Temperature, a critical factor affe

Temperature, a critical factor affecting the activities of microorganism and conversion rate of fermentation products, is significantly linked to the economic benefit of hydrogen technology. The effect of temperature on hydrogen production was investigated in the present study in the range of 25–42 °C at pH 6.0, becauseV. tritonius strain AM2 is capable of growing at temperature between 15 and 40 °C [27]. At 37 °C, the bacterium showed maximum hydrogen yield. It is also confirmed that the hydrogen yields of the strain at 37 °C below and above pH 6.0 were significant lowered than that at pH 6.0 (unpublished data). Growth rate of the strain AM2 at 37 °C was likely to be higher than that at 30 °C, this may cause the higher speed of hydrogen production.
High salt concentrations inhibit H2 production by preventing cell activity [9], [22], [23], [24] and [25]. The molar yield and production rate of H2 by E. aerogenes (1.6 mol H2/mol mannitol at maximum) markedly decreased to 1.2 and 0.8 mol H2/mol mannitol under 2% and 3% (v/w) NaCl, respectively [23]. There are only a few reports on H2 production under marine conditions; one report focused on Bacillus sp. B2 [40]. It is widely accepted that Na+ concentration has a strong inhibitory effect on anaerobic processes including H2 production [25], [41] and [42]. More recently, Pierra et al. [25] reported the presence of a moderately halophilic biohydrogen producing microbial population in a saline sediment of a lagoon collecting salt factory wastewaters, and the majority of the population might consist of Vibrionaceae bacteria. The family of Vibrionaceae thus becomes a dominant species under moderate halophilic conditions and exhibits the highest hydrogen yields (0.9 mol H2/mol Glc) at the highest NaCl concentration of 75 g/L [25]. As these vibrios have not been isolated yet, we were not able to compare the biohydrogen producing ability of V. tritonius AM2 directly to the lagoon vibrios. Vibrios are becoming important H2 producers in halophilic conditions today. Surprisingly, the maximum molar yield of H2 of the V. tritonius strain AM2 was recorded with 1.7 mol H2/mol mannitol (initial 2.25% (w/v) NaCl) at pH 6 and 37 °C. To the best of our knowledge, the maximum molar yield of H2 produced by strain AM2 was higher than that of any other wild-type strains of facultative anaerobes under saline conditions. Unfortunately, the effects of NaCl concentration on H2production by strain AM2 are unlikely to be fully evaluated in this study. Under aerobic conditions, strain AM2 is capable of growth at 0.5–8% (w/v) NaCl range with the optimum growth at 3% (w/v) [27]. Thus, further studies on the effects of NaCl on H2 production by strain AM2 are both worthwhile and necessary. Marine bacteria including vibrios possessed a variety of systems to use Na+ gradient to maintain stoichiometry and to power the cells on the basis of the whole genome sequencing of this strain (unpublished data). To understand how salts affect hydrogen production in the vibrios cells, global transcriptome studies may provide further insights.
Formate is a precursor of H2 produced by FHL in most H2-producing facultative anaerobes. Formate is either excreted by the cell through the formate channel (FocA) or metabolised to CO2 and H2 by FHL in enterobacteria [29], [30], [31] and [32]. In strain AM2, the molar yields of H2 and formate showed opposite trends with changes in the pH of the medium (Fig. 2), and the sum of the molar yields of H2 and formate, which is nearly equal to that of total formate produced by PFL, was also stable at the pH range 6–7.5 (Table 1). The dependence of the production dynamics of H2 and formate on pH indicates that strain AM2 mainly used FHL and produced H2 by the oxidation of formate under slightly acidic conditions (pH 5.5 and 6.0).
The H2-producing pathway using mannitol is elucidated by determining the balance of fermentative products at various levels of pH in the medium. Mannitol, which is a reduced form of hexose, can generate more molecules of NADH during glycolysis than glucose [32]. Generally, excess reducing equivalents, such as NADH, are consumed by the production of lactate, succinate, ethanol and 2.3-butanediol[32] and [43]. In strain AM2, the molar yield of ethanol of mannitol-grown cells was greater than of glucose-grown cells, and the molar yield of acetate showed the opposite trend (Fig. 2 and Table 1). The shift in carbon flux from ethanol to acetate also suggests that the mannitol-grown AM2 cells might be a physiologically reduced state. The molar yields of H2 also showed trends similar to those of ethanol with changes in the pH of the medium (Fig. 2). In most facultative anaerobes, which use only the FHL pathway, NADH is unlikely to be used in H2 production [30] and [31]. However, the enhanced H2 yield of the mannitol-grown cells suggests that there might be some effects on H2 production due to changes in reducing equivalents and carbon flux when mannitol metabolism is used in the strain.
To understand carbon flux during H2 production, the sum of the H2 and formate yields was compared between glucose- and mannitol-grown cells at each pH of the medium. The sums of the H2 and formate yields from glucose were significantly lower than that from mannitol (P < 0.05) at pH 5.5, whereas there were no significant differences between the glucose- and mannitol-grown cells at pH 6.0–7.5. Such results suggest that the carbon flux of strain AM2 during glucose metabolism might be less efficient at pH 5.5 than under the other culture conditions examined. In other words, the consistently high total sum of yields of H2and formate for mannitol-grown cells might indicate efficient mannitol metabolism by strain AM2. However, the amounts of mannitol consumed were lower than the amounts of glucose consumed at pH 5.5 and 6. However, both substrates (5% (w/v)) were consumed completely at pH 6.5 and 7.5, when gas production stopped (data not shown). These results indicate that there was a difference in the efficiency between H2production and sugar consumption of mannitol-grown cells. Therefore, more detailed analysis must focus on the metabolic and genetic control and/or feedback to understand the entire mannitol metabolism of strain AM2.
To enhance the molar yield of H2, the carbon flux of the upstream pathway of formate and acetyl-CoA are important factors to be considered. Based on the fermentation pathway, in particular that described in E. coli, the disruption of lactate- and succinate-producing pathways enhances the molar yield of H2. Inactivation of both the ldhA gene (lactate dehydrogenase gene) and the frdBC gene (fumarate reductase gene) enhanced the molar yields of H2 from 1.08 to 1.82 mol H2/mol glucose in E. coli [35] and [36]. The molar yield of lactate produced from pyruvate was remarkably low at all pH levels examined for strain AM2 (Table 1). Although succinate production could not be measured here (though the production was recently determined to be tiny (below 0.1 mol/mol sugar)), strain AM2 shows good capability in not wasting excess reducing equivalents through lactate and succinate.
Finally, we succeeded in achieving practical H2 production from powdered seaweed feedstock using a jar fermenter under pre-optimised culture conditions (Fig. 3). Our batch culture experiments demonstrate the advantages of strain AM2 as a high-yield H2 producer from mannitol, which is the primary reserve compound of brown macroalgae under saline conditions. The batch culture experiment was carried out in a 5 L jar fermenter, with 3 L marine broth added to 300 g powdered brown macroalgae (S. sculpera) at 31.1% (w/w). After 72 h of cultivation, all mannitol present in the seaweed feedstock was consumed ( Fig. 3). The results show that the use of seaweed feedstock for fermentation can be realised by simple pre-treatment, such as pulverisation. When seaweed feedstock was used as a substrate, the molar yields of H2 and ethanol could not be compared directly to the values observed in the in vitro culture with pure mannitol as a substrate, in which strain AM2 achieved 80% of the theoretical molar yield of H2 by facultative anaerobes. The gap in yields might be caused by scale-up of the working volume (data not shown) or by fermentation inhibition due to various compounds contained in seaweed feedstock.
These batch culture experiments also reveal two further challenges to H2 production from seaweed feedstock using strain AM2. One is the rather low H2 production rate of strain AM2 compared to those of enterobacteria such as E. coli [32] and E. aerogenes [23] and [37]. Improvement of the efficient culture method needs to be in order to increase the H2 productivity. Tanisho [23] reported that the molar yield and production rate of H2 in continuous culture are generally higher than in batch culture when the same strain is used. Designing gene-disrupted strains or the overexpression of genes responsible for H2 production are also effective strategies [35] and [36]. Therefore, the establishment of a continuous culture system is essential for technical advances. The other challenge is the further treatment of the residual organic fraction after fermentation of powdered seaweed, which contains mainly alginate, a component not consumed by strain AM2. Recently, we found that strain AM2 was capable of converting formate directly to bioH2 (unpublished data). Therefore, we need to increase H2 productivity in both the development of efficient utilization system of the residual fractions and the metabolic engineering of strain AM2.
Conclusions
There is still a lack of literature on hydrogen production from marine bacteria. In an attempt to fill the gap, hydrogen production by a marine derived bacterial strain was investigated with the concurrent objectives of optimising culture condition which produce the most H2. Metabolically versatile Vibrionaceae spp. [26]. are phylogenetically related to Enterobacteriaceae

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

อย่างมีนัยสำคัญสัมพันธ์อุณหภูมิ ปัจจัยสำคัญที่ส่งผลกระทบต่อกิจกรรมของจุลินทรีย์และการแปลงอัตราหมักผลิตภัณฑ์ เพื่อประโยชน์ทางเศรษฐกิจของเทคโนโลยีไฮโดรเจน ผลของอุณหภูมิในการผลิตไฮโดรเจนถูกตรวจสอบในการศึกษาอยู่ในช่วง 25 – 42 องศาเซลเซียสที่ pH 6.0, becauseV ต้องใช้ tritonius AM2 มีความสามารถในการเติบโตที่อุณหภูมิระหว่าง 15 และ 40 ° C [27] แบคทีเรียพบว่าผลผลิตไฮโดรเจนสูงสุดที่ 37 ° C มันยังจะยืนยันว่า ไฮโดรเจนก่อให้เกิดของพันธุ์ที่ 37 ° C ด้านล่าง และด้านบนค่า pH 6.0 สำคัญลดลงกว่าที่ pH 6.0 (ยกเลิกการประกาศข้อมูล) อัตราการเติบโตของพันธุ์ AM2 ที่ 37 ° C มีแนวโน้มที่จะสูงกว่าที่ 30 องศา C ซึ่งอาจทำให้ความเร็วสูงของไฮโดรเจนผลิต
ความเข้มข้นเกลือสูงยับยั้งการผลิต H2 โดยป้องกันเซลล์กิจกรรม [9], [22], [23], [24] [25] และ สบผลตอบแทนและการผลิตอัตราของ H2 โดย E. aerogenes (1.6 โมล H2/โมล mannitol ที่สูงสุด) อย่างเด่นชัดลดไป 1.2 และ 0.8 โมล H2/โมล mannitol ภายใต้ 2% และ 3% (v/w) NaCl ตามลำดับ [23] มีเพียงบางรายงานในการผลิต H2 ภายใต้เงื่อนไขทางทะเล รายงานหนึ่งเน้นคัด sp. B2 [40] มันเป็นที่ยอมรับกันว่า นาสมาธิมีผลลิปกลอสไขแข็งแรงกระบวนการไม่ใช้ออกซิเจนรวมทั้งผลิต H2 [25], [41] [42] และ เมื่อเร็ว ๆ นี้ Pierra et al [25] รายงานสถานะการออนไลน์ของ biohydrogen ปานกลางชอบเกลือที่ผลิตประชากรจุลินทรีย์ในตะกอน saline ลากูนที่รวบรวมโรงงานเกลือ wastewaters และ Vibrionaceae แบคทีเรียอาจประกอบด้วยส่วนใหญ่ของประชากร ครอบครัวของ Vibrionaceae จึงกลายเป็น พันธุ์หลักภายใต้เงื่อนไขที่ชอบเกลือปานกลาง และจัดแสดงผลผลิตไฮโดรเจนสูงสุด (09 โมล H2/โมล Glc) ที่ความเข้มข้น NaCl สูงสุดของ 75 g/L [25] เป็น vibrios เหล่านี้ไม่ได้แยกยัง เราไม่สามารถเปรียบเทียบ biohydrogen ผลิตความสามารถของ V. tritonius AM2 กับ vibrios ทะเลสาบโดยตรง Vibrios กลายเป็น H2 ผู้ผลิตที่สำคัญชอบเกลือในวันนี้ จู่ ๆ จากสูงสุดสบผลตอบแทนของ H2 ของพันธุ์ tritonius V. AM2 บันทึก 17 โมล H2/โมล mannitol (เริ่มต้น 2.25% (w/v) NaCl) ที่ pH 6 และ 37 องศาเซลเซียส กับความรู้ของเรา ผลผลิตสบสูงสุดของ H2 ที่ผลิต โดยต้องใช้ AM2 ได้สูงกว่าที่ใด ๆ อื่น ๆ ป่าชนิดสายพันธุ์ของ facultative anaerobes ภายใต้เงื่อนไข saline อับ ผลของความเข้มข้น NaCl ใน H2production โดยต้องใช้ AM2 ได้น่าจะมีประเมินทั้งหมดในการศึกษานี้ ภายใต้เงื่อนไขแอโรบิก ต้องใช้ AM2 จะสามารถเจริญเติบโต 0.5-8% (w/v) NaCl ช่วงกับการเติบโตสูงสุด 3% (w/v) [27] ดังนั้น เพิ่มเติมการศึกษาผลกระทบของ NaCl ในผลิต H2 โดยต้องใช้ AM2 ได้คุ้มค่า และจำเป็น แบคทีเรียทะเลรวมถึง vibrios ต้องมีความหลากหลายของระบบการใช้การไล่ระดับสีนาเพื่อรักษา stoichiometry และพลังเซลล์ตามลำดับทั้งจีโนมของนี้ต้องใช้ (ยกเลิกประกาศข้อมูล) เข้าใจว่าเกลือมีผลต่อการผลิตไฮโดรเจนในเซลล์ vibrios, transcriptome ส่วนกลางอาจมีการศึกษาเพิ่มเติมความเข้าใจได้
รูปแบบเอกสารเป็นสารตั้งต้นของ H2 ที่ผลิตในส่วนใหญ่ผลิต H2 facultative anaerobes FHL รูปแบบเอกสาร excreted จากเซลล์ผ่านช่องรูปแบบเอกสาร (FocA) หรือ metabolised CO2 และ H2 โดย FHL ใน enterobacteria [29], [30], [31] [32] ต้องใช้ AM2 อัตราผลตอบแทนสบของ H2 และรูปแบบเอกสารแสดงตรงกันข้ามกับการเปลี่ยนแปลง pH ปานกลาง (Fig. 2), และยังมีผลรวมของอัตราผลตอบแทนสบของ H2 และรูปแบบเอกสาร ซึ่งเกือบเท่ากับที่รูปแบบเอกสารทั้งหมดที่ผลิต โดย PFL เสถียรภาพในช่วงค่า pH 6 – 7.5 (ตารางที่ 1) การพึ่งพาของแปลงผลิต H2 และรูปแบบเอกสารในค่า pH บ่งชี้ว่า ต้องใช้ AM2 ใช้ FHL และผลิต H2 เกิดออกซิเดชันของรูปแบบเอกสารภายใต้เงื่อนไขเปรี้ยวเล็กน้อย (pH 5.5 และ 6.0) ส่วนใหญ่
ทางเดินการผลิต H2 ที่ใช้ mannitol เป็น elucidated โดยกำหนดยอดดุลของผลิตภัณฑ์ fermentative ในระดับของค่า pH ในสื่อต่าง ๆ Mannitol ซึ่งเป็นแบบที่ลดลงของเฮกโซส สามารถสร้างเพิ่มเติมโมเลกุลของ NADH ใน glycolysis กว่ากลูโคส [32] ส่วนเกินลดลงเทียบเท่า เช่น NADH ทั่วไป ถูกใช้ โดยการผลิต lactate, succinate เอทานอล และ 23-butanediol [32] และ [43] ในต้องใช้ AM2 ผลผลิตสบของเอทานอลของ mannitol โตเซลล์ถูกมากกว่าโตน้ำตาลในเซลล์ และผลตอบแทนสบของ acetate พบแนวโน้มตรงกันข้าม (Fig. 2 และตารางที่ 1) กะในฟลักซ์คาร์บอนจากเอทานอลเพื่อ acetate ยังชี้ให้เห็นว่า เซลล์ AM2 mannitol โตอาจรัฐ physiologically ลดลง อัตราผลตอบแทนสบของ H2 ยังพบแนวโน้มใกล้เคียงกับเอทานอลกับการเปลี่ยนแปลงใน pH ปานกลาง (Fig. 2) ในที่สุด facultative anaerobes ซึ่งใช้เฉพาะทางเดิน FHL, NADH ไม่น่าที่จะใช้ในการผลิต H2 [30] [31] อย่างไรก็ตาม ผลผลิต H2 พิเศษของเซลล์เติบโต mannitol แนะนำว่า อาจมีบางผลผลิต H2 เนื่องจากเปลี่ยนแปลงลดลงเทียบเท่าและฟลักซ์คาร์บอนเมื่อเผาผลาญ mannitol ในต้องใช้
เข้าใจฟลักซ์คาร์บอนในระหว่างการผลิต H2 ผลรวมของผลผลิต H2 และรูปแบบเอกสารถูกเปรียบเทียบระหว่างเซลล์โตกลูโคส และ mannitol ที่ pH แต่ละสื่อ ผลรวมของผลผลิต H2 และรูปแบบเอกสารจากกลูโคสได้ต่ำกว่าที่จาก mannitol (P < 0.05) ที่ pH 5.5 ในขณะที่มีไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการกลูโคส และ mannitol-โต เซลล์ที่ค่า pH 6.0 – 7.5 ผลลัพธ์ดังกล่าวแนะนำว่า ฟลักซ์คาร์บอนของต้องใช้ AM2 ในระหว่างการเผาผลาญน้ำตาลกลูโคสอาจมีประสิทธิภาพน้อยกว่าที่ pH มากกว่า 5.5 ภายใต้วัฒนธรรมเงื่อนไขอื่นตรวจสอบ ในคำอื่น ๆ ผลรวมสูงอย่างสม่ำเสมอของผลผลิตของรูปแบบเอกสาร H2and สำหรับเซลล์โต mannitol อาจบ่งชี้ประสิทธิภาพ mannitol เมแทบอลิซึม โดยต้องใช้ AM2 อย่างไรก็ตาม จำนวนของ mannitol ที่ใช้ได้ต่ำกว่าจำนวนกลูโคสใช้ที่ pH 5.5 และ 6 อย่างไรก็ตาม ทั้งพื้นผิว (5% (w/v) ใช้ทั้งหมดที่ pH 6.5 และ 7.5 เมื่อแก๊สหยุด (ข้อมูลไม่แสดง) ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่า มีความแตกต่างในประสิทธิภาพระหว่างการใช้ mannitol โตเซลล์ H2production และน้ำตาล ดังนั้น การวิเคราะห์รายละเอียดเพิ่มเติมต้องเน้นควบคุมการเผาผลาญ และพันธุกรรมหรือคำติชมเพื่อเผาผลาญ mannitol ทั้งหมดต้องใช้ AM2 เข้าใจ
เพื่อเพิ่มผลผลิตสบของ H2 ฟลักซ์คาร์บอนของทางเดินขั้นต้นน้ำรูปแบบเอกสารและ acetyl-CoA เป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณา ตามทางเดินของหมักดอง โดยเฉพาะ ที่อธิบายไว้ใน E. coli ผลิต lactate และ succinate หลักทรัพยที่ช่วยเพิ่มผลผลิตสบของ H2 ยกเลิกการเรียก ldhA ยีน (ยีน lactate dehydrogenase) และยีน frdBC (ยีน reductase fumarate) ปรับปรุงการผลผลิตสบของ H2 จาก 1.08 กับ 1.82 โมล H2/โมล กลูโคสใน E. coli [35] [36] ผลตอบแทนสบของ lactate ที่ผลิตจาก pyruvate ทแบบต่ำทุกระดับ pH ตรวจสอบสำหรับต้องใช้ AM2 (ตารางที่ 1) แม้ว่าการผลิต succinate สามารถไม่วัดที่นี่ (แม้ว่าการผลิตล่าสุดกำหนดให้เป็นขนาดเล็ก (ต่ำกว่า 0.1 โมล/โมลน้ำตาล)) ต้องใช้ AM2 แสดงความสามารถที่ดีในการไม่สูญเสียเทียบเท่าการลดส่วนเกินผ่าน lactate และ succinate
สุดท้าย เราประสบความสำเร็จในการบรรลุปฏิบัติ H2 ผลิตจากวัตถุดิบผงสาหร่ายใช้ fermenter ขวดภายใต้สภาพวัฒนธรรมก่อนบวม (Fig. 3) ของเราชุดวัฒนธรรมทดลองแสดงให้เห็นถึงข้อดีของต้องใช้ AM2 เป็นโปรดิวเซอร์ H2 ผลตอบแทนสูงจาก mannitol ซึ่งเป็นสำรองหลักผสมของน้ำตาล macroalgae saline สภาวะ ชุดวัฒนธรรมทดลองถูกดำเนินการใน fermenter ขวดที่ 5 L มีซุปทะเล 3 L เพิ่ม 300 กรัมผงน้ำตาล macroalgae (S. sculpera) 31 1 ล้าน% (w/w) หลังจาก h 72 ของการเพาะปลูก ใช้ mannitol ในวัตถุดิบสาหร่ายทั้งหมด (Fig. 3) ผลลัพธ์แสดงว่า การใช้วัตถุดิบสาหร่ายหมักสามารถได้เองก็ยังคิดเรื่องบำบัดก่อน เช่น pulverisation โดย เมื่อวัตถุดิบสาหร่ายถูกใช้เป็นพื้นผิวการ ผลผลิตสบของ H2 และเอทานอลอาจจะเปรียบเทียบโดยตรงกับค่าที่พบในการเพาะกับ mannitol บริสุทธิ์เป็นพื้นผิว ต้องใช้ AM2 ทำได้ 80% ของการทฤษฎีสบผลตอบแทนของ H2 โดย facultative anaerobes ไม่ อาจเกิดช่องว่างในผลผลิต โดย สายขนาดของไดรฟ์ข้อมูลที่ทำงาน (ข้อมูลไม่แสดง) หรือยับยั้งการหมักเนื่องจากสารประกอบต่าง ๆ ที่มีอยู่ในสาหร่ายวัตถุดิบ
ทดลองวัฒนธรรมชุดเหล่านี้เปิดเผย 2 ความท้าทายต่อไปยังการผลิต H2 จากสาหร่ายวัตถุดิบที่ใช้ต้องใช้ AM2 ได้ คืออัตราการผลิต H2 ค่อนข้างต่ำของต้องใช้ AM2 เปรียบเทียบ enterobacteria เช่นอี coli [32] และ E. aerogenes [23] และ [37] ปรับปรุงวิธีวัฒนธรรมมีประสิทธิภาพจำเป็นต้องการ เพิ่มผลผลิต H2 Tanisho [23] รายงานสบผลตอบแทนและอัตราการผลิตของ H2 ในวัฒนธรรมอย่างต่อเนื่องใช้โดยทั่วไปสูงกว่าในชุดวัฒนธรรมเมื่อใช้สายพันธุ์เดียวกัน ออกแบบสายพันธุ์ยีนระหว่างสองวันหรือ overexpression ของยีนผลิต H2 ได้ยังมีประสิทธิภาพกลยุทธ์ [35] และ [36] ดังนั้น การจัดตั้งระบบวัฒนธรรมอย่างต่อเนื่องเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความก้าวหน้าทางเทคนิค ความท้าทายคือ การรักษาเพิ่มเติมของเศษอินทรีย์ส่วนที่เหลือหลังจากหมักสาหร่ายผง ซึ่งประกอบด้วยส่วนใหญ่แอลจิเนต ส่วนประกอบที่ไม่ใช้ต้องใช้ AM2 เพิ่ง เราค้นพบนั้นต้องใช้ AM2 มีความสามารถในการแปลงรูปแบบเอกสารโดยตรงไปยัง bioH2 (ยกเลิกประกาศข้อมูล) ดังนั้น เราจำเป็นต้องเพิ่มผลผลิต H2 ในทั้งการพัฒนาระบบมีประสิทธิภาพการใช้ประโยชน์ของเศษเหลือและวิศวกรรมการเผาผลาญของต้องใช้ AM2
บทสรุป
ยังมีการขาดของวรรณกรรมในการผลิตไฮโดรเจนจากแบคทีเรียทะเล ในความพยายามที่จะเติมช่องว่าง ผลิตไฮโดรเจน โดยทางทะเลต้องใช้แบคทีเรียมาถูกตรวจสอบกับวัตถุประสงค์พร้อมกันของสภาพวัฒนธรรม optimising ที่ผลิต H2 ส่วนใหญ่ โอ Vibrionaceae metabolically อเนกประสงค์ [26] phylogenetically เกี่ยวข้องกับ Enterobacteriaceae

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

อุณหภูมิวิกฤต ปัจจัยที่มีผลต่อกิจกรรมของจุลินทรีย์และอัตราการแปลงของผลิตภัณฑ์หมัก ที่มีความเชื่อมโยงกับผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจของไฮโดรเจนเทคโนโลยี ผลของอุณหภูมิต่อการผลิตไฮโดรเจนถูกใช้ในการศึกษาในช่วง 25 – 42 ° C ที่ pH 6.0 becausev .tritonius สายพันธุ์แบบสามารถเติบโตในอุณหภูมิระหว่าง 15 และ 40 ° C [ 27 ] ที่ 37 ° C สามารถให้ผลได้ไฮโดรเจนสูงสุด ก็ยังยืนยันว่า ไฮโดรเจนผลผลิตของสายพันธุ์ที่ 37 ° C ด้านล่างและด้านบนที่ pH 6.0 อย่างมีนัยสำคัญลดลงมากกว่าที่ pH 6.0 ( ข้อมูลเผยแพร่ ) อัตราการเติบโตของสายพันธุ์แบบที่ 37 ° C อาจจะสูงกว่า 30 องศา Cนี้อาจทำให้ความเร็วสูงของการผลิตไฮโดรเจน
ความเข้มข้นเกลือสูงยับยั้งการผลิตเซลล์ H2 โดยการป้องกันกิจกรรม [ 9 ] , [ 22 ] [ 23 ] , [ 24 ] และ [ 25 ] ฟันกรามซี่ผลผลิตและอัตราการผลิต H2 โดย aerogenes ( 1.6 โมล / โมล แต่แมนนิทอลสูงสุด ) ลดลง 1.2 ร้อยละ 0.8 โมล / โมล แต่แมนนิทอลภายใต้ 2 % และ 3 % ( v / w ) โซเดียมคลอไรด์ ตามลำดับ [ 23 ]มีเพียงไม่กี่รายงาน H2 การผลิตภายใต้เงื่อนไขทางทะเล ; รายงานมุ่งเน้นใน Bacillus sp . B2 [ 40 ] เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่า สมาธิมีผลนาแข็งแรงยับยั้งกระบวนการ anaerobic รวม H2 การผลิต [ 25 ] , [ 41 ] และ [ 42 ] เมื่อเร็วๆ นี้ pierra et al .[ 25 ] รายงานสถานะของเอนไซม์การผลิตไบโอไฮโดรเจนในประชากรจุลินทรีย์ในดินตะกอนของเกลือทะเลสาบเก็บเกลือน้ำทิ้งโรงงาน และส่วนใหญ่ของประชากรที่อาจประกอบด้วยวิบริโ าซีแบคทีเรีย ครอบครัวของวิบริโ าซีจึงเป็นชนิดเด่นภายใต้เงื่อนไขที่ชอบเค็มปานกลาง และการจัดแสดงผลผลิตสูงสุดไฮโดรเจน ( 09 โมล / โมล แต่ glc ) ที่ความเข้มข้นของเกลือสูง 75 g / l [ 25 ] เป็นสายพันธุ์เหล่านี้ไม่ได้ แต่เราไม่สามารถที่จะเปรียบเทียบความสามารถในการผลิตไบโอไฮโดรเจน ( tritonius แบบตรงทะเลสาบสายพันธุ์ . สายพันธุ์กลายที่สำคัญราคาผู้ผลิตในเงื่อนไขชั่นวันนี้ จู่ ๆ สูงสุดโดยผลผลิตของ H2 ของโวลต์ tritonius แบบสายพันธุ์ที่บันทึกด้วย 17 H2 / โมลโมลแมนนิทอล ( เริ่มต้น 2.25 % ( w / v ) NaCl ) ที่ pH 6 และ 37 ° C เพื่อที่ดีที่สุดของความรู้ของเราสูงสุดโดยผลผลิตของ H2 ที่ผลิตโดยสายพันธุ์แบบสูงกว่าของใด ๆของสายพันธุ์อื่น ๆของหลักวิชาภายใต้เงื่อนไขอยเกลือ แต่น่าเสียดายที่ผลของความเข้มข้นของเกลือในการ h2production แบบไม่น่าจะครบ ประเมินผลการศึกษาภายใต้สภาวะแอโรบิก , แบบเมื่อยสามารถเติบโตที่ 0.5 – 8 % ( w / v ) เกลือช่วงกับเติบโตสูงสุดอยู่ที่ 3% ( w / v ) [ 27 ] ดังนั้น การศึกษาเกี่ยวกับผลกระทบของเกลือโซเดียมคลอไรด์ในการผลิตโดยมีทั้งสายพันธุ์ H2 แบบคุ้มค่าและจำเป็นแบคทีเรียทะเลรวมทั้งสายพันธุ์ที่มีความหลากหลายของระบบการใช้นาเพื่อรักษาสารและพลังงานเซลล์บนพื้นฐานของพันธุกรรมทั้งลำดับของสายพันธุ์นี้ ( ข้อมูลเผยแพร่ ) เข้าใจว่าเกลือมีผลต่อการผลิตก๊าซไฮโดรเจนในสายพันธุ์เซลล์ , การศึกษา ทราน ริปโตมทั่วโลกอาจให้ข้อมูลเชิงลึกเพิ่มเติม .
รูปแบบเป็นสารตั้งต้นของแกนนำสุขภาพประจำครอบครัวใน H2 H2 ที่ผลิตโดยส่วนใหญ่การผลิตอยหลักวิชา . รูปแบบ คือ ให้ขับออกมาจากเซลล์ผ่านช่องทางรูปแบบ ( โฟคา ) หรือ metabolised เพื่อ CO2 และ H2 โดยแกนนำสุขภาพประจำครอบครัวในเทอโรแบคทีเรีย [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] และ [ 32 ] ในแบบเมื่อยกรามของผลผลิต และแสดงแนวโน้ม H2 รูปแบบตรงข้ามกับการเปลี่ยนแปลง pH ของอาหาร ( รูปที่ 2 )และผลรวมของผลผลิตโดย H2 และ รูปแบบ ซึ่งเกือบเท่ากับ รูปแบบทั้งหมดที่ผลิตโดย pfl ก็มีเสถียรภาพที่ระดับ pH 6 และ 7.5 ( ตารางที่ 1 ) การพึ่งพาของการผลิตพลวัตของ H2 และรูปแบบบน pH พบว่าสายพันธุ์ส่วนใหญ่ใช้แบบแกนนำสุขภาพประจำครอบครัว และผลิต H2 โดยออกซิเดชันของรูปแบบภายใต้เงื่อนไขที่เป็นกรดเล็กน้อย ( pH 5.5 และ 6.0 )
.ที่ผลิตโดยใช้ mannitol คือทางเดินกว้างมาก โดยกำหนดความสมดุลของผลิตภัณฑ์วิศวกรรมเคมี ระดับต่างๆของ pH ในระดับปานกลาง แมนนิทอล ซึ่งเป็นรูปของเฮกโซสลดลง สามารถสร้างโมเลกุลของแอมโมเนียในช่วงไกลโคลิซิสมากกว่ากลูโคส [ 32 ] โดยทั่วไปแล้ว การลดส่วนเกิน เช่น แอมโมเนีย จะบริโภคโดยการผลิตแลคซิ , เอทานอล และ 2 .3-butanediol [ 32 ] และ [ 43 ] ในแบบสายพันธุ์ผลผลิตเอทานอลของ mannitol โดยปลูกเซลล์ได้มากขึ้นกว่าของกลูโคสที่ปลูกเซลล์และผลผลิตโดยโมลของอะซิเตตพบแนวโน้มตรงข้าม ( รูปที่ 2 และตารางที่ 1 ) การเปลี่ยนแปลงในคาร์บอนเตตฟลักซ์จากเอทานอลยังชี้ให้เห็นว่า แมนนิทอลโตแบบเซลล์อาจเป็นเราลดสถานะผลิตโมล H2 ยังพบแนวโน้มคล้ายกับบรรดาของเอทานอลที่มีการเปลี่ยนแปลง pH ของอาหารเลี้ยงเชื้อ ( รูปที่ 2 ) ในหลักวิชาอยที่สุด ซึ่งใช้เฉพาะแกนนำสุขภาพประจำครอบครัววิถีการไม่น่าจะใช้ H2 การผลิต [ 30 ] และ [ 31 ] อย่างไรก็ตามเพิ่มราคาผลผลิตของแมนนิทอลโตเซลล์แสดงให้เห็นว่ามันอาจจะมีผลกระทบต่อการผลิต แต่เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงในการลดและเผาผลาญคาร์บอนเทียบเท่าฟลักซ์เมื่อแมนนิทอลใช้ในสายพันธุ์
เข้าใจคาร์บอนไหลในระหว่างการผลิต H2 , ผลรวมของ H2 และ รูปแบบผลตอบแทนเปรียบเทียบระหว่างกลูโคสและแมนนิทอลโตเซลล์แต่ละคน ของกลางผลรวมของราคาและผลผลิต รูปแบบจากกลูโคสอย่างมีนัยสำคัญต่ำกว่าที่ 5 อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ ( p < 0.05 ) ที่ pH 5.5 , ในขณะที่ไม่พบความแตกต่างระหว่างกลูโคสและ mannitol ที่ปลูกเซลล์ที่ pH 6.0 - 7.5 . ผลดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าคาร์บอนแบบฟลักซ์ของสายพันธุ์ในการเผาผลาญกลูโคสอาจมีประสิทธิภาพน้อยกว่าที่ pH 5.5 กว่าภายใต้สภาพการเลี้ยงอื่น ๆตรวจสอบในคำอื่น ๆสูงอย่างต่อเนื่องรวมผลรวมของผลผลิตของรูปแบบสำหรับ h2and แมนนิทอลโตเซลล์อาจบ่งชี้ประสิทธิภาพการเผาผลาญโดยแบบ 5 สายพันธุ์ อย่างไรก็ตาม ปริมาณ mannitol บริโภคน้อยกว่าปริมาณของกลูโคสบริโภคที่ pH 5.5 และ 6 . อย่างไรก็ตาม ทั้งแผ่น ( 5% ( w / v ) ถูกใช้อย่างสมบูรณ์ที่พีเอช 6.5 และ 7.5 เมื่อการผลิตก๊าซหยุด ( ข้อมูลไม่แสดง )ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่า มีความแตกต่างในประสิทธิภาพระหว่าง h2production และการบริโภคน้ำตาลแมนนิทอลโตเซลล์ ดังนั้น การวิเคราะห์รายละเอียดเพิ่มเติมต้องมุ่งเน้นการเผาผลาญและพันธุกรรมควบคุมและ / หรือข้อเสนอแนะเพื่อเข้าใจทั้งหมด 5 การเผาผลาญของสายพันธุ์แบบ .
เพื่อเพิ่มผลผลิตโดย H2 ,คาร์บอนไหลทางต้นน้ำของรูปแบบเอกสาร COA และ อะเป็นปัจจัยที่สำคัญที่จะได้รับการพิจารณา ขึ้นอยู่กับการหมักทางเดิน , โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อธิบายไว้ใน E . coli , การหยุดชะงักของแลคเตท และผลิตเซลล์ Succinate เพิ่มผลผลิตโดย H2 .เมื่อทั้ง ldha ยีน ( lactate dehydrogenase ยีน ) และ frdbc ยีน ( ฟูมาเรตเตสยีน ) เพิ่มผลผลิตโดย H2 จาก 1.08 ถึง 1.82 โมล / โมลกลูโคสแต่ใน E . coli [ 35 ] และ [ 36 ] ผลิตโมลี่ผลิตจากไพรูเวตต่ำมากที่ระดับ pH ตรวจแบบเมื่อย ( ตารางที่ 1 )แม้ว่าการผลิต Succinate ไม่สามารถวัดที่นี่ ( แม้ว่าการผลิตเพิ่งตัดสินใจจะเล็ก ( ต่ำกว่า 0.1 โมล / โมล น้ำตาล ) ) , แบบแสดงความสามารถในสายพันธุ์ดี ไม่สิ้นเปลืองลดเทียบเท่าผ่านแลคซิ
ในที่สุด และเกินเราประสบความสำเร็จในขบวนการผลิต H2 ในทางปฏิบัติจากวัตถุดิบผงสาหร่ายทะเลใช้โถถังหมักภายใต้สภาพการเลี้ยงก่อน - ( รูปที่ 3 ) การทดลองเพาะชุดของเราแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ของสายพันธุ์ที่ให้ผลตอบแทนสูงแบบ H2 ผู้ผลิตจากแมนนิทอลซึ่งเป็นหลักในสารประกอบของน้ำตาล ( ภายใต้เงื่อนไขเปลี่ยนชุดวัฒนธรรมการทดลองในถังหมัก 5 ลิตร ขวด กับ 3 ลิตรมารีนซุปเพิ่ม 300 กรัมผงสีน้ำตาล ( ( S . sculpera ) ที่ 31.1 % ( w / w ) หลังจาก 72 ชั่วโมงของการปลูก , แมนนิทอลที่มีอยู่ในสาหร่ายวัตถุดิบถูกบริโภค ( รูปที่ 3 ) ผลที่ได้แสดงให้เห็นว่าการใช้วัตถุดิบสาหร่ายทะเลสำหรับการหมักที่สามารถตระหนักโดยและง่าย เช่น pulverisation .เมื่อสาหร่ายถูกใช้เป็นวัตถุดิบตั้งต้น ผลผลิต ฟันกรามของ H2 และเอทานอลไม่สามารถเปรียบเทียบโดยตรงกับค่าสังเกตในการเพาะ บริสุทธิ์ แมนนิทอลเป็นสารตั้งต้น ซึ่งความเครียดแบบบรรลุ 80% ของผลผลิตโดยทฤษฎีของ H2 ด้วยหลักวิชาอย .ช่องว่างผลผลิตอาจเกิดจากระดับของปริมาณงาน ( ข้อมูลไม่แสดง ) หรือจากการหมักสารเนื่องจากสารประกอบต่างๆที่มีอยู่ในวัตถุดิบสาหร่าย
การทดลองชุดเหล่านี้ยังเปิดเผยวัฒนธรรมความท้าทาย 2 H2 ผลิตจากวัตถุดิบสาหร่ายใช้แบบเครียด หนึ่งคือค่อนข้างต่ำแต่อัตราการผลิตแบบสายพันธุ์เปรียบเทียบกับของเทอโรแบคทีเรียเช่น E[ 32 ] และ E . coli aerogenes [ 23 ] และ [ 37 ] การปรับปรุงวัฒนธรรมวิธีที่มีประสิทธิภาพจะต้องมีเพื่อที่จะเพิ่มราคาผลผลิต tanisho [ 23 ] รายงานว่าผลผลิตฟันกรามและอัตราการผลิต H2 ในวัฒนธรรมอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปจะสูงกว่าในวัฒนธรรมชุดเมื่อสายพันธุ์เดียวกันคือใช้การออกแบบยีนกระจัดกระจาย สายพันธุ์ หรือ overexpression ของยีนที่รับผิดชอบในการผลิต แต่ยังมีประสิทธิภาพกลยุทธ์ [ 35 ] และ [ 36 ] ดังนั้นการจัดตั้งระบบวัฒนธรรมที่ต่อเนื่องเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความก้าวหน้าทางด้านเทคนิค ความท้าทายอื่น ๆ คือ การรักษาต่อไปของเศษอินทรีย์ตกค้างหลังจากการหมักผงสาหร่ายทะเล ซึ่งส่วนใหญ่จะมีอัลจิเนตองค์ประกอบแบบไม่ทำลายสายพันธุ์ เมื่อเร็ว ๆนี้เราพบว่าสายพันธุ์ที่สามารถแปลงรูปแบบเอกสารแบบโดยตรง bioh2 ( ข้อมูลเผยแพร่ ) ดังนั้น เราต้องเพิ่มราคาผลผลิตทั้งในการพัฒนาระบบการใช้อย่างมีประสิทธิภาพของเศษส่วนที่เหลือและการปรับปรุงแบบเมื่อย

สรุปยังคงมีการขาดของวรรณคดีในการผลิตไฮโดรเจนจากแบคทีเรียทะเล ในการพยายามที่จะเติมช่องว่างการผลิตก๊าซไฮโดรเจนโดยแบคทีเรียสายพันธุ์ทะเลที่ได้มาศึกษากับจุดมุ่งหมายของวัฒนธรรมการซเงื่อนไขซึ่งผลิต H2 ที่สุด metabolically อเนกประสงค์วิบริโ าซี spp . [ 26 ] เป็น phylogenetically เกี่ยวข้องกับผิดเพี้ยน