微生物产氢机理的研究进展

微生物产氢机理的研究进展作者：刘飞，方柏山，LIuFei，FANGBai-shan作者单位：华侨大学工业生物技术研究所,福建泉州,362021刊名：工业微生物英文刊名：INDUSTRIALMICROBIOLOGY年，卷(期)：2007，37(3)被引用次数：2次参考文献(21条)1.PaulF.ColbeauA.VignaisPMPhosphorylationcoupledtoH2oxidationbychromatophoresfromRhodopseudomonascapsulata19792.DavidsonG.ChoudhurySB.RoseboomWStructuralexaminationofthenickelsiteinChromatiumvinosumhydrogenase:redoxstateoscillationsandstructuralchangesaccompanyingreductiveactivationandCObinding20003.WinklerM.BurkhardH.HappeTIsolationandmolecularcharacterizationofthe[Fe]-hydrogenasefromtheunicellulargreenalgaeChlorellafusca20024.PanletteMVignais.BernardBilloudClassificationandphylogenyofhydrogenases20015.NandiR.SenguptaSMicrobialProductionofHydrogen:AnOverview19986.GorwaMF.CrouxC.SoucaillePMolecularcharacterizationandtranscriptionalanalysisoftheputativehydrogenasegeneofClostridiumacetobutylicumATCC82419967.KumarN.DasDEnhancementofhydrogenproductionbyEnterobactercloacaeIIT-BT0819998.TaguchiF.MizukamiN.YamadaKDirectconversionofcellulosicmaterialstohydrogenbyClostridiumsp.strainno.219959.LiYongfeng.RenNanqi.HuLijieBiohydrogenprocessandH2-producingmechanism[期刊论文]-Energyenvironmentalprotection200510.RenNanqi.LiJianzheng.LinMingStudyonthemechanismofbacterialhydrogenevolutionbyfermentation200211.WangYong.RenNanqi.SunYujiao.LiJianzhengSunXuanwenAnalysisonthemechanismandcapcityoftwotypesofhydrogenproduction-ethanolfermentationandbutyricacidfermentation[期刊论文]-Actaenergiaesolarissinica200212.RenNanqi.LiYongfeng.ZhengGuoxiang.LinHailongZhangRuiBiohydrogen:ITheprogressoffoundmentalresearch200413.StephensonM.SticklandLHHydrogenasa:abacterialenzymeactivatingmolecularhydrogen1.Thepropertiesofhydrogenase193114.ChenJS.MortensonLEPurificationandpropertiesofhydrogenasafromClostridiumpasteurianumW5197415.NicoletY.CavazzaC.Fontecilla-CampsJCFe-onlyhydrogenases:structure,functionandevolution200216.LiuJingjing.LongMinnanRecentAdvancesontheStructureandCatalyticMechanismofHydrogenase[期刊论文]-ChineseJournalofBiotechnology200517.PetersJW.LanzilottaWN.LemonBJX-raycrystalstructureoftheFe-onlyhydrogenase(CpI)fromClostridiumpasteurianumto1.8resolution199818.LemonBJ.PetersJWBindingofexogenouslyaddedcarbonmonoxideattheactivesiteoftheiron-onlyhydrogenase(CpI)fromClostridiumpasteurianum199919.YvainNicolet.BrianJLemon.JuanCFontecilla-CampsAnovelFeSclusterinFe-onlyhydrogenascs200020.MontetY.AmaraP.VolbedebaAGasaccesstotheactivesiteofNiFe-hydrogenaseprobedbyX-raycrystallographyandmoleculardynamics199721.VolbedaA.MontetY.VernedaHigh-resolutioncrystallographicanalysisofDesulfovibriofructosovorans[NiFe]hydrogenase2002相似文献(3条)1.期刊论文朱建良.冯有智固氮类微生物产氢机理研究进展-南京工业大学学报(自然科学版)2003,25(1)氢是一种无污染的新型、高效能源,受到广泛的重视.微生物制氢是氢能开发研究的一项重要内容.至今已知的具有产氢活性的微生物有光合细菌(photosyntheticbacteria,PSB)、藻类(algae)和非光合细菌(non-photo-syntheticbacteria).对固氮类微生物的产氢机理及影响产氢的因素、光合产氢的能量利用等进行综述.2.期刊论文李冬敏.陈洪章.李佐虎生物制氢技术的研究进展-生物技术通报2003,(4)氢是一种理想的清洁能源,生物制氢在新能源的研究利用中占有日趋重要的位置.目前采用的生物制氢技术成本较高,使用价格低廉、来源丰富的原料是降低其成本的一条重要途径,利用生物质,尤其是纤维素类物质制氢是新的发展方向.综述了与微生物制氢有关的酶的作用机制,相关菌类的产氢机理及研究进展.3.学位论文师玉忠光合细菌连续制氢工艺及相关机理研究2008本论文是在国家自然科学基金项目“太阳能光合生物制氢体系及其光谱耦合特性研究”(项目编号：50476087)和国家“863”计划项目“中小型太阳能光合生物制氢系统及生产性运行研究”(项目编号：2006AA05Z119)的资助下完成的。能源短缺以及能源生产、消费引起的环境污染问题已经成为2l世纪人类面临的最严重的两大难题。从能源安全和环境保护角度考虑，开发可再生的绿色能源，构筑新的能源体系是实现人类可持续发展目标的必然选择，积极发展可再生能源也已成为全世界共识。用可再生能源全面取代化石能源，进行一场新的工业革命，才能从根本上解决世界经济可持续发展的问题。生物法制氢，以其清洁、不需要消耗矿物资源等突出优点，受到许多国家的重视。光合细菌产氢过程将氢气的生成与有机物的转化、光能的利用结合在一起，具备将太阳能和可再生的生物质转化为氢能的功能。光合细菌产氢(特别是混合光合细菌菌群产氢)的生化反应机理和代谢途径相当复杂，有待于长期、深入的研究，但对宏观过程的表达和实验数据的研究，对于光合微生物制氢工业化进程的推进，具有一定的实际意义。本文从光合细菌混合菌种的有关特性研究入手，进行了生物制氢系统和工艺方法的探索，为光合生物制氢技术走向工业化提供理论依据和思路。主要研究结果：l.本文系统地研究了光合细菌混合菌种的相关特性，得到如下结论：混合菌种为兼性厌氧菌群，单纯的生长培养无需刻意考虑气体环境，不需进行通气操作；产氢过程对氧气敏感，需要严格厌氧条件，应在产氢培养之初用CO2气体吹脱除去反应器内的空气。无论在生长还是在产氢阶段，混合菌种对光照度变化的敏感性都不是特别强，光照度1000Lux左右比较合适。光照度越高，细菌或色素物质“贴壁”现象出现得越快且严重，形成浓重的红色遮光层，阻挡光线的穿透，不利于光合细菌对光的获取。混合菌种具有良好的环境适性和稳定性，非常有利于工业化的应用。混合菌种既可耐受温度、光照较大幅度变化，又能耐受杂菌污染的干扰，产氢和生长活性稳定。混合菌种在本实验设定的培养条件下，生长曲线接近直线，生长方式特别。初始浓度越高，光合细菌的增殖速率越快，但是，接种量小的培养液中，细胞的比增殖率高于接种量大的培养液。光合细菌产氢属于非生长关联型发酵，产氢开始后，细胞逐渐衰亡。需采用专门进行光合细菌生长培养的光生物反应器，为专门进行产氢发酵的光生物反应器提供生产菌种。光合细菌利用葡萄糖产氢的过程中，存在着产酸代谢途径，pH最低可达5.0以下；产氢现象开始后，培养液由红色变为灰白色，其特征峰也逐渐消失，可能是代谢过程中还原作用或氢气的直接作用，改交了光合细菌色素物质的结构，这些色素物质的变化与培养液p珏的改变无直接关系。以葡萄糖为产氢底物、接种量为10％～20％时，产氢培养液的产氢效果比较理想。3％的葡萄糖浓度是光合细菌混合菌种产氢的最佳浓度。分批添加葡萄糖，能改善培养液中的光合细菌增殖作用，其细胞增殖幅度较大且维持时闻长，但产氢量明显低于对照组。2.自行研制了一套适合光合细菌连续培养的新型光生物反应器--活塞流循环连续培养系统。反应器采用了柱状罐体，其直径240mm，高800mm，罐体内部加装一个(底端封闭，顶端开口)透鹱有机玻璃管，并与反应器的上端盖固定在一起，用于布置照明光纤并使反应罐内形成环形结构；分别在反应罐底部和顶部的筒壁上切向开口，加装管道。光合细菌在连续倍增培养过程中，生长特性稳定(细胞浓度波动小于4％)，适合进行回流连续培养，回流连续培养方法具有可行性。3.进行了光合细菌连续培养过程运行参数的探讨。活塞流循环连续培养系统的最佳运行模式为：新鲜培养基流量等于回流培养液的流量(相当于50％的菌种)，培养时间为特定初始浓度下的倍增时间，产量即为培养基的流量。4.对连续制氢反应器及制氢系统进行了分析探讨，设计了活塞流式光生物反应器，并就其连续产氢生产工艺相关问题进行初步研究。确定了小型活塞流连续制氢系统的主要运行参数：菌种培养阶段的初始OD660值为0.56，生长培养基、菌种回流和产出生产菌种的流量均为0.21L/h，菌种循环连续培养反应器的水力滞留时间为56小时；产氢阶段的接种比例为l：l，即产氢培养基的流量为0.21L/h。连续产氨系统的平均产氢量为2.68L/L，达到分批制氢的86.5％，系统的平均产氢速率为1.1506L/h，产氢速率的波动幅度在2.2％以内。5.在光合细菌产氢产氢过程中，气体生成物H2和CO2对反应进程具有明显盼反馈抑制作用，降低反应器顶空压力，可以有效地降低各种气体成分的分压，进而降低它们在反应液中的溶解度，降低或消除反馈抑制作用，达到缩短生产周期、提高效率和氢气产量的目的。反应器顶空压力处于较低的负压(真空)条件时，可明显缩短光合细菌产氢延滞期、提高产氢速率和产氢量。引证文献(2条)1.荆艳艳.周雪