.007g四水合氯化錳，0.001g氯化鋅，0.005g硼酸，O.lmg 五水合硒酸鈉，0.001g生物素，3.5mg煙酸，0.003g鹽酸硫胺素，0.002g對氨 基苯甲酸，0.001g泛酸鈣，0.5mg維生素B!2， 0.001g鹽酸吡眵銨和餘量的水 組成。本實施方式中細菌生長迅速,延遲期縮短了 30%;纖維素利用率高達75%, 產氫速率達2.0mol H2/mol己糖。
權利要求
1、一種纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法，其特徵在於纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法按以下步驟實現一、將細胞濃度為1×1010個/L的纖維素梭菌H10菌液，以8％～12％的體積比例接種於生長培養基中，在溫度為35℃、pH值為7.0～8.0、質量濃度為99.99％的氮氣氣氛的條件下培養46～50h；二、將培養後的纖維素梭菌H10以8％～12％的體積比例轉接於產氫培養基中，在溫度為34℃、pH值為7.0～8.0、搖床轉速為90～110r/min、質量濃度為99.99％的氮氣氣氛中進行厭氧發酵22～26h，即完成纖維素梭菌分解纖維素產氫；其中步驟一所述生長培養基中的每1L培養基由2.9g三水磷酸氫二鉀，1.5g磷酸二氫鉀，1.3g硫酸銨，1.0g六水氯化鎂，0.15g二水氯化鈣，1.25mg硫酸亞鐵，2.0g酵母粉，5.0g纖維二糖，2.0mg刃天青，1.0g L-半胱氨酸，0.018g四水氯化亞鐵，0.1mg六水氯化鈷，0.1mg二水氯化亞銅，0.007g四水合氯化錳，0.001g氯化鋅，0.005g硼酸，0.1mg五水合硒酸鈉，0.001g生物素，3.5mg煙酸，0.003g鹽酸硫胺素，0.002g對氨基苯甲酸，0.001g泛酸鈣，0.5mg維生素B12，0.001g鹽酸吡哆銨和餘量的水組成；步驟二所述產氫培養基中的每1L培養基由2.9g三水磷酸氫二鉀，1.5g磷酸二氫鉀，1.3g硫酸銨，1.0g六水氯化鎂，0.15g二水氯化鈣，1.25mg硫酸亞鐵，2.0g酵母粉，7.5g纖維素(MN301)，2.0mg刃天青，1.0g L-半胱氨酸，0.018g四水氯化亞鐵，0.1mg六水氯化鈷，0.1mg二水氯化亞銅，0.007g四水合氯化錳，0.001g氯化鋅，0.005g硼酸，0.1mg五水合硒酸鈉，0.001g生物素，3.5mg煙酸，0.003g鹽酸硫胺素，0.002g對氨基苯甲酸，0.001g泛酸鈣，0.5mg維生素B12，0.001g鹽酸吡哆銨和餘量的水組成。
2、 根據權利要求1所述的一種纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法，其特 徵在於步驟一中以9% 11%的體積比例接種於生長培養基中，在溫度為35°C、 pH值為7.2 7.8、質量濃度為99.99。/。的氮氣氣氛的條件下培養47 49h。
3、 根據權利要求1所述的一種纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法，其特 徵在於步驟一中以10%的體積比例接種於生長培養基中，在溫度為35。C、 pH 值為7.5、質量濃度為99.99。/。的氮氣氣氛的條件下培養48h。
4、 根據權利要求1所述的一種纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法，其特 徵在於步驟二中將培養後的纖維素梭菌H10以9% 11%的體積比例轉接於產氫培養基中，在溫度為34。C、 pH值為7.2 7.8、搖床轉速為95 105r/min、 質量濃度為99.99%的氮氣氣氛中進行厭氧發酵23 25h。
5、根據權利要求1所述的一種纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法，其特 徵在於步驟二中將培養後的纖維素梭菌H10以10%的體積比例轉接於產氫培 養基中，在溫度為34'C、pH值為7.5、搖床轉速為100r/min、質量濃度為99.99% 的氮氣氣氛中進行厭氧發酵24h。
全文摘要
一種纖維素梭菌分解纖維素產氫的方法，它涉及一種分解纖維素產氫的方法。它解決了現有利用纖維素梭菌H10分解纖維素髮酵產氫的方法存在培養時間長、纖維素的利用率低及產氫速率低的問題。方法一、將纖維素梭菌H10接種於生長培養基中培養；二、將培養後的纖維素梭菌H10轉接於產氫培養基中進行厭氧發酵，即完成纖維素梭菌分解纖維素產氫。本發明延遲期縮短了20％～30％，纖維素利用率高達65％～75％，產氫速率達1.9±0.1mol H2/mol己糖。
文檔編號C12P3/00GK101402972SQ20081013755
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月18日 優先權日2008年11月18日
發明者任南琪, 王勝男, 邢德峰 申請人:哈爾濱工業大學