微生物代谢途径调控下的丙酮酸发酵工艺优化与可持续发展

随着当前时代下可持续发展和环境保护意识的不断增强,传统化学合成途径已经无法满足时代发展的要求,而生物发酵作为生产丙酮酸的一种环境友好型方法,受到了相关领域的重点关注.丙酮酸是一种关键的化学中间体,在化工、食品以及医药产业等领域扮演着重要角色.文章主要探讨了微生物代谢途径下的丙酮酸发酵工艺优化与可持续发展的策略及方法,旨在实现丙酮酸的高效、低成本和环境友好的合成.     

生物制氢的现状与发展趋势

氢能是一种理想的能源。生物制氢技术在氢能的研究和开发中占着非常重要的位置。该文介绍了生物制氢的方法和机理,综述了国内外生物制氢的现状和发展趋势并提出了作者的看法。     

联合生物制氢方法及发展趋势

为了在生物制氢过程中最大限度提高产氢量和产氢速率,增大底物的利用率以及更好地发挥菌种间的协同作用,联合生物制氢技术成为近年来人们关注的焦点。综述了目前国内外几种联合生物制氢方法的研究现状。并从产氢机理的角度对几种联合制氢技术进行了分析比较,重点强调光合发酵和暗发酵联合生物制氢技术具有广泛的发展前景,并指出其存在的问题和未来的发展趋势。     

发酵生物制氢研究进展

综述了近年来发酵生物制氢领域的研究进展?在菌种方面,除了对现有产氢菌种的深入研究外,还采用生物学,分子生物学及生物信息学手段建立产氢菌种库;在氢酶的研究方面,已逐步从基因确定、功能研究拓展到基因工程构建高效产氢菌研究：而在与废弃生物质处理相结合的反应过程方面,研究主要集中在利用不同种类的废弃物的产氢和高效产氢反应器上。此外,还初步总结了目前对发酵制氢可行性和经济性的评价,并对其发展方向提出了新的看法。     

厌氧发酵法生物制氢的研究现状和发展前景

氢气是一种理想的能源,具有转化率高、可再生和无污染等优点。与传统制氢方法相比,生物制氢技术的能耗低,对环境无害,其中的厌氧发酵生物制氢已经越来越受到人们的重视。本文主要介绍了厌氧发酵生物制氢技术的方法和机理,分析了生物制氢的可行性,结合国内外研究现状提出了未来的发展方向。     

关于生物制氢

简述了生物制氢发展过程及现今取得的成果。经济发展和人类对能源需求造成了诸如环境污染、常规能源短缺等一系列问题。因此 ,作为一种新型、可再生能源 ,氢能研究已经受到了人们高度重视。与其它制氢方法相比 ,生物制氢有着突出的优点 ,尤其是藻类利用太阳能光解水制氢 ,使人们看到了解决能源问题的希望。     

衣藻生物制氢的研究进展

综述了利用衣藻生产氢气作为再生能源的研究进展。分别介绍了衣藻产氢的代谢机理、培养条件、衣藻氢化酶的特性以及利用分子生物学手段、生物信息学手段和生物工程技术提高衣藻生物制氢效率的方法,包括氢化酶的氧耐受性的改造、外源氢化酶基因的表达、影响衣藻产氢的关键基因的筛选、利用缺硫培养基和固定化培养方法提高氢气产量等。最后,还对利用衣藻生物制氢的可行性和经济性进行了分析,对其发展方向提出自己的看法。     

生物制氢技术的研究进展

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。     

绿藻光合生物制氢技术进展

氢能作为可再生、环境友好的能源,已成为营造可持续发展的经济节约型社会的理想能源。绿藻因能利用光能分解水产氢,被称为最有应用前景的方法之一。本文将综述绿藻光合产氢的原理,介绍该生物制氢技术的研究现状和最新进展,并对其发展趋势做以展望。     

Enhanced hydrogen production from glucose by metabolically engineered <Emphasis Type="Italic">Escherichia coli</Emphasis>

To utilize fermentative bacteria for producing the alternative fuel hydrogen, we performed successive rounds of P1 transduction from the Keio Escherichia coli K-12 library to introduce multiple, stable mutations into a single bacterium to direct the metabolic flux toward hydrogen production. E. coli cells convert glucose to various organic acids (such as succinate, pyruvate, lactate, formate, and acetate) to synthesize energy and hydrogen from formate by the formate hydrogen-lyase (FHL) system that consists of hydrogenase 3 and formate dehydrogenase-H. We altered the regulation of FHL by inactivating the repressor encoded by hycA and by overexpressing the activator encoded by fhlA, removed hydrogen uptake activity by deleting hyaB (hydrogenase 1) and hybC (hydrogenase 2), redirected glucose metabolism to formate by using the fdnG, fdoG, narG, focA, focB, poxB, and aceE mutations, and inactivated the succinate and lactate synthesis pathways by deleting frdC and ldhA, respectively. The best of the metabolically engineered strains, BW25113 hyaB hybC hycA fdoG frdC ldhA aceE, increased hydrogen production 4.6-fold from glucose and increased the hydrogen yield twofold from 0.65 to 1.3 mol H₂/mol glucose (maximum, 2 mol H₂/mol glucose).     

我国环境微生物领域中部分特色工作介绍

微生物与环境的相互作用及其相关生物学技术的发展和利用,已经成为当今环境微生物学的主题曲.环境中的微生物以及微生物的环境变化对于人类的生存和发展越来越重要.近年来,我国在环境微生物学的相关研究领域获得了较大的发展和进步.在此,我们将本刊第四期作为\"环境微生物专刊\",介绍国内众多同行的部分工作,并将其中一些较有特色的研究成果推荐给大家.     

污泥与餐厨垃圾发酵产氢种泥预处理方法比较

以剩余污泥和餐厨垃圾作为混合基质进行厌氧发酵产氢批式试验,比较六种常用的产氢种泥预处理方法[热处理、化学抑制剂2-溴乙基磺酸钠(BESA)处理、酸处理、碱处理、连续曝气、重复曝气]对产氢的影响。结果表明,未经预处理的种泥氢气产率最低,且有明显的吸氢和产甲烷现象。BESA处理、酸处理、连续曝气和重复曝气种泥产氢效果较好,其中重复曝气预处理种泥氢气产率最高,为86.9 ml-H2/g-VSadded,对产甲烷菌有明显抑制。热处理和碱处理种泥产氢效果较差,反应后期出现吸氢反应并有明显的甲烷累积现象。发酵产氢过程中p H值从中性下降到5.0左右,对产甲烷菌活性也具有一定的抑制作用。     

木糖发酵产氢菌的筛选及其生长产氢特性研究

利用改进的Hungate厌氧技术, 从牛粪堆肥中分离出一株能有效利用木糖发酵产氢的中温菌HR-1。通过16S rRNA系统发育树分析表明, 菌株 HR-1 与丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum ATCC 824 相似性最高为96%, 结合生理生化和生长特性分析表明, HR-1是梭菌属Clostridium的一个新种, 命名为Clostridium sp. HR-1。菌株HR-1为单胞生长的规则杆状菌(0.3 mm ~0.6 mm)×(1.4 mm~2.3 mm), 革兰氏染色为阴性, 无荚膜、无鞭毛、表面光滑、无明显凸起, 专性厌氧菌。HR-1可在10°C~45°C, pH 4.0~10.0条件下生长; 37°C和pH 8.0分别为其最适生长条件。发酵PYG的主要发酵产物有氢气、二氧化碳、乙酸、丁酸及少量乙醇。HR-1可以利用有机氮源和无机氮源生长并产氢, 酵母提取物是其最佳产氢氮源。HR-1在木糖浓度为3 g/L和初始pH 6.5条件下, 其比产氢量为1.84 mol-H2/mol-木糖, 最大比产氢速率为10.52 mmol H2/h·g-细胞干重。HR-1可以亦利用葡萄糖、半乳糖、纤维二糖、甘露糖和果糖等碳源生长并发酵产氢, 发酵葡萄糖时比产氢量为2.36 mol-H2/mol-葡萄糖。     

生物制氢--能源、资源、环境与经济可持续发展策略

人类面临能源危机、资源短缺、环境污染的严峻挑战,开发新的能源,合理利用资源并保护生态环境势在必行。氢能具有清洁、高效、可再生的特点,是未来重要的新能源物质。生物制氢技术利用可再生资源,特别是可利用工农业有机废弃物产氢,效率高,能耗低,污染少,成本低,具有巨大的发展潜力。本文简要阐述生物制氢技术及其发展状况,提出我国发展生物制氢技术,实现能源、资源、环境与经济可持续发展的政策建议。     

一株高温高效产氢细菌的分离及产氢特征研究

实验组采用非选择性培养、选择性培养、液体培养和固体培养一整套培养方法,结合平面厌氧操作技术与培养瓶厌氧技术,从混合产氢培养液中分离得到1株较好的产氢细菌。细菌需氧实验证明:此细菌为厌氧细菌;Gram实验和芽孢染色实验表明:此菌为革兰氏阴性杆菌,无芽孢。在不同的pH值、不同金属离子与温度下,于间歇式条件下测定其产氢量。实验结果表明:此菌株对pH值敏感,其最适产氢pH值为5.5,最适温度在45℃左右,在最适宜条件下产气量在1000 mL/(5 g葡萄糖),产气周期在15 d左右。金属离子影响实验表明:缺少铁和镁离子对此产气菌株的产气量有明显影响,此菌株对铜离子(0.1 g/L)无抗性。     

Quantitative analysis of a high-rate hydrogen-producing microbial community in anaerobic agitated granular sludge bed bioreactors using glucose as substrate

Fermentative H₂ production microbial structure in an agitated granular sludge bed bioreactor was analyzed using fluorescence in situ hybridization (FISH) and polymerase chain reaction-denatured gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE). This hydrogen-producing system was operated at four different hydraulic retention times (HRTs) of 4, 2, 1, and 0.5 h and with an influent glucose concentration of 20 g chemical oxygen demand/l. According to the PCR-DGGE analysis, bacterial community structures were mainly composed of Clostridium sp. (possibly Clostridium pasteurianum), Klebsiella oxytoca, and Streptococcus sp. Significant increase of Clostridium/total cell ratio (68%) was observed when the reactor was operated under higher influent flow rate. The existence of Streptococcus sp. in the reactor became more important when operated under a short HRT as indicated by the ratio of Streptococcus probe-positive cells to Clostridium probe-positive cells changing from 21% (HRT 4 h) to 38% (HRT 0.5 h). FISH images suggested that Streptococcus cells probably acted as seeds for self-flocculated granule formation. Furthermore, combining the inspections with hydrogen production under different HRTs and their corresponding FISH analysis indicated that K. oxytoca did not directly contribute to H₂ production but possibly played a role in consuming O₂ to create an anaerobic environment for the hydrogen-producing Clostridium.     

影响纤维素类物质厌氧发酵产氢因素的研究

用预处理后的农作物水稻秸秆作为原料,进行厌氧发酵产氢,对产氢过程中的几种主要影响因素进行了实验研究。结果表明,起始pH值和反应温度对厌氧发酵产氢结果均有显著影响。在起始pH值为7,温度37℃时,可获得最大累计产氢量为122.1ml/g,在以玉米浆作为有机氮源的情况下,最大累计产氢量为141.2ml/g。