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結合暗醱酵細菌與光合紫色不含硫細菌進行共醱酵產氫試驗

為了解決ps5 switch選擇的問題，作者廖佩瑄 這樣論述：

暗醱酵細菌以及光醱酵紫色不含硫細菌皆能夠在厭氧條件下利用有機物來產生氫氣，差別僅在於是否提供照光，尤其是紫色不含硫細菌可能可以直接利用暗醱酵細菌醱酵後所產生的酸性代謝副產物(揮發性脂肪酸)來進行光醱酵產氫，因此整合暗與光醱酵之單槽式暗光醱酵系統已被認為是一種新穎的能源再利用方式。為測試整合暗與光醱酵之單槽式系統之表現，本研究選用暗醱酵菌株Clostridium pasteurianum CH5，此菌株利用葡萄糖醱酵產氫後主要代謝副產物為乙酸及丁酸。另一方面紫色不含硫細菌則選用能夠利用乙酸及丁酸行光醱酵產氫的菌株C6以及G11，兩菌株皆屬於Rhodopseudomonas palustris。

C6以及G11以1 g L-1丁酸當作單一碳源時有最大氫氣累積量產生，分別是208.8及183.1 mL H2 L-1 culture，其基質轉換率分別為0.98和0.82 mol H2 mol-1 butyrate。由於在前人研究中，暗醱酵細菌與紫色不含硫細菌混合共醱酵產氫之生長最佳生長條件並未被研究仔細，故本研究先分別測試菌株在穩定生長期以及對數生長期之下醱酵產氫試驗。初始條件為CH5以1:1(v/v)分別與C6和G11分別進行共醱酵產氫試驗，以15 g L-1 glucose為單一碳源，LED燈照度設定於6,000-7,000 lux，恆溫培養在30°C，並以轉速120 rpm震盪。結果

顯示，在對數生長期之下所進行的共醱酵反應可以取得較高的基質轉換率，CH5+C6和CH5+G11分別為2.54和1.74 mol H2 mol-1 glucose。另一方面，若在穩定生長期之下的混合生長則可有較高的氫氣累積產量1485 mL H2 L-1 culture(CH5+C6)。C6為本研究中較不會因為生長期選用不同而大幅影響共醱酵產氫之紫色不含硫細菌，且其醱酵產氫能力比G11佳，因此後續研究皆以CH5+C6進行。在批次實驗設計中，對數生長期菌株能取得較高的基質轉換率，反應約60小時後產氫氣表現趨近平緩；穩定生長期菌株能夠產生較高氫氣累積產量，反應可持續產氣100小時。本研究目的為獲取最

大氫氣累積產量，故選擇穩定生長期之CH5+C6進行後續實驗。為探討光照對於混合生長之影響，本研究透過遮光罩之設置來探討是否能提供兩種微生物各自偏好之醱酵環境。無遮光(百分之百照光)之厭氧暗醱酵CH5相較百分之百遮光(無照光)之厭氧暗醱酵CH5少26%最終氫氣累積產量，推測光照有可能會影響CH5的代謝途徑，理論上暗醱酵產氫的機制中並不需要提光光能，僅需要有機物質以及適合細菌生長之環境即可進行醱酵產氫，然而並無明確研究指出光照是否會改變暗醱酵細菌的代謝途徑，此推論尚經由其他實驗來釐清。百分之百遮光(無照光)之光醱酵C6比無遮光(百分之百照光)之光醱酵C6最終氫氣累積產量少55%，產氣表現中69%為

二氧化碳，僅16%為氫氣，同時反應多消耗了4.56 g L-1的葡萄糖，推測百分之百遮光(無照光)之光醱酵C6因沒能有足夠的光能去驅動細胞膜上的電子傳遞鏈，故無法使細胞內累積ATP以提供給細胞生長，更沒有多餘ATP供給給固氮酶去合成氫氣。百分之五十遮光的CH5+C6比無遮光(百分之百照光)之CH5+C6提升67%氫氣累積產量，比百分之百遮光(無照光)之CH5+C6提升588%氫氣累積產量。百分之五十遮光的CH5+C6和百分之百遮光(無照光)之CH5+C6皆可去除基質中60%以上的葡萄糖，無遮光(百分之百照光)之CH5+C6與百分之五十照光的CH5+C6產氣組成以氫氣為主，而百分之百遮光(無照光

)之CH5+C6產氣組成則是以二氧化碳為主。推測百分之百遮光(無照光)之CH5+C6內，CH5行暗醱酵產氫，而C6因無足夠光能推動電子傳遞，故無法順利進行光醱酵反應，使得其氣體組成以二氧化碳為主。百分之五十遮光CH5+C6營造適合兩菌株醱酵產氫之環境，成功提升最終氫氣累積產量達1581 mL H2 L-1 culture，去除基質中61%的葡萄糖，且降解26% sCOD，其基質轉換率為1.309 mol H2 mol-1 glucose。