固定化光合細(xì)菌轉(zhuǎn)化預(yù)水解液(PHL)的制氫研究

陳 朵， 王雪青*， 張安龍， 羅 清， 王浩楠

(1.陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院 輕化工程國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心， 陜西 西安 710021； 2.陜西科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 西安 710021 )

0 引言

溶解漿廠是木質(zhì)纖維素的主要利用者之一[1]，基于生物質(zhì)精煉的原則在硫酸鹽法制漿前需對(duì)其進(jìn)行預(yù)水解處理，以抽出原料中的半纖維素[2]，因此就如何充分對(duì)預(yù)水解液中的半纖維素高值化利用已成為當(dāng)前生物質(zhì)精煉的熱點(diǎn)[3,4].目前,對(duì)半纖維素的利用主要集中在發(fā)酵制取乙醇、乙酸、糠醛和木糖醇等物質(zhì)[1,2].但是,普遍存在底物轉(zhuǎn)化效率低的問題，主要原因是預(yù)處理過程產(chǎn)生的糖類或木素在高溫和酸性條件下轉(zhuǎn)化為乙酸、糠醛及酚類等物質(zhì)[5,6]，這些抑制劑對(duì)微生物的生長存在嚴(yán)重的抑制作用.利用光合細(xì)菌處理預(yù)水解液目前尚未見報(bào)道，由于光合細(xì)菌具有靈活的代謝方式和較高的底物適應(yīng)性和耐受性[7]，其可以利用預(yù)水解液中木糖和乙酸等主要碳源，在廢水去污的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)物的能源轉(zhuǎn)化.

Jiaqi Chen等[8]對(duì)光合細(xì)菌處理廢水的應(yīng)用范圍、生物降解途徑以及生物反應(yīng)器模型進(jìn)行了綜述，提出以光合細(xì)菌為基礎(chǔ)的技術(shù)是滿足廢水處理可持續(xù)發(fā)展的潛在替代方法.本課題組[9]前期對(duì)光合細(xì)菌轉(zhuǎn)化秸稈解聚液的制氫特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)光合細(xì)菌利用水解液具有很好的產(chǎn)氫潛力，最大產(chǎn)氫量為3 944.2 mL/L，且反應(yīng)遲滯時(shí)間相對(duì)較短.Walailak Pattanamanee等[10]選用葡萄糖、木糖和醋酸為主要成分進(jìn)行混合碳源光發(fā)酵產(chǎn)氫的研究，發(fā)現(xiàn)在使用水解產(chǎn)物進(jìn)行光發(fā)酵制氫時(shí)，氣體產(chǎn)量高度依賴于混合碳基質(zhì)的組成.以上研究結(jié)果均表明預(yù)水解液作為光合細(xì)菌產(chǎn)氫底物的有效可行性.

在預(yù)水解液作為底物時(shí)，為了克服預(yù)水解液中抑制劑的問題，需進(jìn)行發(fā)酵前脫毒處理，常用的方法如離子交換[2,11]或灰堿處理[3]等，但是既增加了成本也造成了可利用糖分的損失[12].固定化微生物技術(shù)以其為微生物提供更多的保護(hù)、簡單的細(xì)胞活化和良好的操作穩(wěn)定性[13]等優(yōu)勢(shì)引起研究者的廣泛關(guān)注.但是在選擇固定化材料時(shí)，需滿足無毒、簡單易得和物化性能穩(wěn)定等條件[14].以下三種材料海藻酸鈉、瓊脂和卡拉膠均為來源于大自然的生物大分子，對(duì)微生物無毒性.海藻酸鈉是從褐藻或馬尾藻中提取碘和甘露醇之后的副產(chǎn)物，當(dāng)遇到Ca2+時(shí)會(huì)形成水凝膠，其網(wǎng)絡(luò)互傳結(jié)構(gòu)使其具有良好的成球性和穩(wěn)定性[15]；瓊脂是從海藻中提取的多糖體[16]，因其較高的穩(wěn)定性和良好的生物親和性被視為固定化的理想載體；卡拉膠是從藻類提取出的一種天然凝固劑，具有很好的透明度和穩(wěn)定性[17].用這三種材料對(duì)光合細(xì)菌進(jìn)行固定化，成本較低且操作易行.

本文以光合細(xì)菌HY01為目標(biāo)菌株，通過幾種天然高分子聚合材料及其復(fù)合物的透光性、化學(xué)穩(wěn)定性等性能的比較，遴選出最佳的光合細(xì)菌固定化包埋載體，并對(duì)其固定化條件進(jìn)行優(yōu)化.之后對(duì)固定化的光合細(xì)菌在模擬預(yù)水解液中進(jìn)行產(chǎn)氫特性分析，分析固定化細(xì)菌的產(chǎn)氫性能、對(duì)碳源的利用能力、對(duì)毒性物質(zhì)的耐受性以及其循環(huán)特性.固定化光和細(xì)菌轉(zhuǎn)化預(yù)水解液制氫不僅實(shí)現(xiàn)了光發(fā)酵一步法轉(zhuǎn)化制氫，而且為預(yù)水解液的高值化利用提供了新的途徑.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)菌株和培養(yǎng)條件

1.1.1 實(shí)驗(yàn)菌株

實(shí)驗(yàn)使用的光發(fā)酵產(chǎn)氫菌株球形紅細(xì)菌RhodobactersphaeroidesHY01為實(shí)驗(yàn)室保藏菌種.

1.1.2 培養(yǎng)條件

(1)MPYE生長培養(yǎng)基 (/L)：CaCl21 g，MgCl21.6 g，酵母提取物 3 g，魚粉蛋白胨 3 g.

(2)MedA產(chǎn)氫培養(yǎng)基 (/L)：D-木糖 6 g，L-谷氨酸 1.25 g，10% NaCl 10 mL，氮川三乙酸 10 g，CaCl23.33 g，MgSO4·7H2O 29.5 g，(NH4)6Mo7O24·4H2O 93 mg，F(xiàn)eSO4·7H2O 99 mg，微量元素溶液20 mL，溶液滅菌后用微孔濾膜加入維生素溶液10 mL，磷酸鹽緩沖溶液20 mL.

(3)模擬預(yù)水解液的組成 (/L)：木糖、乙酸和苯酚碳的摩爾質(zhì)量分別為162.5 mmol、25 mmol和12.5 mmol.

1.2 實(shí)驗(yàn)菌株和培養(yǎng)條件

1.2.1 光合細(xì)菌的活化與富集

在-80 ℃低溫儲(chǔ)存箱中取出凍存液，通過雙層平板劃線法，用純木質(zhì)接種棒蘸取凍存液進(jìn)行平板劃線，在恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h，挑取平板上的單菌落接種至25 mL的MPYE生長培養(yǎng)液中，將離心管置于30 ℃，200 rpm恒溫?fù)u床中富集培養(yǎng)，培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長期取出，調(diào)節(jié)菌液吸光度OD600=0.8±0.02，離心收集菌體備用.

1.2.2 固定化載體的制備與選擇

分別配備海藻酸鈉、瓊脂、卡拉膠凝膠，用注射器緩慢吸取凝膠，避免產(chǎn)生氣泡，懸空滴加到交聯(lián)劑中形成小球即為載體的制備.固定好的小球用磷酸鹽緩沖溶液沖洗三遍.對(duì)固定化載體進(jìn)行透光性、機(jī)械強(qiáng)度和重復(fù)性等性能評(píng)判，綜合選擇最佳的固定化載體.

1.2.3 固定化光合細(xì)菌微球的優(yōu)化和產(chǎn)氫

設(shè)置瓊脂-卡拉膠不同的體積比例:2∶4、2.5∶3.5、3∶3、3.5∶2.5、4∶2；不同的交聯(lián)劑濃度：1%、 2%、3%、4%；不同的細(xì)菌接種量：10 mL、20 mL、30 mL、40 mL、50 mL；不同的固定化時(shí)間：30 min、60 min、90 min、120 min，來探究光合細(xì)菌固定化時(shí)的最佳條件.

1.3 分析方法

采用比濁法對(duì)培養(yǎng)液中的生物量進(jìn)行測定(OD600)；固定化顆粒的透光性參考張念一等[18]的方法，采用拉壓力測試儀測定固定化載體的機(jī)械強(qiáng)度； DNS法[19]測定培養(yǎng)液中還原糖的含量；4-氨基安替比鄰比色法來測定苯酚的含量[20].所有實(shí)驗(yàn)均設(shè)置三個(gè)平行樣.

2 結(jié)果與討論

2.1 光合細(xì)菌固定化載體SEM形貌特征

分別采用海藻酸鈉、瓊脂粉、卡拉膠、海藻酸鈉-瓊脂和瓊脂-卡拉膠制作固定化小球，其SEM形貌如圖1所示.

(a)海藻酸鈉載體 (f)海藻酸鈉固定的HY01

(b)瓊脂載體 (g)瓊脂固定的HY01

(c)卡拉膠載體 (h)卡拉膠固定的HY01

(d)海-瓊復(fù)合載體 (i)海-瓊固定的HY01

(e)瓊-卡復(fù)合載體 (j)瓊-卡固定的HY01圖1 不同材料及其固定化HY01的SEM圖

圖1(a)～(e)表示沒有負(fù)載細(xì)菌時(shí)固定化載體.可以看出,海藻酸鈉(如圖1 (a)所示)的形貌為較為細(xì)小的絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但是形態(tài)結(jié)構(gòu)不太規(guī)則；瓊脂(如圖1 (b)所示)的結(jié)構(gòu)為較為規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)，并且表面光滑，但光滑的表面會(huì)減少細(xì)菌的附著點(diǎn)；卡拉膠(如圖1 (c)所示)具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形貌，網(wǎng)孔大小從100μm到400μm不等；海藻酸鈉-瓊脂復(fù)合固定化載體(如圖1 (d)所示)和單一瓊脂的表面結(jié)構(gòu)相比，加入海藻酸鈉后，瓊脂表面變得粗糙但仍保持其原有的結(jié)構(gòu)；從圖1 (e) 可以明顯地看出，瓊脂-卡拉膠固定化載體同時(shí)具備瓊脂的層狀規(guī)則孔隙和卡拉膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，卡拉膠的添加，縮小瓊脂層狀大孔結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也為細(xì)菌的固定化提供了更大的比表面積.

圖1(f)～(j)表示固定化載體上的光合細(xì)菌分布情況.五種不同固定化載體的細(xì)菌分布具有很明顯的差異，瓊脂凝膠上的光合細(xì)菌(如圖1 (g)所示)數(shù)量明顯少于其他幾種固定化載體，原因是瓊脂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成了細(xì)菌有較為嚴(yán)重的泄露；光合細(xì)菌在海藻酸鈉中(如圖1 (f)所示)雖然可以穩(wěn)定的生長增殖，但是其自身對(duì)pH的敏感性[21]導(dǎo)致在循環(huán)利用時(shí)便會(huì)出現(xiàn)顆粒變軟甚至破碎的現(xiàn)象，這將對(duì)固定化實(shí)驗(yàn)帶來很不利的影響；海藻酸鈉-瓊脂固定的光合細(xì)菌(如圖1 (i)所示)出現(xiàn)明顯的分布不均現(xiàn)象；瓊脂和卡拉膠固定化載體(如圖1 (j)所示)使得光合細(xì)菌均勻的固定于載體當(dāng)中，是固定化載體的良好選擇.

2.2 光合細(xì)菌固定化包埋載體的選擇

對(duì)于光合細(xì)菌來說，理想的固定化載體應(yīng)該是具有無毒性、良好的透光性、較高的機(jī)械強(qiáng)度以及優(yōu)良的可循環(huán)利用性等優(yōu)點(diǎn)[22].

以木糖為唯一碳源時(shí)，固定化光和細(xì)菌的產(chǎn)氫結(jié)果如圖2所示.實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，海藻酸鈉和卡拉膠作為固定化載體時(shí)產(chǎn)氫量相近，但是隨著時(shí)間的延長，小球的形態(tài)會(huì)變得疏松甚至破碎，說明可循環(huán)性較差.瓊脂作為固定化載體時(shí)表現(xiàn)出良好的產(chǎn)氫性能，但游離的細(xì)菌對(duì)產(chǎn)氫量貢獻(xiàn)較大.還觀察到瓊脂和卡拉膠混合后固定化細(xì)菌的產(chǎn)氫量和重復(fù)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于二者單獨(dú)固定時(shí)性能.復(fù)合材料作為載體時(shí)通過鍵的斷裂和結(jié)合或物理作用使得新的材料具有更好的機(jī)械性能和循環(huán)穩(wěn)定性[23].

圖3為不同載體固定化小球的機(jī)械強(qiáng)度測試，瓊脂凝膠具有足夠大的機(jī)械強(qiáng)度，可達(dá)6.8 N；卡拉膠在單獨(dú)作為固定化載體時(shí)機(jī)械強(qiáng)度較低，當(dāng)瓊脂和卡拉膠復(fù)合之后的機(jī)械強(qiáng)度界于二者單獨(dú)使用時(shí)之間.

圖4表示固定化小球的透光性測試，良好的透光性有助于光合細(xì)菌增加傳質(zhì)效率，卡拉膠的透光性明顯大于其他載體材料，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，瓊脂和卡拉膠復(fù)合之后的透光性比瓊脂提高了2.8倍.

由于各類廢水的化學(xué)條件都比較復(fù)雜，對(duì)不同材料固定化小球的化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行測試如表1所示，當(dāng)固定化小球在酸性和鹽性環(huán)境中停留4 h之后，海藻酸鈉小球會(huì)變得易碎且結(jié)構(gòu)松散；瓊脂-卡拉膠復(fù)合的化學(xué)穩(wěn)定性比較穩(wěn)定.綜合比較而言，卡拉膠具有良好的透光性，并且化學(xué)穩(wěn)定性適中；瓊脂作為固定化載體時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性較好，且在循環(huán)使用中表現(xiàn)出穩(wěn)定的產(chǎn)氫性能；鑒于二者的優(yōu)點(diǎn)，將瓊脂和卡拉膠復(fù)合作為固定化材料時(shí)，不僅解決了瓊脂透光性較差的缺陷同時(shí)，還減少細(xì)菌的泄露，而且復(fù)合材料固定化光合細(xì)菌體現(xiàn)出了較強(qiáng)的產(chǎn)氫性能和穩(wěn)定的循環(huán)利用性.

圖2 不同材料化固定HY01的產(chǎn)氫結(jié)果圖

圖3 不同固定化材料的機(jī)械強(qiáng)度

圖4 不同固定化材料的透光率

表1 固定化材料的化學(xué)穩(wěn)定性比較

2.3 光合細(xì)菌固定化條件的優(yōu)化

以瓊脂-卡拉膠為固定化載體，對(duì)其最佳的固定化條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果如圖5所示.實(shí)驗(yàn)操作為：將離心收集好的菌體加入到濃度分別為2%的瓊脂-卡拉膠的混合凝膠中(共6 mL),采用渦旋儀震蕩混合均勻，用注射器緩慢吸取5 mL，避免產(chǎn)生氣泡，滴加小球到KCl交聯(lián)劑中固定化，固定化之后的微球用磷酸鹽緩沖溶液沖洗三遍，產(chǎn)氫反應(yīng)在50 mL注射器中進(jìn)行.選擇細(xì)菌接種量、固定化時(shí)間、交聯(lián)劑濃度和瓊脂-卡拉膠的配比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終確定最佳的固定化條件.

2.3.1 接種量對(duì)固定化產(chǎn)氫的影響

取OD660為0.8±0.02的菌液離心后與瓊脂-卡拉膠凝膠混合均勻，制作小球進(jìn)行產(chǎn)氫.如圖5 (a) 所示，當(dāng)接種量過低時(shí)，光合細(xì)菌生長緩慢，導(dǎo)致產(chǎn)氫量較低；而當(dāng)接種量為50 mL時(shí)，細(xì)菌在培養(yǎng)基中對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行競爭.因此，選用40 mL的細(xì)菌接種量進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

2.3.2 固定化時(shí)間對(duì)固定化產(chǎn)氫的影響

固定化時(shí)間對(duì)固定化載體的強(qiáng)度和細(xì)菌活力都會(huì)產(chǎn)生影響，固定化時(shí)間太短可能會(huì)導(dǎo)致載體強(qiáng)度不夠、容易破碎、細(xì)菌容易泄露；固定化時(shí)間過長使凝膠結(jié)構(gòu)太致密，不利于細(xì)菌對(duì)底物的利用[14].從圖5 (b) 可以看出，固定化時(shí)間對(duì)產(chǎn)氫量的影響不是很大，但是隨著固定化時(shí)間的延長，產(chǎn)氫量出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，且在固定化時(shí)間為60 min的時(shí)產(chǎn)氫量最高.因此選取60 min為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的固定化時(shí)間.

2.3.3 交聯(lián)劑濃度對(duì)固定化產(chǎn)氫的影響

κ型卡拉膠由于結(jié)構(gòu)單元富含硫酸酯鍵-O-SO3-，因此可與交聯(lián)劑KCl中的K+共價(jià)結(jié)合形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的凝膠，K+濃度對(duì)固定化載體的強(qiáng)度和細(xì)菌的活性會(huì)產(chǎn)生較大的影響[14].如圖5 (c) 所示，當(dāng)KCl濃度較低時(shí)，產(chǎn)氫量較低，因?yàn)橹苽涞墓潭ɑd體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易破裂.當(dāng)交聯(lián)劑濃度過高時(shí)，產(chǎn)氫量出現(xiàn)快速下降，是因?yàn)楣潭ɑd體的結(jié)構(gòu)比較致密，傳質(zhì)性能變差；另外過高的K+濃度可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌的細(xì)胞膜內(nèi)外出現(xiàn)濃度差，會(huì)對(duì)細(xì)菌造成傷害.因此最終選擇交聯(lián)劑濃度為2%.

2.3.4 瓊脂-卡拉膠配比對(duì)固定化產(chǎn)氫的影響

圖5 (d) 為瓊脂和卡拉膠在不同配比下固定化光合細(xì)菌的產(chǎn)氫量對(duì)比，當(dāng)卡拉膠比例過高時(shí)(2∶4)，產(chǎn)氫量明顯降低.過多的卡拉膠對(duì)瓊脂形成了包覆作用，再加以KCl的交聯(lián)作用使得載體表面形成了堅(jiān)硬的包覆膜，嚴(yán)重影響了細(xì)菌的生長和底物的傳質(zhì)性能.當(dāng)瓊脂配比過高時(shí)(4∶2)，在產(chǎn)氫的體系中有較高的細(xì)菌濃度，說明細(xì)菌有明顯的泄露.因此選擇3∶3的配比進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn).

(a)細(xì)菌接種量

(b)固定化時(shí)間

(c)交聯(lián)劑濃度

(d)瓊脂-卡拉膠配比圖5 光合細(xì)菌固定化產(chǎn)氫條件的優(yōu)化

2.4 木糖和苯酚混合物作為碳源時(shí)固定化細(xì)菌的產(chǎn)氫性能

在硫酸鹽預(yù)水解液中存在少量的酚類物質(zhì)(約1～2 g/L)[24]，通常用苯酚作為模型化合物來替代酚類物質(zhì).前期實(shí)驗(yàn)得知游離光合細(xì)菌對(duì)苯酚的耐受閾值為500 mg/L，因此選用500 mg/L的苯酚與木糖作為雙碳源進(jìn)行產(chǎn)氫性能的探究.如圖6所示，初期光合細(xì)菌對(duì)底物的利用受到傳質(zhì)效率等因素的限制，基質(zhì)不能達(dá)到固定化小球內(nèi)部[25]，導(dǎo)致產(chǎn)氫量較低，苯酚和木糖的利用效果不明顯.然而，在2～4次循環(huán)產(chǎn)氫時(shí)，產(chǎn)氫量有明顯的提升，第二次的累積產(chǎn)氫量可達(dá)到3 463.2 mL/L，木糖利用率(95.7%)和苯酚降解率(24.3%)也達(dá)到最大值.可見固定化的光合細(xì)菌對(duì)產(chǎn)氫基質(zhì)有很好的適應(yīng)性和利用性，并且重復(fù)使用6次后產(chǎn)氫量為2 230.8 mL/L，具有很好的穩(wěn)定性.相比于游離態(tài)細(xì)菌產(chǎn)氫(pH=5.9)，固定化之后的細(xì)菌的對(duì)系統(tǒng)的pH有更大的適應(yīng)范圍(pH=4.88)，此結(jié)論與孫麗慧等[15]的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)相一致.

(a)以木糖-苯酚為碳源時(shí)固定化細(xì)菌的產(chǎn)氫量和pH值

(b)木糖和苯酚混合碳源時(shí)底物的利用率圖6 木糖-苯酚為碳源時(shí)固定化 細(xì)菌的產(chǎn)氫性能

2.5 固定化光合細(xì)菌利用PHL產(chǎn)氫SEM圖

以固定的瓊脂-卡拉膠微球?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)其進(jìn)行電鏡掃描如圖7所示.從圖7(a)～(c)可以觀察到，瓊脂-卡拉膠微球直徑約4 mm；未固定光合細(xì)菌的瓊脂-卡拉膠凝膠珠表面光滑，這些交聯(lián)形態(tài)在光合細(xì)菌加入之后變得粗糙.圖7(d)是在模擬PHL中產(chǎn)氫反應(yīng)兩個(gè)循環(huán)周期后的固定化微球的斷面圖圖像，可以看出長時(shí)間的培養(yǎng)產(chǎn)氫使細(xì)胞顯著生長，從而占據(jù)了整個(gè)微球的內(nèi)表面，這表明細(xì)菌在微球內(nèi)具有很高的生物附著量.

(a)瓊脂-卡拉膠微球的形貌圖 (b)瓊脂-卡拉膠微球的斷面結(jié)構(gòu) (c)瓊脂-卡拉膠微球負(fù)載細(xì)菌后斷面結(jié)構(gòu) (d)循環(huán)2次后斷面圖 (e)細(xì)菌的分布圖圖7 固定化細(xì)菌微球的SEM圖

2.6 模擬PHL為碳源時(shí)的產(chǎn)氫性能

圖8(a)～(e)分別表示固定化光合細(xì)菌在PHL中的累計(jì)產(chǎn)氫量、末端pH值、溶液中的游離細(xì)菌濃度、苯酚和木糖利用率的對(duì)比圖.

(a)產(chǎn)氫量 (b)產(chǎn)氫結(jié)束培養(yǎng)液的pH值 (c)游離細(xì)菌濃度 (d)苯酚利用率 (e)木糖利用率圖8 以模擬PHL為碳源時(shí)固定化 細(xì)菌的產(chǎn)氫性能

首先，與游離態(tài)光合細(xì)菌利用PHL產(chǎn)氫相比，初始固定化的細(xì)菌不如游離態(tài)時(shí)的產(chǎn)氫量大(6 420.6 mL/L)，但在重復(fù)第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)氫量要大于游離狀態(tài)，并且第三次和第四次重復(fù)時(shí)仍然表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的產(chǎn)氫性能(如圖8(a)所示)；其次，發(fā)酵產(chǎn)氫末端的pH值維持在6.3～6.4 (如圖8(b)所示)，產(chǎn)氫量的增加與產(chǎn)氫過程中培養(yǎng)液的pH值較為穩(wěn)定有很大的關(guān)系.在PHL產(chǎn)氫系統(tǒng)中，除了木糖作為主要碳源之外，還存在一定的小分子酸，乙酸的轉(zhuǎn)化利用會(huì)提高系統(tǒng)的pH，兩種碳源的協(xié)同作用讓產(chǎn)氫系統(tǒng)更穩(wěn)定，產(chǎn)氫周期更長，產(chǎn)氫量更大；值得一提的是系統(tǒng)中苯酚的去除率最大可達(dá)到28.5%，木糖利用率相對(duì)比較穩(wěn)定，基本上都在95%以上(如圖8(d)和8(e)所示)；最后，對(duì)產(chǎn)氫結(jié)束的細(xì)菌濃度進(jìn)行測量，可以看出在整個(gè)循環(huán)過程中細(xì)菌泄露量較少(如圖8(c)所示)，說明所制備的固定化載體具有很好的循環(huán)使用性能，具有很好的應(yīng)用前景.

3 結(jié)論

本文通過比較不同天然高分子聚合物固定化材料海藻酸鈉、瓊脂、卡拉膠等作為載體來固定光合細(xì)菌，從細(xì)菌的生長適應(yīng)性、透光性、機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性等方面確定了最佳的固定化材料為瓊脂-卡拉膠，而后通過條件優(yōu)化得出最佳固定化條件.并研究了木糖和500 mg/L苯酚作為底物時(shí)的產(chǎn)氫性能，重復(fù)六個(gè)周期都具有比較穩(wěn)定的產(chǎn)氫性能，且固定化細(xì)菌和游離態(tài)細(xì)菌相比對(duì)苯酚的耐受性有明顯提升.

最后，對(duì)固定化光合細(xì)菌在模擬PHL中的產(chǎn)氫性能進(jìn)行研究，得知木糖利用率可達(dá)99.4%，苯酚降解率為28.5%，并且預(yù)水解液中的復(fù)合碳源對(duì)系統(tǒng)的pH具有自平衡作用是產(chǎn)氫性能提高的另一個(gè)原因.固定化光合細(xì)菌轉(zhuǎn)化預(yù)水解液制氫不僅實(shí)現(xiàn)了光發(fā)酵一步法制氫，而且為預(yù)水解液的高值化利用提供了一定的理論基礎(chǔ).