论文摘要
氢气作为一种清洁的、可再生的能源,已越来越受到人们的重视。但是,由于技术上的原因,至今仍无法得到廉价的氢气。寻求效率高,成本低的生物制氢技术是亟待解决的问题。木质纤维原料是地球上最丰富、最廉价的可再生资源,利用工农业生产的废弃物等廉价的复杂基质制取氢气,既能降低氢气的生产成本,又能使废弃物资源化。成本的降低可推动生物制氢的工业化进程。新的产氢菌种筛选主要有两个目标:高的氢气化率和更宽的底物利用范围。为了能利用木质纤维素等难降解的廉价底物发酵产氢,分离出一株能用时利用木糖葡萄糖产氢的高效菌株将具有十分重要的意义。高温菌就是这一领域的研究热点,高温产氢由于其速率高、副产物少、底物利用范围广以及热力学上的优势而逐渐引起人们的关注。本文利用改进的Hungate厌氧培养技术,从辽宁鞍山汤岗子地区的温泉底泥中成功分离筛选到一株能同时利用葡萄糖和木糖的高温产氢菌W16。16S rDNA基因序列鉴定确认,菌株W16与Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum的相似性高达98.4%,在进化上属于热解糖高温厌氧芽孢杆菌属。菌株W16在基因库注册基因号为EU563362。菌株W16几乎能够利用所有的糖醇生长产氢,均表现为乙酸-丁酸型发酵。有机氮源不是菌株W16所必需的生长因子,菌株W16革兰氏染色阳性,有荚膜,有芽孢。菌株W16严格厌氧生长,生长温度范围3070℃,最适生长温度60℃;耐受pH范围是4.08.0,最适pH范围是6.07.0;耐受NaCl浓度范围是05.0%。菌株W16利用木糖产氢的最佳条件是:初始木糖浓度10 g/L,温度为60℃,初始pH为6.5;混合糖试验发现,菌株W16没有经典的二次生长现象,而是能同时利用木糖和葡萄糖;菌株W16的产氢能力在同类研究中居前列,其最大累计产氢量及产氢速率分别为:2.42 mol H2/mol葡萄糖和12.9 mmol H2/（L·h）;2.19 mol H2/mol木糖和10.7 mmol H2 /（L·h）。菌株W16发酵玉米秸秆水解液试验表明,半纤维素水解液中存在一些有毒的化合物,延长了菌体的迟滞期从而减慢了对糖类的利用速度,但是不会影响累计产氢效果。分步酶解发酵实验表明,菌株W16在酶解液和模拟培养基中能得到2.32.4 mol H2/mol底物的氢气产量和12.012.7 mmolH2/（L·h）的产氢速率。上述结果表明,本研究分离的高温产氢菌株W16具有高效产氢能力,通过生长与产氢特性的研究,得到了该菌株的最佳生长和产氢条件,并对其利用玉米秸秆生长产氢的试验进行了初步研究,为实现降解木质纤维素等难降解底物的高温制氢系统的优化提供了理论依据和工艺参数。