利用超聲波提高光合細菌產氫的方法
2023-11-05 02:17:47
專利名稱：利用超聲波提高光合細菌產氫的方法
技術領域：
本發明涉及一種可以提高光合細菌產氫性能的方法，屬於生物能源領域，尤其涉
及一種利用超聲波提高光合細菌產氫的方法。
背景技術：
自進入21世紀以來，能源價格持續上漲，能源短缺日益困擾著國家和政府的發展
規劃，能源問題已成為影響國民經濟發展和國家安全的一個重要因素；同時化石能源的使
用對環境造成了嚴重的影響和破壞，溫室氣體效應、酸雨等問題嚴重地威脅著地球和人類
的可持續發展。氫能作為一種新型的高效、無汙染的能源，受到人們的廣泛關注。 光合細菌產氫實質是在光照厭氧條件下利用小分子的有機酸、有機酸鹽、醇類、
糖類等作為碳源底物，在固氮酶或氫酶的催化下產生分子氫， 一般情況下光合細菌產氫主
要是在固氮酶的作用下進行的。光合細菌產氫具有較高的底物轉化率，能使用廣泛的生
物作為生長和產氫的底物，可以利用再循環的有機廢物作為碳源，吸收光譜範圍400nm
950nm，產物中不具有抑制固氮酶或氫酶活性的氧，氫能來自生物質能和光能，合理充分利
用太陽能，能量轉化率高，易於大規模生產等優點，受到許多研究者的關注。 現有技術中，光合細菌產氫與其他生物制氫的方法一樣，主要問題在於產氫效率
低，反應器研究困難，離工業化生產和運用存在很大的距離。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明提供一種利用超聲波預處理光合細菌從而提高光合細菌的產氫速率和產氫量的產氫方法。
本發明提供的利用超聲波提高光合細菌產氫的方法，包括如下步驟
1)將培養至對數生長期的光合細菌菌懸液在冰浴保護下，採用超聲波細胞粉碎機作超聲波破碎預處理，超聲波細胞粉碎機的輸出功率300W 700W，每次超聲破碎時間3s 8s，間隔時間5s 10s，總時間15min 30min ; 2)將超聲波破碎預處理過的菌懸液接種到滅菌後的培養基中，採用序批次方式培
養產氫。 本發明的有益效果本發明採用超聲波細胞粉碎機作超聲波破碎預處理，對光合細菌進行篩選，改變光合細菌細胞膜的通透性，而且超聲波可以將光合細菌的細胞壁擊破，細胞中的酶被釋放出來代謝培養基中的葡萄糖產生小分子有機酸，更有利於底物的跨膜傳輸，提高光合細菌的產氫性能。
圖1 (a)為未經過超聲波處理和採用超聲波預處理後的光合細菌菌懸液的平均產氫速率圖； 圖1 (b)為未經過超聲波處理和採用超聲波預處理後的光合細菌菌懸液的平均葡萄糖消耗速率圖； 圖1 (c)為未經過超聲波處理和採用超聲波預處理後的光合細菌菌懸液的產氫得 率圖； 圖1 (d)為未經過超聲波處理和採用超聲波預處理後的光合細菌菌懸液的能量轉 化效率圖； 圖2(a)為初始葡萄糖濃度對超聲波預處理後的光合細菌的平均產氫速率的影響 圖； 圖2(b)為初始葡萄糖濃度對超聲波預處理後的光合細菌的平均葡萄糖消耗速率 的影響圖； 圖2(c)為初始葡萄糖濃度對超聲波預處理後的光合細菌的產氫得率的影響圖； 圖2(d)為初始葡萄糖濃度對超聲波預處理後的光合細菌的能量轉化效率的影響 圖； 圖3(a)為光照波長對超聲波處理後的光合細菌的平均產氫速率的影響圖； 圖3(b)為光照波長對超聲波處理後的光合細菌的平均葡萄糖消耗速率的影響 圖； 圖3(c)為光照波長對超聲波處理後的光合細菌的產氫得率的影響圖； 圖3(d)為光照波長對超聲波處理後的光合細菌的能量轉化效率的影響圖； 圖4(a)為光照強度對超聲波處理後的光合細菌的平均產氫速率的影響圖； 圖4(b)為光照強度對超聲波處理後的光合細菌的平均葡萄糖消耗速率的影響 圖； 圖4(c)為光照強度對超聲波處理後的光合細菌的產氫得率的影響圖； 圖4(d)為光照強度對超聲波處理後的光合細菌的能量轉化效率的影響圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細地說明。 利用超聲波提高光合細菌產氫的方法，包括如下步驟1)將培養至對數生長期的 光合細菌菌懸液在冰浴保護下，採用超聲波細胞粉碎機作超聲波破碎預處理，超聲波細胞 粉碎機的輸出功率300W 700W，每次超聲破碎時間3s 8s，間隔時間5s 10s，總時間 15min 30min ;2)將超聲波破碎預處理過的菌懸液接種到滅菌後的培養基中，採用序批次
方式培養產氫。
實施例1 本實施例採用沼澤紅假單細胞菌作為實施的對象，沼澤紅假單細胞菌屬於紫色非 硫光合細菌。 在冰浴保護下，將培養至對數生長期的光合細菌進行超聲波破碎處理，破碎條件 為超聲波細胞粉碎機的輸出功率300W，每次超聲破碎時間3s，間隔時間5s，總時間30min， 利用25X 16的血球計數板觀察光合細菌的破碎情況，破碎率在59. 6% ;超聲波細胞粉碎機 的輸出功率500W，每次超聲破碎時間5s，間隔時間8s，總時間20min，利用25X 16的血球計 數板觀察光合細菌的破碎情況，破碎率在60. 1 % ;超聲波細胞粉碎機的輸出功率700W，每次 超聲破碎時間8s，間隔時間10s，總時間15min，利用25X16的血球計數板觀察光合細菌的破碎情況，破碎率在60.5%。 如圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)和圖l(d)所示，超聲波預處理和未經超聲波處理 的光合細菌菌懸液按12%的接種量，在相同培養條件、不同初始葡萄糖濃度25mmol/L至 125mmol/L下，光合細菌的平均產氫速率提高2以上，而且平均葡萄糖消耗速率、產氫得率
和能量轉化效率均有提高。
實施例2 初始葡萄糖濃度對超聲波預處理後的光合細菌的產氫特性的影響。如圖2 (a)、圖
2 (b)、圖2 (c)和圖2 (d)所示，在初始葡萄糖濃度25mmol/L至125mmol/L下，經過超聲波處 理過的光合細菌平均產氫速率明顯得到了提高，至少提高了 2倍，在相同的底物濃度下，光 合細菌的產氫得率和能量轉化效率提高較大，而在高葡萄糖濃度下產氫得率和能量轉化效 率增大不很明顯，而且葡萄糖的平均消耗速率變化也不大。 實施例3 光照波長對超聲波處理後的光合細菌的產氫特性的影響。如圖3(a)、圖3(b)、圖
3 (c)和圖3 (d)所示，光照波長在470nm 630nm之間，試驗發現光照波長為590nm，光照強 度為50001ux下，光合細菌的產氫性能最佳。隨著光照波長的增大，光合細菌的產氫速率呈 先增加後減小的趨勢，在光照波長590nm下平均產氫速率最大，達到0. 54mmol/(LXh)。
實施例4 光照強度對超聲波處理後的光合細菌的產氫特性的影響。如圖4(a)、圖4(b)、圖 4(c)和圖4(d)所示，平均產氫速率隨著光照強度的增加而增大，在光照強度50001ux時光 合細菌產氫速率最大，繼續增大光照強度，光合細菌的產氫速率降低，主要由於光照對光合 細菌產生光抑制。 最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較 佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技 術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本 發明的權利要求範圍當中。
權利要求
一種利用超聲波提高光合細菌產氫的方法，其特徵在於，包括如下步驟1)將培養至對數生長期的光合細菌菌懸液在冰浴保護下，採用超聲波細胞粉碎機作超聲波破碎預處理，超聲波細胞粉碎機的輸出功率300W～700W，每次超聲破碎時間3s～8s，間隔時間5s～10s，總時間15min～30min；2)將超聲波預處理過的菌懸液接種到滅菌後的培養基中，採用序批次方式培養產氫。
全文摘要
本發明公開了一種利用超聲波提高光合細菌產氫的方法，包括如下步驟1)將培養至對數生長期的光合細菌菌懸液在冰浴保護下，採用超聲波細胞粉碎機作超聲波破碎預處理，超聲波細胞粉碎機的輸出功率300W～700W，每次超聲破碎時間3s～8s，間隔時間5s～10s，總時間15min～30min；2)將預處理過的菌懸液接種到滅菌後的培養基中，採用序批次方式培養產氫。本發明採用超聲波細胞粉碎機作超聲波破碎預處理，對光合細菌進行篩選，改變光合細菌細胞膜的通透性，而且超聲波可以將光合細菌的細胞壁擊破，細胞中的酶被釋放出來代謝培養基中的葡萄糖產生小分子有機酸，更有利於底物的跨膜傳輸，提高光合細菌的產氫性能。
文檔編號C12P3/00GK101736035SQ20091025110
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者丁玉棟, 葉丁丁, 廖強, 朱恂, 李俊, 王宏, 王永忠, 謝學旺 申請人:重慶大學