光合厌氧混合菌群生物共发酵产氢动力学研究

人体肠道厌氧菌产甲烷和氢气的研究
人体肠道厌氧菌产甲烷和氢气的研究涉及到肠道菌群的多样性和代谢过程。

肠道菌群是一个复杂的生态系统，其中包含了许多厌氧菌，这些细菌在肠道中参与了多种代谢过程。

有些厌氧菌能够利用氢气或甲烷作为能源，这个过程通常与产甲烷古菌有关。

在肠道中，产甲烷古菌能够利用氢气或甲烷作为底物进行发酵，产生甲烷和二氧化碳等气体。

这个过程不仅产生了能源，还对肠道环境进行了调节，维持了肠道内的酸碱平衡。

除了产甲烷古菌之外，肠道中还存在其他厌氧菌，这些细菌在肠道中与产甲烷古菌形成了复杂的共生关系。

这些细菌之间相互作用，共同维护肠道环境的稳定。

总的来说，肠道厌氧菌产甲烷和氢气的研究有助于我们了解肠道菌群的多样性和代谢过程，对于研究肠道环境和人类健康有着重要的意义。

简述生物制氢技术存在的问题及发展前景摘要:氢能是未来最有发展前景的新能源之一。

以多种方式制备的氢气,通过燃料电池直接转变为电力,可以用于汽车、火车等交通工具,实现终端污染物零排放;也可以用于工业、商业和民用建筑等固定式发电供热设施。

生物制氢是可持续地从自然界中获取氢气的重要途径之一。

关键词: 生物制氢工业技术存在问题发展前景氢能是未来最有发展前景的新能源之一。

现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机,90年代因为对温室效应的进一步认识,生物制氢作为可持续发展的工业技术再次引起人们重视。

一、主要生物制氢工业技术1、光解水制氢技术光解水制氢是微藻及蓝细菌以太阳能为能源,以水为原料,通过光合作用及其特有的产氢酶系,将水分解为氢气和氧气。

此制氢过程不产生CO2。

蓝细菌和绿藻均可光裂解水产生氢气,但它们的产氢机制却不相同。

蓝细菌的产氢分为两类:一类是固氮酶催化产氢和氢酶催化产氢;另一类是绿藻在光照和厌氧条件下的产氢则由氢酶催化。

2、暗发酵制氢技术暗发酵制氢是异养型厌氧细菌利用碳水化合物等有机物,通过暗发酵作用产生氢气。

近年来,采用工农业废弃物若不经过处理直接排放,会对环境造成污染。

以造纸工业废水、发酵工业废水、农业废料(秸秆、牲畜粪便等)、食品工业废液等为原料进行生物制氢,既可获得洁净的氢气,又不另外消耗大量能源。

3、光发酵制氢技术光发酵制氢是光合细菌利用有机物通过光发酵作用产生氢气。

有机废水中含有大量可被光合细菌利用的有机物成份。

近年来,利用牛粪废水、精制糖废水、豆制品废水、乳制品废水、淀粉废水、酿酒废水等作底物进行光合细菌产氢的研究较多。

光合细菌利用光能,催化有机物厌氧酵解产生的小分子有机酸、醇类物质为底物的正向自由能反应而产氢。

利用有机废水生产氢气要解决污水的颜色(颜色深的污水减少光的穿透性)、污水中的铵盐浓度(铵盐能够抑制固氮酶的活性从而减少氢气的产生)等问题。

若污水中COD值较高或含有一些有毒物质(如重金属、多酚、PAH),在制氢必须经过预处理。

文章编号：１００６－４１８４（２００８）０２－００１４－０４收稿日期：２００７－１０－１５作者简介：蒋志城（１９７８－），男，讲师，在读硕士生，主要研究方向：生物化工。

技术进展生物发酵制氢技术的研究及进展蒋志城１，２（１．浙江工业大学，浙江杭州３１００１４；２．杭州职业技术学院，浙江杭州３１００１８）摘要：生物制氢技术具有无污染、成本低、可再生等优点，生物制氢在新能源的研究利用中占有日趋重要的位置。

本文概述了国内生物制氢技术研究的现状。

对厌氧发酵制氢的影响因素进行了阐述。

对生物制氢技术当前存在的问题进行了探讨，并对未来发展进行了展望。

关键词：生物制氢；发酵；生物能源随着世界经济的快速发展和人口的迅速增加，大量开采和使用矿物能源带来的能源短缺和环境污染问题，已促使人类更多地关注对可再生能源和清洁能源的开发和利用。

寻找新的可替代能源和开发可再生能源体系是实现社会可持续发展的必然选择。

氢气是一种清洁、高效的能源，有着广泛的工业用途，潜力巨大，制氢的研究逐渐成为人们关注的热点，但将其他物质转化为氢并不容易。

新兴的生物制氢法是利用某些微生物以有机物为基质产生氢气的一种制氢方法，由于该方法可以在降解有机物的同时产生氢气，来源丰富，价格低廉，将可再生资源利用、污染治理和制氢联合进行，被认为是最具潜力的氢能生产技术之一，因此，已成为目前的研究热点。

生物制氢过程可分为厌氧光合制氢和厌氧发酵制氢两大类。

其中，前者所利用的微生物为厌氧光合细菌（及某些藻类），后者利用的则为厌氧化能异养菌。

与光合制氢相比，发酵制氢过程具有微生物比产氢速率高、不受光照时间限制、可利用的有机物范围广、工艺简单等优点。

因此，在生物制氢方法中，厌氧发酵制氢法更具有发展潜力。

１国内生物制氢发展情况生物制氢技术研究在我国发展较晚，但进展迅速，无论是光解生物制氢技术还是发酵法生物制氢技术，其研究成果均己达到国际水平。

１９７９年，成都生物研究所的刘克鑫、徐洁泉［１］等在沼气发酵污泥的富集培养物中加入薯芋粉完全抑制了产甲烷，转而产氢气，并从中分离出了２４株产氢细菌。

厌氧发酵制氢技术原理及发展前景摘要：氢气作为一种清洁无污染的新型能源越来越受到人们的关注。

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逐渐引起了人们的重视。

该文章从厌氧发酵制氢的原理入手，介绍了传统和新型的发酵制氢工艺，分析了厌氧发酵制氢的影响因素，在此基础上，对厌氧发酵制氢的工艺发展进行了展望。

可以肯定的是，厌氧发酵制氢工艺是极具潜力的一种新能源技术，虽然在应用方面存在着的诸多缺点，但是一定可以在不久的将来获得广阔的应用空间，其潜力巨大，必将会成为造福人类的一种极其重要的清洁能源。

关键词：发酵；制氢；酶；影响因素；前景1 引言能源匮乏、环境污染是未来人类所面临的两大难题。

氢气作为能源正日益受到人们的重视，从发展清洁能源的角度来看，氢气是最理想的载能体。

氢气不仅作为一种化工原料被广泛应用在冶金、电子、玻璃等行业，更被看成是一种可替代传统化石能源的新能源—氢能。

由于氢气的燃烧热值高，唯一燃烧产物为水，对环境无污染，而水又可被进行电解或分解生成氢气，因此氢能可真正被称为清洁、高效、可再生的绿色能源，同时氢气也以其热密度大、洁净燃烧、可再生而被能源界公认为最具潜力的新能源之一。

与其他含能物质相比，氢气还具有一系列突出的优点。

氢气的能量密度高，是汽油的2.68倍[1]；用于贮电时，其技术经济性能目前已有可能超过其他各类贮电技术；将氢气转换为动力，其热效率比常规化石燃料高30 %～60 %，如氢气可作为燃料电池的燃料，与燃料电池相结合可提供一种高效、清洁、无传动部件、无噪声的发电技术，效率可高出1倍；氢气适于管道运输，可以和天然气共用输送系统；在各种能源中，氢气的输送成本最低，损失最小，优于输电。

小型的低温固体离子交换膜燃料电池可用在汽车和火车机车上；氢气也能直接作为发动机的燃料，日本已开发了几种型号的氢能车[1]。

氢能不是一次能源，氢气需要从含氢的化合物中制取。

目前全世界大约 96％的氢来自化石燃料，其余为水电解制氢[2]。

厌氧发酵产酸微生物种群生态及互营关系研究一、本文概述《厌氧发酵产酸微生物种群生态及互营关系研究》是一篇深入探讨厌氧发酵过程中产酸微生物种群生态及其互营关系的研究文章。

厌氧发酵作为一种重要的生物转化过程，广泛存在于自然环境和工业应用中，如废水处理、生物质能源生产等。

在这个过程中，产酸微生物扮演着至关重要的角色，它们通过分解有机物质产生各种有机酸，进而参与到更为复杂的生物化学反应中。

本文首先介绍了厌氧发酵的基本概念、原理及其在环境保护和能源开发等领域的应用价值。

随后，文章详细阐述了产酸微生物在厌氧发酵过程中的生态学特征，包括它们的种群结构、生长特性、代谢途径等。

通过对产酸微生物种群生态的深入研究，有助于我们理解这些微生物在厌氧发酵中的功能和作用机制。

在此基础上，文章进一步探讨了产酸微生物之间的互营关系。

互营关系是指不同微生物之间通过物质和能量的交换而形成的一种共生关系。

在厌氧发酵过程中，产酸微生物与其他微生物之间存在着复杂的互营关系，这些关系对于整个发酵过程的稳定性和效率具有重要影响。

通过深入研究这些互营关系，我们可以为优化厌氧发酵工艺、提高发酵产物的质量和产量提供理论依据。

《厌氧发酵产酸微生物种群生态及互营关系研究》旨在全面解析厌氧发酵过程中产酸微生物的种群生态和互营关系，以期为提高厌氧发酵技术的应用水平和推动相关领域的发展提供有益参考。

二、厌氧发酵产酸微生物种群生态厌氧发酵产酸过程是一个复杂的微生物群落活动，涉及多种微生物的协同作用。

这些微生物种群生态的研究对于理解和优化厌氧发酵过程至关重要。

在厌氧环境中，微生物通过分解有机物质产生能量和生物质，其中一部分微生物专门负责产酸阶段的任务。

厌氧发酵产酸微生物种群主要包括乳酸菌、醋酸菌、丙酸菌和丁酸菌等。

这些微生物在厌氧条件下通过不同的代谢途径，将复杂的有机物质分解为简单的有机酸，如乳酸、醋酸、丙酸和丁酸等。

这些有机酸不仅可以用作生物能源和生物化工的原料，还参与后续的厌氧发酵过程。

生物质能制氢方法原理和经济性导读：1、生物质制氢气方法；2、生物质生物发酵制氢原理；3、光合细菌产氢示意图；4、黑暗厌氧发酵产氢示意图；5、生物制氢应用到工业中的经济性。

生物质是一种复杂的材料，主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，以及少量的单宁酸、脂肪酸、树脂和无机盐。

这种可再生的原材料具有很大的潜力，可用于发电和生产高附加值化学品。

生物质能源作为一种新型可再生能源用于制氢，是绿色氢气的重要来源。

生物质制氢的主要途径为生物质发电，然后用电解水制氢；或者生物质发酵制氢；或者用生物质化工热裂解制氢；还可以利用生物质制成乙醇，再进行乙醇重整制氢。

可表示为表4-2。

表4-2生物质制氢气方法生物质发电，再用此电电解水制氢，与通常的电解水制氢并无不同。

这里主要介绍生物质生化发酵制氢、生物质化工热裂解制氢和生物质制乙醇、乙醇制氢。

生物质生物发酵制氢原理根据所用的微生物、产氢底物及产氢机理，生物制氢可以分为3种类型：①绿藻和蓝细菌(也称为蓝绿藻)在光照、厌氧条件下分解水产生氢气，通常称为光解水产氢或蓝、绿藻产氢；②光合细菌在光照、厌氧条件下分解有机物产生氢气，通常称为光解有机物产氢、光发酵产氢或光合细菌产氢；③细菌在黑暗、厌氧条件下分解有机物产生氢气，通常称为黑暗(暗)发酵产氢或叫发酵细菌产氢。

(1)光解水产氢(蓝、绿藻产氢)蓝细菌和绿藻的产氢在厌氧条件下，通过光合作用分解水产生氢气和氧气，所以通常也称为光分解水产氢途径。

其作用机理和绿色植物光合作用机理相似，这一光合系统中，具有两个独立但协调起作用的光合作用中心：接收太阳能分解水产生H+、电子和O2的光合系统Ⅱ(PSⅡ)以及产生还原剂用来固定CO2的光合系统I(PsI)。

PSⅡ产生的电子，由铁氧化还原蛋白(Fd)携带经由PSn和PSI到达产氢酶，H+在产氢酶的催化作用下在一定的条件下形成H2。

产氢酶是所有生物产氢的关键因素。

绿色植物由于没有产氢酶，所以不能产生氢气，这是藻类和绿色植物光合作用过程的重要区别所在，因此除氢气的形成外，绿色植物的光合作用规律和研究结论可以用于藻类新陈代谢过程分析。

好氧菌和厌氧菌的研究及其应用细菌是一种单细胞微生物，它们被广泛地分为两类：好氧菌和厌氧菌。

好氧菌需要氧气来生长和繁殖，它们通过呼吸将氧气转化为能量。

而厌氧菌则无法利用氧气，它们通过发酵和其它代谢方式来生存。

这两种菌在生物学、医学和环境科学中具有重要的研究价值和应用前景。

一、好氧菌的研究1. 好氧菌生态学好氧菌数量庞大，在自然环境中广泛存在，它们在环境质量调查和废水处理等领域中扮演着重要角色。

科学家们对好氧菌的生态学研究着重于了解这些菌在生态系统中的分布情况、代谢特征以及它们对环境因素的响应。

该领域的研究为保护环境和有效利用资源提供了参考依据。

2. 好氧菌与人类健康的关系好氧菌在人体内生长繁殖，是人类肠道菌群中的重要一员，起着调节肠道菌群平衡、支持营养消化、提高免疫力等作用。

因此，好氧菌对人类健康的影响引发了科学家们的极大兴趣。

近年来，越来越多的研究表明，不同种类的好氧菌对人体有不同的影响，有助于开发新型功能性食品和药物。

二、厌氧菌的研究1. 厌氧菌的代谢研究厌氧菌的代谢过程与好氧菌不同，它们可以在无氧条件下发酵和代谢，产生不同的产物和代谢产物。

因此，厌氧菌在发酵、醇类和氢气的生产等领域中具有广泛的应用价值。

2. 厌氧菌与环境污染治理厌氧菌在环境污染治理中扮演着重要角色。

它们可以在废水处理、沼气生产等领域中应用，有效地将有机物分解，每年有大量的废水和有机废弃物被处理成有用的资源。

三、好氧菌和厌氧菌的应用1. 废水处理好氧菌和厌氧菌在废水处理中是不可或缺的。

厌氧菌可以通过厌氧消化作用减少有机污染，而好氧菌可以在污染物分解和氮循环中发挥重要作用。

2. 发酵发酵是利用细菌在特定条件下进行代谢和繁殖，产生可用的产品或代谢产物的过程。

厌氧菌的发酵技术被广泛应用于酒精、乳酸和醋酸等产品的生产。

3. 生态修复好氧菌和厌氧菌可以用于生态修复，例如修复土壤和水质污染。

这些菌可以将有害化学物质分解成无害的物质，在环境保护和土地资源管理中发挥着重要作用。

发酵动力学的应用发酵动力学是研究发酵过程中菌体生长、基质消耗和产物生成的动力学过程的科学，它在发酵工程的生产实践与科学研究中具有非常重要的指导意义。

通过发酵动力学的研究，人们可以更深入地理解发酵过程的本质，优化发酵工艺，提高产品的产量和质量，降低生产成本，从而为发酵工业的持续发展提供有力的支持。

一、发酵动力学在发酵过程优化中的应用发酵过程优化是发酵工程的核心任务之一，而发酵动力学在这一过程中发挥着重要的作用。

通过构建菌体生长、基质消耗和产物生成的动力学模型，可以对发酵过程进行定量描述和预测，从而为发酵过程的优化提供理论依据。

例如，在抗生素发酵过程中，通过建立菌体生长和抗生素合成的动力学模型，可以研究不同发酵条件下菌体生长速率和抗生素合成速率的变化规律，进而确定最佳的发酵温度、pH值、溶氧量等工艺参数，以提高抗生素的产量和纯度。

二、发酵动力学在发酵产物质量控制中的应用发酵产物的质量是评价发酵工程成功与否的重要指标之一，而发酵动力学对于发酵产物质量的控制具有重要意义。

通过研究发酵过程中产物生成的动力学规律，可以实现对发酵产物质量的实时监控和调控。

例如，在啤酒发酵过程中，通过建立啤酒风味物质生成的动力学模型，可以研究不同发酵阶段啤酒风味物质的变化规律，进而确定适宜的发酵时间和发酵温度，以保证啤酒风味的稳定性和一致性。

三、发酵动力学在发酵新工艺开发中的应用随着生物技术的不断发展，新型发酵工艺不断涌现，而发酵动力学在新工艺开发中具有重要的指导作用。

通过构建新型发酵工艺的动力学模型，可以预测新工艺的可行性和优化方向，从而缩短新工艺的开发周期，降低开发成本。

例如，在开发高密度发酵工艺过程中，通过建立高密度发酵的动力学模型，可以研究高密度条件下菌体生长和产物生成的特殊规律，进而确定适宜的高密度发酵策略和工艺条件，以实现高产、高效的发酵目标。

四、发酵动力学在发酵废弃物处理中的应用发酵工程在生产过程中会产生大量的废弃物，如废水、废气等，这些废弃物的处理对于环境保护和资源利用具有重要意义。

生物质制氢的光合细菌连续培养技术实验研究摘要：为了解决规模化光合细菌生物制氢工艺中，生产菌种连续培养的问题，系统地测定了光合细菌混合菌群的生长曲线，根据标准曲线计算出不同初始 OD660值的培养液中光合细菌的倍增周期，结合光合细菌连续制氢工艺对生产菌种的基本要求和工程实际，设计了一套培养液部分循环连续培养实验装置，试运行实验结果显示：在初始菌液 OD660值为0.273、厌氧、（30±1）℃、1200 Lux 连续光照、培养周期 38 h 的条件下，部分循环连续培养的出口菌液 OD660值可控制在 0.38～0.74，符合光合制氢对生产菌种的要求。

关键词：光合细菌；制氢；生物质；连续培养；倍增周期；部分循环0 引言氢能作为未来的重要清洁能源，将为解决中国能源安全、环境污染和社会经济的可持续发展问题发挥重要作用。

生物制氢是利用微生物转化生物质产生氢气的一类制氢方法。

与传统的热化学方法相比，生物制氢具有节能、原料可再生、生产条件温和（中性、30℃左右）且环境友好等突出的优势，在氢气生产技术研究领域中的地位越来越显著[1, 2, 12]。

目前，世界上，包括中国在内的许多国家和组织，投入大量的人力和物力，进行生物制氢技术的研究开发[3]。

以光合细菌直接利用太阳能，在温和的条件下处理富含生物质的有机废水（粪便污水、农产加工废水等），在获取氢气的同时减轻了环境污染程度，应用前景广阔，受到国家和科学界的大力支持[4, 5]。

近几年，光合细菌直接利用太阳能制氢技术研究，得到了国家 863 计划、国家自然科学基金等项目的支持，相关技术研究已经取得了一定的突破，目前，项目研究进入了中小规模的生产性技术研究阶段，主要目标是解决光合生物的连续、高效和规模化制氢工艺问题，其中，生产菌种的连续、稳定供应则是整个生产工艺中的关键环节。

截止目前，国内外关于微生物连续培养技术的研究和应用已有不少报收稿日期：2007-08-10 修订日期：2007-12-16基金项目：国家自然科学基金项目（50676029）；国家高技术研究发展计划（863 计划）项目（2006AA05Z119）；教育部博士点专项科研基金项目（20060466001）作者简介：师玉忠（1965－），男，副教授，博士生，主要从事农业生物环境与能源工程领域的研究工作。