專利名稱：利用超聲波提高光合細(xì)菌產(chǎn)氫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以提高光合細(xì)菌產(chǎn)氫性能的方法，屬于生物能源領(lǐng)域，尤其涉
及一種利用超聲波提高光合細(xì)菌產(chǎn)氫的方法。
背景技術(shù)：
自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，能源價(jià)格持續(xù)上漲，能源短缺日益困擾著國(guó)家和政府的發(fā)展
規(guī)劃，能源問(wèn)題已成為影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全的一個(gè)重要因素；同時(shí)化石能源的使
用對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響和破壞，溫室氣體效應(yīng)、酸雨等問(wèn)題嚴(yán)重地威脅著地球和人類
的可持續(xù)發(fā)展。氫能作為一種新型的高效、無(wú)污染的能源，受到人們的廣泛關(guān)注。 光合細(xì)菌產(chǎn)氫實(shí)質(zhì)是在光照厭氧條件下利用小分子的有機(jī)酸、有機(jī)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(chǎn)生分子氫， 一般情況下光合細(xì)菌產(chǎn)氫主
要是在固氮酶的作用下進(jìn)行的。光合細(xì)菌產(chǎn)氫具有較高的底物轉(zhuǎn)化率，能使用廣泛的生
物作為生長(zhǎng)和產(chǎn)氫的底物，可以利用再循環(huán)的有機(jī)廢物作為碳源，吸收光譜范圍400nm
950nm，產(chǎn)物中不具有抑制固氮酶或氫酶活性的氧，氫能來(lái)自生物質(zhì)能和光能，合理充分利
用太陽(yáng)能，能量轉(zhuǎn)化率高，易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，受到許多研究者的關(guān)注。 現(xiàn)有技術(shù)中，光合細(xì)菌產(chǎn)氫與其他生物制氫的方法一樣，主要問(wèn)題在于產(chǎn)氫效率
低，反應(yīng)器研究困難，離工業(yè)化生產(chǎn)和運(yùn)用存在很大的距離。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種利用超聲波預(yù)處理光合細(xì)菌從而提高光合細(xì)菌的產(chǎn)氫速率和產(chǎn)氫量的產(chǎn)氫方法。
本發(fā)明提供的利用超聲波提高光合細(xì)菌產(chǎn)氫的方法，包括如下步驟
1)將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的光合細(xì)菌菌懸液在冰浴保護(hù)下，采用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)作超聲波破碎預(yù)處理，超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)的輸出功率300W 700W，每次超聲破碎時(shí)間3s 8s，間隔時(shí)間5s 10s，總時(shí)間15min 30min ; 2)將超聲波破碎預(yù)處理過(guò)的菌懸液接種到滅菌后的培養(yǎng)基中，采用序批次方式培
養(yǎng)產(chǎn)氫。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)作超聲波破碎預(yù)處理，對(duì)光合細(xì)菌進(jìn)行篩選，改變光合細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性，而且超聲波可以將光合細(xì)菌的細(xì)胞壁擊破，細(xì)胞中的酶被釋放出來(lái)代謝培養(yǎng)基中的葡萄糖產(chǎn)生小分子有機(jī)酸，更有利于底物的跨膜傳輸，提高光合細(xì)菌的產(chǎn)氫性能。


圖1 (a)為未經(jīng)過(guò)超聲波處理和采用超聲波預(yù)處理后的光合細(xì)菌菌懸液的平均產(chǎn)氫速率圖； 圖1 (b)為未經(jīng)過(guò)超聲波處理和采用超聲波預(yù)處理后的光合細(xì)菌菌懸液的平均葡萄糖消耗速率圖； 圖1 (c)為未經(jīng)過(guò)超聲波處理和采用超聲波預(yù)處理后的光合細(xì)菌菌懸液的產(chǎn)氫得 率圖； 圖1 (d)為未經(jīng)過(guò)超聲波處理和采用超聲波預(yù)處理后的光合細(xì)菌菌懸液的能量轉(zhuǎn) 化效率圖； 圖2(a)為初始葡萄糖濃度對(duì)超聲波預(yù)處理后的光合細(xì)菌的平均產(chǎn)氫速率的影響 圖； 圖2(b)為初始葡萄糖濃度對(duì)超聲波預(yù)處理后的光合細(xì)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(duì)超聲波預(yù)處理后的光合細(xì)菌的產(chǎn)氫得率的影響圖； 圖2(d)為初始葡萄糖濃度對(duì)超聲波預(yù)處理后的光合細(xì)菌的能量轉(zhuǎn)化效率的影響 圖； 圖3(a)為光照波長(zhǎng)對(duì)超聲波處理后的光合細(xì)菌的平均產(chǎn)氫速率的影響圖； 圖3(b)為光照波長(zhǎng)對(duì)超聲波處理后的光合細(xì)菌的平均葡萄糖消耗速率的影響 圖； 圖3(c)為光照波長(zhǎng)對(duì)超聲波處理后的光合細(xì)菌的產(chǎn)氫得率的影響圖； 圖3(d)為光照波長(zhǎng)對(duì)超聲波處理后的光合細(xì)菌的能量轉(zhuǎn)化效率的影響圖； 圖4(a)為光照強(qiáng)度對(duì)超聲波處理后的光合細(xì)菌的平均產(chǎn)氫速率的影響圖； 圖4(b)為光照強(qiáng)度對(duì)超聲波處理后的光合細(xì)菌的平均葡萄糖消耗速率的影響 圖； 圖4(c)為光照強(qiáng)度對(duì)超聲波處理后的光合細(xì)菌的產(chǎn)氫得率的影響圖； 圖4(d)為光照強(qiáng)度對(duì)超聲波處理后的光合細(xì)菌的能量轉(zhuǎn)化效率的影響圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。 利用超聲波提高光合細(xì)菌產(chǎn)氫的方法，包括如下步驟1)將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的 光合細(xì)菌菌懸液在冰浴保護(hù)下，采用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)作超聲波破碎預(yù)處理，超聲波細(xì)胞 粉碎機(jī)的輸出功率300W 700W，每次超聲破碎時(shí)間3s 8s，間隔時(shí)間5s 10s，總時(shí)間 15min 30min ;2)將超聲波破碎預(yù)處理過(guò)的菌懸液接種到滅菌后的培養(yǎng)基中，采用序批次
方式培養(yǎng)產(chǎn)氫。
實(shí)施例1 本實(shí)施例采用沼澤紅假單細(xì)胞菌作為實(shí)施的對(duì)象，沼澤紅假單細(xì)胞菌屬于紫色非 硫光合細(xì)菌。 在冰浴保護(hù)下，將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的光合細(xì)菌進(jìn)行超聲波破碎處理，破碎條件 為超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)的輸出功率300W，每次超聲破碎時(shí)間3s，間隔時(shí)間5s，總時(shí)間30min， 利用25X 16的血球計(jì)數(shù)板觀察光合細(xì)菌的破碎情況，破碎率在59. 6% ;超聲波細(xì)胞粉碎機(jī) 的輸出功率500W，每次超聲破碎時(shí)間5s，間隔時(shí)間8s，總時(shí)間20min，利用25X 16的血球計(jì) 數(shù)板觀察光合細(xì)菌的破碎情況，破碎率在60. 1 % ;超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)的輸出功率700W，每次 超聲破碎時(shí)間8s，間隔時(shí)間10s，總時(shí)間15min，利用25X16的血球計(jì)數(shù)板觀察光合細(xì)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(yù)處理和未經(jīng)超聲波處理 的光合細(xì)菌菌懸液按12%的接種量，在相同培養(yǎng)條件、不同初始葡萄糖濃度25mmol/L至 125mmol/L下，光合細(xì)菌的平均產(chǎn)氫速率提高2以上，而且平均葡萄糖消耗速率、產(chǎn)氫得率
和能量轉(zhuǎn)化效率均有提高。
實(shí)施例2 初始葡萄糖濃度對(duì)超聲波預(yù)處理后的光合細(xì)菌的產(chǎn)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(jīng)過(guò)超聲波處 理過(guò)的光合細(xì)菌平均產(chǎn)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(xì)菌的產(chǎn)氫得率和能量轉(zhuǎn)化效率提高較大，而在高葡萄糖濃度下產(chǎn)氫得率和能量轉(zhuǎn)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(shí)施例3 光照波長(zhǎng)對(duì)超聲波處理后的光合細(xì)菌的產(chǎn)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(zhǎng)在470nm 630nm之間，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光照波長(zhǎng)為590nm，光照強(qiáng) 度為50001ux下，光合細(xì)菌的產(chǎn)氫性能最佳。隨著光照波長(zhǎng)的增大，光合細(xì)菌的產(chǎn)氫速率呈 先增加后減小的趨勢(shì)，在光照波長(zhǎng)590nm下平均產(chǎn)氫速率最大，達(dá)到0. 54mmol/(LXh)。
實(shí)施例4 光照強(qiáng)度對(duì)超聲波處理后的光合細(xì)菌的產(chǎn)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(chǎn)氫速率隨著光照強(qiáng)度的增加而增大，在光照強(qiáng)度50001ux時(shí)光 合細(xì)菌產(chǎn)氫速率最大，繼續(xù)增大光照強(qiáng)度，光合細(xì)菌的產(chǎn)氫速率降低，主要由于光照對(duì)光合 細(xì)菌產(chǎn)生光抑制。 最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種利用超聲波提高光合細(xì)菌產(chǎn)氫的方法，其特征在于，包括如下步驟1)將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的光合細(xì)菌菌懸液在冰浴保護(hù)下，采用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)作超聲波破碎預(yù)處理，超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)的輸出功率300W～700W，每次超聲破碎時(shí)間3s～8s，間隔時(shí)間5s～10s，總時(shí)間15min～30min；2)將超聲波預(yù)處理過(guò)的菌懸液接種到滅菌后的培養(yǎng)基中，采用序批次方式培養(yǎng)產(chǎn)氫。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用超聲波提高光合細(xì)菌產(chǎn)氫的方法，包括如下步驟1)將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的光合細(xì)菌菌懸液在冰浴保護(hù)下，采用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)作超聲波破碎預(yù)處理，超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)的輸出功率300W～700W，每次超聲破碎時(shí)間3s～8s，間隔時(shí)間5s～10s，總時(shí)間15min～30min；2)將預(yù)處理過(guò)的菌懸液接種到滅菌后的培養(yǎng)基中，采用序批次方式培養(yǎng)產(chǎn)氫。本發(fā)明采用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)作超聲波破碎預(yù)處理，對(duì)光合細(xì)菌進(jìn)行篩選，改變光合細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性，而且超聲波可以將光合細(xì)菌的細(xì)胞壁擊破，細(xì)胞中的酶被釋放出來(lái)代謝培養(yǎng)基中的葡萄糖產(chǎn)生小分子有機(jī)酸，更有利于底物的跨膜傳輸，提高光合細(xì)菌的產(chǎn)氫性能。
文檔編號(hào)C12P3/00GK101736035SQ20091025110
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者丁玉棟, 葉丁丁, 廖強(qiáng), 朱恂, 李俊, 王宏, 王永忠, 謝學(xué)旺 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)