Бас редактор Байжуманов М. К
жүктеу/скачать 9,41 Mb. Pdf көрінісі
|
pub2 167
| Salmonella sp., Еscherichia coli. К представителям облигатных анаэробов относят хорошо
распространенные бактерии Сlostridium, такие как C.lentocellum, C.paraputrificum, C.bifermentans, C.thermosuccinogenes, C.pasteurianum, C.thermolacticum, C.acetobutylicum [12]. Скорость генерирования водорода бактериями при темновой ферментации, во много раз превосходит такие результаты при применении зелёных микроводорослей и цианобактерий и может достичь до 400 мл/л·ч. Для большинства водородпродуцирующих бактерий характерно расщепление сахаров с образованием продукта – уксусной кислоты. Из одной молекулы ферментируемой гексозы расщепляется три молекулы ацетата. Расщепление глюкозы обычно начинается с её превращения в такие продукты как пируват и АТФ. Затем электроны с ферредоксина переноситься на NАD + или Н + , что способствует в последнем случае к выделению водорода [19]. Наибольший интерес представляет получение водорода с использованием бактерий Escherichia coli, выполняющая темновую ферментацию. Escherichia coli – хорошо изученная факультативная анаэробная, непатогенная бактерия. Она осуществляет в анаэробных условиях смешанную кислотную ферментацию углеводов, содержащиеся в различных растительных отходах [20]. В данном исследовании получены новые результаты для производства биоводорода, где применялись пивная дробина и послеспиртовая барда, их оптимизированные концентраций и различные виды предварительной обработки отходов. Пивная дробина была взята с Павлодарского пивоваренного завода (г. Павлодар), а после спиртовая барда была взята с Айдабульского спиртозавода (п. Зеренда, Акмолинская область). Для предварительной обработки пивной дробины или после спиртовой барды применяли кислотный гидролиз серной кислотой. рН предварительно отработанной среды доводили до 7,5 с помощью КОН и К 2 НРО 4 . В частности, пивную дробину или после спиртовую барду обрабатывали 1,5%-ной серной кислотой и автоклавировали при 121° C в течение 20 минут, в соответствии с методами изложенные в работах [21, 22]. Бактерии Escherichia coli были выращены в культурах в рабочем объеме 500 мл герметичных колб в условиях ферментации при 37 0 C. pH среды или внешний pH измеряли с помощью pH-метра с pH- электродом [23-25]. Специально подготовленные бактерии инокулировали в предварительно обработанную среду пивной дробины (BSG) или после спиртовой барды (DG). Далее подготовленный субстрат направили на этап анаэробного брожения. ISSN 1607-2774 Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университетінің хабаршысы № 4(92)2020 160 Результаты полученные с применением пивной дробины и после спиртовой бардой с 4% и 10% концентрациями в субстрате приведены в соответствии рисунками 1 и 2. Выделение H 2 определялся потенциометрическим методом с применением системы зондирования ОВП с использованием пары титан-силикат (Ti-Si) и платина ОВП-электродов, как изложено в работе [26]. Выход H 2 рассчитывали по снижению ОВП до низких отрицательных значений (≤-420 мВ) в жидкости и выражали в ммоль H 2 на 1 л питательной среды (ммоль H2 L-1131) [27-29]. Рисунок 1 − Кинетика производства водорода у дикого штамма E.coli выращенных в среде пивной дробины с 4 и 10 % концентрациями при 37 0 С Рисунок 2 – Кинетика производства водорода у дикого штамма E.coli выращенных в среде спиртовой барды с 4 и 10 % концентрациями при 37 0 С Согласно приведенных графиков видно, что продолжительность наблюдения биоконверсии субстратов с пивной дробиной и послеспиртовой бардой в условиях темновой ферментации длилось до 72 часов. Это обусловлено с получением и продолжительностью положительных результатов. В субстрате с пивной дробиной уже на третьем часу появился водород и присутствовал до следующего замера на шестом часу. А в субстрате с послеспиртовой бардой выделение водорода был достигнут на шестом часу и продолжался до 48 часа. В образцах, где pH был калиброван с помощью K 2 HPO 4 , не было обнаружено H 2 . В связи с этим, дальнейшие эксперименты проводились с использованием КОН. Указанные данные демонстрируют, что оптимизированные параметры позволили получить высокие результаты для производства биоводорода. Данные результаты показывают, что отходы пивной дробины и после спиртовой барды могут быть использованы E.coli для производства биоводорода. Кроме того, в зависимости от типа отходов скорость образования H 2 и время различаются. Полученные данные показывают возможность увеличения и продления получения H 2 за счет оптимизации внешних параметров, таких как предварительная обработка, pH среды и другие. Литература 1. Wood Ch, Rosentrater K., Muthukumarappan K., Gu Z. Quantification of physical and chemical properties, and identification of potentially valuable components from fuel ethanol process streams. Cereal Chem 2013;− 90:70e9. 2. Mussatto S. Brewers spent grain: a valuable feedstock for industrial aplications / Jour.Sci.Food Agric.94(2014)1264e1270. 3. Muthusamy N. Chemical composition of brewer spent grain. Intern.J.Sc.Environ.Techn. 3(2014) 2109e2112. 4. Shah A., Favaro L., L.Alibardi, Cagnin L., A.Sandon, Cosu R., S.Casella, M.Basaglia. Bacillus spа. strains to produсce biohydrogen from the organic fractionof municipal solid wastes. Apl.Energy 176(2016) 116e124. 5. Liu K. Chemical composition of distillers grains, review. J.Agr.Food Chem.2011;59:1508e26. 6 Lamb J., Austbo B. Current use of bioenergy and hydrogen. In.Hydr., Biomass and Bioenergy2020 Jan1(pp9-20). Acad.Press. 7 Dawood F., Anda M., Shafiullah G. Hydrogen production for energy: overview. Intern.Journ. of Hydrogen Energy. 2020 Feb7;45(7):3847-69. 8. Manish S, Banerjee R. Comparison of biohydrogen production processes. Intern. Journ. Hydrogen Energy2008; 33:279-86. 9. Садраддинова Э. Р. Скрининг микробных сообществпродуцентов био-водорода/Вестник био- технологии и физикохимической биологии имени Ю. Овчинникова. 2013 г. – Т9. – №2. – С. 43-51. 10. Василов Р.Г. Перспективы развитияя производства биотоплив в России. Cообщение:биогаз/Вестник био-технологии и физико-химической биологии имени Ю.Овчинникова. – 2007 г. – Т.3. – № 3. – С.54-61. ISSN 1607-2774 Вестник Государственного университета имени Шакарима города Семей № 4(92) 2020 161 11. Садраддинова Э. Влияние различных фактторов на эффективность процесса термофилной микробной конверсии органичеких отходов в биоводород / Вестник био-технологии и физикохимической биологии имени Ю.Овчинникова. 2013 г.-Т.9. – № 2 – С.52-62. 12. Никольская А. Каталитическиие системы получения водорода био-фотолизом воды: диссертация к.х.н.: Москва, 2012. – 169 с. 13. Pang J., Wang A., Zheng M., Zhang T. Hydrolysis of cellulose into glucose over carbons sulfonated at elevated temperatures. // Chem Commun. – 2010. − Vol. 46. − Р. 6935-6937. 14. Palkovits R., Tajvidi K., Procelewska J., Rinaldi R. and Ruppert A. Hydrogenolysis of cellulose combining mineral acids and hydrogenation сatalysts//Green Chem. 2010. Vol. 12. P. 972 – 978. 15. Palkovits R. Pentenoic acid pathways for cellulosic biofuels/Angew. Chem.Int.Ed. 2010. − Vol.49. − No. 26. − Р. 4336-4338. 16. Palkovits R., Tajvidi K., Procelewska J., Ruppert A. Efficient conversion of cellulose to sugar alcohols combining acid and hydrogenation catalysts//From Abstracts of Papers, 241st ACS National Meeting & Exposition, Anaheim C.A, United States, March 27-31, 2011, − CELL-240. 17. Садраддинова Э. Микробная переработка целлюлозосодержащего органического сырья в водород : дисс.к.б.н.: Москва, 2010. – 115 с. 18. Марков С. Био-водород; возможное использование водоррослей и бактерий для полученияя молекулярного водорода/Альтернативная энергетика и экология – 2007 г. – Т1. –№ 45. – С. 30-35. 19. Redwood M., Paterson-Bedle M., L.Macaskie. Integratting dark and light bio-hydrgen production strategiess:towards the hydrogen economy/ Reviews in Env. Sc. and Biotechnology– 2009. – V8. – № 2. – P.149-162. 20. Mirzoyan S., Toleugazykyzy A., Bekbayev K.S., Trchounian A.A., Trchounian K. Enhanced hydrogen gas production from mixture of beer spent grain and distiller's grain with glycerol by Es. coli. Intern. Journ. Hydrogen Energy 2020;45:17233-17240. 21. Poladyan A., Trchounian K., Vasilian A., A. Trchounian. Hydrogen production by Es. coli using brewery wastes: Optimal pretreatment of waste and role of diferent hydrogenase. Renew Energy 2018;115:931-6. 22. Mussatto S.I. Brewer's spent grains: a valuable fedstock for industrial aplications. Jor.Sci.Food Agriculture 2014;94:1264-75. 23. Trchounian K., Pinske C., Sawers R.G., Trchounian A.A. Characterization of Es.coli [Ni Fe]-hydrogenase distribtion during fermentative growth at diferent pH. Cell Biochem.Biophys.2012;62:433-40. 24. Trchounian K., Trchounian A.A. Es.coli hydrogen gas prodction from glycerol: efects of external formate.Renew Energy2015;83:345-51. 25. Trchounian K., Sanchez-Tores V., Wood T., Trchounian A. Es.coli hydrogenase activity and H 2 production under glycerol fermentation at low pH. Int.Jour. Hydrogen Energy2011;36:4323-31. 26. Neidhard F.C., Ingraham J., Schaechter M. Physiology of the Bacterial Cel:A Molecular Approach. Sunderland:Sinauer;1990 July 27. T.Maeda, V.Sanchez-Tores, T.Wood. Enhanced hydrogen production from gluccose by metabolicaly enginered E. coli. Appl.Microbiol. Biotech.2007;77:879-90. 28. Fernandez V. An electrochemical cel for reduction of biochemical:its aplication to the study of the efect pf pH and redox potential on the activity of hydrogenase. Analyt.Biochem1983;130:54–9. 29. Piskarev I., Ushkanov A., Aristova A., Likhachev P., Myslivets S.:Establishment of the redox potential of water saturated with hydrogen. Biophysics2010;55:13-7. ҚҰРАМЫНДА КӨМІРСУТЕГІ БАР ҚАЙТА ӨҢДЕЛГЕН АСТЫҚ ҚАЛДЫҚТАРЫНАН БИОСУТЕГІ АЛУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ К.С. Бекбаев, Б.С. Толысбаев, А. Төлеуғазықызы жүктеу/скачать 9,41 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|