以光合產(chǎn)氫混合菌種為研究對(duì)象,采用實(shí)驗(yàn)研究和模型擬合的方法進(jìn)行底物濃度對(duì)產(chǎn)氫過程動(dòng)力學(xué)影響的研究.結(jié)果表明,底物濃度為5、10 mg/mL的產(chǎn)氫系統(tǒng),底物消耗利用程度較高,20 mg/mL的系統(tǒng)存在未完全降解利用的物質(zhì),底物最大消耗利用量為17.014 6 mg/mL.各產(chǎn)氫系的統(tǒng)產(chǎn)氫速率分別在95、101、107 h達(dá)到最大,即底物濃度低,光合細(xì)菌對(duì)底物的消耗利用程度高,最大產(chǎn)氫速率出現(xiàn)較早. Gompertz模型擬合氫氣生成的相關(guān)系數(shù)均大于99%,且氫氣生成和底物消耗主要在混合菌種對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和穩(wěn)定期前期. 

【文章來源】：河南科學(xué). 2020,38(07)

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

光合產(chǎn)氫過程底物消耗動(dòng)態(tài)曲線

表2給出了Gompertz模型擬合方程各項(xiàng)參數(shù)，底物濃度20、10、5 mg/mL的Gompertz模型擬合最大累積產(chǎn)氫量分別是588、409、233 mL，與實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)誤差分別為6.715 1%、7.631 6%、0.869 6%.根據(jù)Gompertz模型計(jì)算獲得的最大產(chǎn)氫速率分別是6.637 9、4.168 7、4.102 7 mL/h，最大累積產(chǎn)氫量和最大產(chǎn)氫速率的變化趨勢(shì)一致，都是底物濃度20 mg/mL的產(chǎn)氫系統(tǒng)最大.各濃度條件下，產(chǎn)氫延遲期的時(shí)間都在65～75 h之間，且相關(guān)系數(shù)R2均大于99%，說明Gompertz模型對(duì)光合產(chǎn)氫過程擬合的非常好.利用Gompertz模型擬合各參數(shù)獲得產(chǎn)氫速率的動(dòng)力學(xué)方程，繪制的產(chǎn)氫速率變化曲線如圖3所示.各底物濃度下，產(chǎn)氫速率都呈先增大后減小的趨勢(shì)，80 h以前底物濃度5 mg/mL的系統(tǒng)產(chǎn)氫速率最小，底物濃度10、20 mg/mL的系統(tǒng)產(chǎn)氫速率大于5 mg/mL的系統(tǒng)且兩者差別不大.80 h后，20 mg/mL系統(tǒng)的產(chǎn)氫速率繼續(xù)快速增高并于107 h達(dá)到最大，而底物濃度5 mg/mL和10 mg/mL的系統(tǒng)分別在95 h和101 h達(dá)到最高，且底物濃度20 mg/mL系統(tǒng)的最大產(chǎn)氫速率最高，即底物濃度較低，光合細(xì)菌對(duì)底物的消耗利用程度高，最大產(chǎn)氫速率出現(xiàn)的時(shí)間較早.

光合細(xì)菌累積產(chǎn)氫量和光合細(xì)菌生長(zhǎng)隨時(shí)間變化規(guī)律符合S形曲線[20]，而光合細(xì)菌產(chǎn)氫代謝過程中底物消耗規(guī)律為反S曲線.底物濃度為10 mg/mL的光合產(chǎn)氫系統(tǒng)，12～48 h光合細(xì)菌已經(jīng)進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，生物量增長(zhǎng)迅速.隨著生物量增加，系統(tǒng)內(nèi)的整體代謝活動(dòng)增強(qiáng)，底物葡萄糖濃度下降，且24～48 h葡萄糖濃度下降程度大于12～24 h.反應(yīng)12～48 h，光合細(xì)菌將葡萄糖底物從細(xì)胞外擴(kuò)散到細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)在氫酶的作用下代謝生成氫氣，但生物體內(nèi)代謝活動(dòng)轉(zhuǎn)化的能量主要用于光合細(xì)菌自身的生長(zhǎng)代謝作用，導(dǎo)致產(chǎn)氫體系已經(jīng)有氫氣的生成，但數(shù)量較少.葡萄糖消耗量主要集中在48～120 h，此時(shí)底物濃度降低程度最大，且光合細(xì)菌產(chǎn)氫速率較高，系統(tǒng)氫氣的生成主要在此時(shí)段，即光合細(xì)菌對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和穩(wěn)定期是底物消耗和氫氣生成的主要階段.120 h以后光合細(xì)菌生物量開始減少，底物葡萄糖大部分已經(jīng)被消耗分解，產(chǎn)氫速率下降，累積產(chǎn)氫量增加緩慢（圖4).圖4 發(fā)酵產(chǎn)氫動(dòng)力學(xué)過程對(duì)比分析

【參考文獻(xiàn)】：
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