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厌氧发酵生物制氢技术在处理废弃物的同时制取氢气,不仅能够实现废弃物资源化,又能降低产氢成本,是近年来环境保护和能源领域研究热点之一。获得高效产氢菌种,进行产氢影响因素的研究,对了解产氢菌种生理生化特性和提高产氢效率具有重要意义,也是解决厌氧发酵生物制氢工业化的基础。本研究利用改进的Hungate厌氧培养技术,从处理高浓度糖蜜废水的CSTR厌氧发酵制氢反应器中,分离获得一株高效产氢细菌,命名为YM-83。利用LM-1培养基进行间歇实验,连续培养30 h后获得最大单位体积产氢量为4,850 m L/L culture,比产氢率为1.94 mol H2/mol glucose。经过16S r DNA基因序列分析,结果显示该菌株与Clostridium butyricum JCM 7840基因序列同源性达100%,基于电镜扫描形态观察和系统进化分析,确定产氢菌株YM-83为丁酸梭菌(Clostridium butyricum)。通过间歇实验进行各种因素对丁酸梭菌YM-83生长产氢的影响研究,结果显示最适生长和产氢培养温度为35℃;最适生长和产氢初始p H为6.5;最适初始初始葡萄糖浓度为18 g/L;添加L-cys有利于丁酸梭菌YM-83的生长和发酵产氢,基于该菌株的比产氢率和经济性考虑,确定其最适产氢L-cys浓度为0.5 g/L;添加Mg Cl2·6H2O对丁酸梭菌YM-83发酵产氢能力有显著影响,最适生长和产氢的Mg Cl2·6H2O浓度为0.15 g/L;在三种铁元素类型中,对丁酸梭菌YM-83产氢的促进作用从大到小依次为Fe2+>Fe3+>Fe,且最适生长和产氢的Fe Cl2·7H2O浓度为0.2 g/L。确定各种因素对丁酸梭菌YM-83的影响后,选择最适培养条件进行间歇实验,连续培养36 h后获得最大单位体积产气量为9,168 m L/L culture,单位体积产氢量为5,360 m L/L culture,比产氢率为2.15 mol H2/mol glucose,最大细胞干重为1.04 g/L。产氢量与初筛时相比提高了1.11倍。在培养基初始p H为6.5和7.5的条件下,对丁酸梭菌YM-83进行间歇实验测其产氢量,并在30 h时收集菌体进行代谢组学的研究。根据代谢组学分析结果,初始p H 6.5和7.5对比下,共检测到106种差异代谢产物,其中,二甲尿酸和烟酸2种物质的含量显著下调;乳酸、D-核糖-5-磷酸、脯氨酸、组氨酸、鸟嘌呤核苷、十八烷基甘油和血清素等104种物质的含量显著上调。差异代谢物主要富集在谷胱甘肽代谢途径、碳代谢途径、ABC转运蛋白、半乳糖代谢途径、氨基酸的生物合成、果糖和甘露糖代谢途径、赖氨酸降解途径、生物膜的形成、乙醛酸和二羧酸的代谢途径以及甲烷代谢等。综上所述,不同培养基初始p H值对丁酸梭菌YM-83的产氢能力和代谢产生了显著的影响。