一种利用光合细菌生产氢气的方法技术

本发明专利技术涉及利用一种光合细菌生产氢气的方法。该方法包括深红红螺菌（Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ　ｒｕｂｒｕｍ）ＡＴＣＣ１１１７０菌种活化；所述菌种的种子培养；所述培养菌种在光照培养室中白炽灯光下和自然光下进行发酵培养；收集氢气，直到停止产生氢气。本发明专利技术的两阶段光照培养能够明显提高光合产氢率，本发明专利技术的方法简单易行、成本低廉，具有广泛应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物能源领域，更具体地，本专利技术涉及利用一种光合细 菌生产氬气的方法。背景冲支术能源是人类生存和发展的重要物质基础。进入21世纪以来，随着我 国工业化和城市化步伐加快，能源需求出现了前所未有的高增长态势， 能源和环境问题已成为更多关注的焦点。实现可持续性发展，满足未来 能源的需求，需要进行能源结构优化和多元化发展。可再生清洁能源的 加快发展，有助于实现能源可持续发展和加强环境保护。 氬能被誉为最具有开发潜力的新型能源之一，其燃烧热值高，燃烧后无 环境污染，是环境友好型的清洁能源。目前，成熟的制氢方式有电解水 制氢和化石能源重整制氢，此类制氢方式依赖化石能源，不具有可持续 发展性。利用光合细菌光合作用生物制氢具有反应温和、产氢速度快、 产氢纯度高、能量利用率高的特点，并且还能将产氢与光能利用、有机 物去除有机地耦合在一起，因此得到了越来越受到人们的重视。在光合 细菌中，固氮酶是光合放氢的关键酶，黑暗条件可使固氮酶迅速失活， 而氢酶会吸收固氮酶产生的氢气，重新供给固氮酶能量，不利于氬气的 积累。本专利技术作者曾构建固氮酶失活酶(dra D和吸氢酶(/2wp丄)基因双 缺失深红红螺菌工程菌株，以期使光合细菌在昼夜更替条件下持续高效 的产氢，但由于受到昼夜更替的黑暗阶段能量水平的限制，产氬效率依 然较低(ZHU Ruiyan， et al. Hydrogen production by drarG朋w/ 丄double mutant of ^/zo<ia$pz>7'〃ww ri/6n/附under different light conditions. Chinese Science Bulletin. 2006, 51:2611-2618)。目前，对光合产氢的才艮道大部分集 中于绿藻。光合产氢工艺优化成功的例子之一是美国加州大学伯克利分 校Melis教授突破性地发现硫元素的缺乏可选择性地抑制绿藻的光合放氧，但是不会影响绿藻的呼吸作用强度，如此光合强度和呼吸强度之间 的不平衡导致了体系中氧气的消耗速率大于产生速率，从而能达到氢酶 基因诱导表达的无氧状态，此种方法在时间上将光合产氢与光合产氧分开，因此称为"两步光合放氢法"。其中第一步为绿藻进行光合作用， 固定二氧化碳，释放氧气并获得生物量；第二步为在缺硫厌氧环境中以 诱导氢酶的高效表达，绿藻可以以每小时1.7ml/L (即每毫克叶绿素积累 产氬5-7ml)的速度连续产氢70h，氢气总产量可达到120 ml/L，尽管进 行了工艺优化，此方法的放氢效率依然较低，每毫克叶绿素积累产氲5-7 ml (Melis A, et al， Sustained photobiological hydrogen gas production upon reversible incativation of oxygen evolution in the green alga C脇m少(iomowas Plant Physiol. 2000， 122(1):127國136 )。此外还有对此种方法的一 些改进，产氢效率提高了1.5倍，每毫克叶绿素积累产氢7.5-11.8 ml (CN 200510011297.2 )。但是，光质对光合细菌产氢影响的报道较少。 Laurinavichene等研究发现绿藻产氢的最适光照强度为30-40 Em—2 s-1,最 适光照强度并不依赖色素的多少。Basar Uyam研究了光波长对 Rhodobacter sphaeroides O.U. 001产氢的影响，发现分别滤过> 760 nm和 < 630 nm的光会4^/206fok "er ^/zaera/cfes光合氢产量/人1.2 L/L culture降 低到0.6 L/L culture和l.l L/L culture,表明滤光培养后光合细菌的氬产量 会有不同程度的下降(Basar Uyara, et al. Effect of light intensity, wavelength and illumination protocol on hydrogen production in photobioreactors. Int J Hydrogen Energy. 2007， 4670-4677 )。因此，改变光合细菌产氢工艺提高光照条件下的产氬生产强度是提 高光合细菌产氢率的一个重要途径。本专利技术人经过大量研究工作发现， 采用两阶段光照培养方法，提高了产氢光合细菌产氢率和生产强度，获 得了良好的预期产氢效果，且本专利技术工艺简单，成本低廉，因此，本发 明的方法将在光合生物制氢领域中具有广阔的应用前景。
技术实现思路
[要解决的技术问题l本专利技术的目的是提供一种利用光合细菌生产氬气的方法。技术方案本专利技术是通过下述技术方案实现的。本专利技术涉及，其特征在于该方法包括下述步骤(1 )深红红螺菌(i /w^wp/W〃w附n^rwm) ATCC11170菌种活化 将该菌种接种于SMN平板培养基上，在温度30。C下培养4-5天；(2) 所述菌种的种子培养将步骤(l)得到的活化允n^nw/菌种接 种于30-40ml SMN液体培养基中，在温度30。C与振荡速度100rpm的条 件下进行避光振荡培养20-24小时；(3) 所述培养菌种的发酵培养按4-8% (v/v)接种量将步骤(2 ) 得到的种子培养液接入在厌氧管中的MG培养基里，接种后厌氧管顶部 留有空间，以避免产生氢气后使该系统的压力骤然增高；然后，在光照培养室中将得到的接种培养液置于白炽灯下，在温度 30 - 32。C与厌氧管表面光照强度2500 - 30001ux的条件下进行培养；(4) 收集氢气，直到停止产生氢气。 才艮据本专利技术的一种优选实施方式，在光照培养室中将步骤(3)得到的接种培养液置于波长365-650nm的光下在温度30 - 32。C与厌氧管表面 光照强度2500 - 3000 lux的条件下进行培养0-48小时，然后在白炽灯在 温度30 - 32°C与厌氧管表面光照强度2500 - 30001ux的条件下进行培养。根据本专利技术的另一种优选实施方式，在光照培养室中将步骤(3)得 到的接种培养液置于自然光下在厌氧管表面光照强度20000-30000 lux与 培养温度为28-32。C的条件下进行培养。根据本专利技术的另一种优选实施方式，在光照培养室中将步骤(3)得 到的接种培养液置于自然光经青蓝色玻璃滤光后的光下，在厌氧管表面 光照强度为20000-30000 lux与培养温度为28-32。C的条件下进行培养6 -4 8小时，然后置于自然光下在厌氧管表面光照强度为20000-30000 lux 与培养温度为28-32。C的条件下进行培养。在本专利技术中，所述的波长365-650nm的光是使用青蓝色玻璃作为滤 波器获得的光。所述的青蓝色玻璃具有下述特征青蓝色玻璃厚度为0.3 mm,透过 波长范围为365-650 nm,最高透光率为90%,在365 nm和650 nm处透 光率为50%。优选地，在厌氧管表面的自然光照强度是22000-28000 lux。 下面将详细地i兌明本专利技术。，其特征在于该方法包括下述步骤(1 )深本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用光合细菌生产氢气的方法，其特征在于该方法包括下述步骤：　（１）深红红螺菌（Ｒｈｏｄｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍ　ｒｕｂｒｕｍ）ＡＴＣＣ１１１７０菌种活化：将该菌种接种于ＳＭＮ平板培养基上，在温度３０℃下培养４－５天；　（２）所述菌种的种子培养：将步骤（１）得到的活化Ｒ．ｒｕｂｒｕｍ菌种接种于３０－４０ｍｌ　ＳＭＮ液体培养基中，在温度３０－３２℃与振荡速度９０－１１０ｒｐｍ的条件下进行避光振荡培养２０－２４小时；　（３）所述培养菌种的发酵培养：按４－８％（ｖ／ｖ）接种量将步骤（２）得到的种子培养液接入在厌氧管中的ＭＧ培养基里，接种后厌氧管顶部留有空间，以避免产生氢气后使该系统的压力骤然增高；　然后，在光照培养室中将接种培养液置于白炽灯下，在温度３０－３２℃与厌氧管表面光照强度２５００－３０００ｌｕｘ的条件下进行培养；　（４）收集氢气，直到停止产生氢气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱瑞艳，林涛，李季伦，
申请(专利权)人：秦皇岛领先科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]