本发明专利技术公开了一种利用碳酸钙强化甘蔗渣发酵产氢的方法及应用。该方法包括如下步骤：在基础发酵培养基中加入碳酸钙，得到最终发酵培养基；再接种嗜热厌氧梭菌进行厌氧发酵，得到氢气。该方法中甘蔗渣为常见的废弃物，且其具有较大的比表面积，有利于嗜热厌氧微生物直接降解和利用；在基础发酵培养基添加少量碳酸钙能有利于嗜热厌氧微生物对甘蔗渣的利用，大幅提高产氢量。因此，该方法特别适合用于制备氢气。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微生物发酵
，特别涉及。
技术介绍
随着化石燃料的短缺及其引发的环境污染问题愈发严重，寻求可再生清洁能源已迫在眉睫。目前生物质能源的研宄已经受到世界各国的广泛关注。氢气作为生物质能的代表，具有清洁、高效、可再生的特点，是未来理想的“绿色能源”之一。目前生物质能的生产原料仍以粮食作物为主，因此受到很大争议。利用木质纤维素原料生产生物质能符合“不与人争粮、不与粮争地”的原则。我国是农业大国，甘蔗渣是南方具有代表性的木质纤维素原料，研宄甘蔗渣的综合利用具有重要意义。目前，传统制氢技术主要包括电解水制氢和采用化石燃料制氢两种途径。而在传统制氢技术中需要消耗大量电能和天然的碳氢化合物(煤、石油和天然气等不可再生资源)，难以摆脱对化石燃料的依赖。同时传统制氢技术对生产设备和工艺条件要求苛刻，成本高昂。利用微生物自身所具有的代谢产氢特性来制取氢气的方法具有反应条件温和、过程清洁和不消耗矿物资源等优势。但是，木质纤维素由于其特殊结构，能直接有效分解其的微生物不多。因此，亟需一种能够利用微生物发酵工业废弃物一一甘蔗渣制取氢气的方法。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种利用碳酸钙强化甘鹿澄发酵产氢的方法。该方法以甘鹿澄为原料，通过在嗜热厌氧梭菌(Clostridiumthermocellum)厌氧发酵过程中添加少量碳酸钙显著提高发酵产氢量。该发酵过程原料成本低、氢气产量高，并且将氢能源生产和工业废弃物利用相结合，在一定程度上解决了甘蔗制糖工业的环境污染问题。本专利技术的另一目的在于提供所述利用碳酸钙强化甘蔗渣发酵产氢的方法的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现:一种利用碳酸钙强化甘蔗渣发酵产氢的方法，包括如下步骤:在基础发酵培养基中加入碳酸钙，得到最终发酵培养基；再接种嗜热厌氧梭菌(Clostridium thermocellum)进行厌氧发酵，得到氢气。所述的基础发酵培养基的组成为:A液、B液、C液、D液和E液按体积比39:2:2:1:1混合得到；A液中含有20g/L的甘蔗渣，甘蔗渣作为碳源；B液中含有柠檬酸钾50g/L、一水柠檬酸31.25g/L、硫酸钠25g/L、磷酸二氢钾25g/L和碳酸氢钠62.5g/L ；C液中含有氯化铵75g/L、尿素250g/L和酵母抽提物50g/L ；D液中含有六水氯化镁50g/L、氯化亚铁四水合物5g/L、二水氯化钙10g/L和L-半胱氨酸盐酸盐一水物50g/L ；E液中含有二盐酸吡哆胺Ig/L、对氨基苯甲酸0.2g/L、D-生物素0.lg/L、维生素B120.lg/L和维生素B10.2g/L。A液、B液、C液、D液和E液中的溶剂为去离子水。所述的碳酸钙的用量优选为其在最终发酵培养基中的浓度为10?10mM计算。所述的嗜热厌氧梭菌为能够直接降解纤维素的嗜热厌氧梭菌，优选为嗜热厌氧梭菌 ATCC 27405。所述的嗜热厌氧梭菌为处于对数生长期的嗜热厌氧梭菌，接种体积量优选为相当于最终发酵培养基体积的10%。所述处于对数生长期的嗜热厌氧梭菌通过如下步骤制备得到:将嗜热厌氧梭菌(Clostridium thermocellum)在种子液培养基中经活化和扩大培养，得到处于对数生长期的嗜热厌氧梭菌。所述的种子液培养基采用本领域常用的MTC培养基，以纤维素作为碳源。所述的MTC培养基的组成如下:A’液、B液、C液、D液和E液按体积比39:2:2:1:1混合得到；A’液中含有3g/L的纤维素，纤维素作为碳源液中含有柠檬酸钾50g/L、一水柠檬酸31.25g/L、硫酸钠25g/L、磷酸二氢钾25g/L和碳酸氢钠62.5g/L ；C液中含有氯化铵75g/L、尿素250g/L和酵母抽提物50g/L ；D液中含有六水氯化镁50g/L、氯化亚铁四水合物5g/L、二水氯化钙10g/L和L-半胱氨酸盐酸盐一水物50g/L ；E液中含有二盐酸吡哆胺Ig/L、对氨基苯甲酸0.2g/L、D-生物素0.lg/L、维生素B120.lg/L和维生素B10.2g/L。A’液、B液、C液、D液和E液中的溶剂为去离子水。所述的活化的条件优选为:在1mL西林瓶中加入种子液培养基，再接种嗜热厌氧梭菌，于55?60 °C摇床培养48?72h。所述的扩大培养的条件优选为:在10mL血清瓶中加入种子液培养基，再接种经活化后的嗜热厌氧梭菌，于55?60°C摇床培养48?72h或OD6tltl= 1.1?1.5。所述的厌氧发酵的条件优选为:55?60°C摇床上厌氧发酵6?8天。所述的摇床的转速为150?180rpm ;优选为150rpm。所述的厌氧发酵优选通过如下操作步骤实现:在能密封的发酵容器中加入最终发酵培养基，密封，抽真空，充惰性气体，灭菌，再接种嗜热厌氧梭菌进行厌氧发酵。所述的能密封的发酵容器优选为血清瓶。所述的最终发酵培养基往所述能密封的发酵容器中的加入体积量优选为相当于所述能密封的发酵容器体积的3/8。所述的惰性气体优选为氮气。所述的充惰性气体的具体操作优选为:充0.04MPa氮气3次。所述的灭菌的条件优选为:115°C灭菌20min。所述利用碳酸钙强化甘蔗渣发酵产氢的方法在制备氢气中进行应用。本专利技术的机理为:本专利技术中的甘蔗渣是甘蔗制糖工业中的废弃物，经3% NaOH按液固比25:1，80°C预处理3h后，综纤维素(纤维素及半纤维素)含量高达74.82wt%，具有较大的比表面积，有利于嗜热厌氧微生物直接降解和利用，进行氢气发酵，但底物利用率和产氢量较低，添加少量碳酸钙可大幅提高产氢量。该工艺以低品位生物质甘蔗渣为原料结合廉价易得的碳酸钙进行生物制氢，不仅很大程度上节省了原材料的费用，而且极大程度上提高了产氢量，具有经济可行性的特点，而且该工艺将氢能源生产与废弃物利用相结合，是一种极具发展潜力的环境友好型制氢方法。本专利技术相对于现有技术具有如下优点及有益效果:(I)本专利技术发酵所用的原料是甘蔗制糖工业中的废弃物一一甘蔗渣，经预处理后，综纤维素(纤维素及半纤维素)含量高达74.82wt%，具有较大的比表面积，有利于嗜热厌氧微生物直接降解产氢。(2)通过嗜热厌氧菌介导的集成生物工艺(CBP工艺)进行氢气生产，与传统的SHF、SSF等途径相比具有成本低、操作简单、投入产出比高等显著优点，具有廉价高效的优势。(3)廉价易得的低浓度碳酸钙的加入可显著提高甘蔗渣发酵产氢量。【具体实施方式】下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1:利用碳酸钙强化甘蔗渣发酵产氢的方法(I)嗜热厌氧梭菌(ATCC 27405)种子液的制备:将-80°C保存的嗜热厌氧梭菌(Clostridium thermocellum)经 1mL 西林瓶 55°C摇床(150rpm)活化 72h，接着 10mL 血清瓶55°C摇床(150rpm)条件下放大培养72h，制得OD6c?约为1.3的种子液。其中活化和放大的培养基采用MTC培养基，培养基主要成份为A’、B、C、D、E液，5种成份按39:2:2:1:1 (v/v)用无菌注射器混合，溶剂为去离子水。A’液为3g/L的纤维素；B液:柠檬酸钾50g/L、一水柠檬酸31.25g/L、硫酸钠25g/L、磷酸二氢钾25g/L、碳酸氢钠本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用碳酸钙强化甘蔗渣发酵产氢的方法，其特征在于包括如下步骤：在基础发酵培养基中加入碳酸钙，得到最终发酵培养基；再接种嗜热厌氧梭菌(Clostridium thermocellum)进行厌氧发酵，得到氢气。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱明军，田青青，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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