Testsistēmas izveide baktēriju ūdeņraža producēšanas spējas novērtēšanai.

Abstract

Ūdeņraža gāzi var iegūt fermentācijas procesā, baktērijām sadalot organiskas vielas anaerobos apstākļos. Tālākai izmantošanai ūdeņradi šādās sistēmās ievāc no gāzes fāzes, kur tas izdalās no baktēriju kultivēšanu vides. Lai optimizētu ūdeņraža iegūšanu, nepieciešams izsekot ūdeņraža veidošanās procesam šķidrajā fāzē. Darba gaitā izveidotas un darbībā pārbaudītas vairākas laboratorijas testsistēmas, lai novērtētu ūdeņraža veidošanos enterobaktēriju barotnē, kā arī noformulēti ieteikumi šo sistēmu pilnveidošanai. Ūdeņraža producēšanai izmantots Escherichia coli celms, kuru lieto kā references kultūru ūdens sanitārajā analīzē. Izšķīdušā ūdeņraža mērījumiem izmantoti Klarka tipa elektrodi – mikrosensori. Ūdeņraža veidošanās testsistēmās sākās pēc aptuveni stundas ilgas lag-fāzes, ja barotnei anaerobos apstākļos pievienoja glikozi. Ūdeņraža uzkrāšanās ātrums šķidrajā fāzē korelē ar pievienotās glikozes daudzumu. Pirmās stundas laikā, pēc tam kad sākas ūdeņraža produkcija, veidojas pārsātināts ūdeņraža šķīdums, pēc tam ūdeņraža koncentrācija šķīdumā stabilizējas piesātinājuma līmenī. Ar masspektometrijas metodi analizēta gāzes fāze virs ūdeņradi producējošas baktēriju kultūras. Līdz ar ūdeņradi gāzes fāzē konstatētas vairākas citas gāzes, kas veidojas fermentācijas rezultātā. Ūdeņraža koncentrācija gāzes fāzē bija mazāka, nekā varēja sagaidīt, ņemot vērā izšķīdušā ūdeņraža koncentrāciju šķidrumā. Turpmākajos pētījumos nepieciešams pilnveidot gāzes fāzē atrodamo savienojumu analīzes metodes un veicināt pilnīgāku ūdeņraža izdalīšanos no šķidrās fāzēs, burbuļojot testsistēmu ar inertu gāzi visu eksperimenta laiku. Darbs izstrādāts laika posmā no 2009. gada janvāra līdz 2009. gada jūnijam LU Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedrā, kā arī LU Cietvielu fizikas institūtā.

Hydrogen gas is produced during the fermentation process of bacteria in anaerobic conditions. In practice hydrogen is collected from gas phase where it accumulates from the dissolved hydrogen. For the optimization of biohydrogen production it is necessary to study properly the processes and parameters taking place in liquid phase before the hydrogen gas is emanated. In this work is developed and tested lab scale model fermentation systems to study the hydrogen production kinetics in enterobacterial cultivation media. Recommendations for further improvement of these systems are suggested. A standard Escherichia coli strain, which is used as an indicator for water sanitary analysis was used in hydrogen production tests. Dissolved hydrogen measurements were done using Clarck type microselectrodes. Hydrogen production was registered an hour after the glucose was added to cultivation media and anaerobic conditions established. Accumulation of hydrogen in the liquid phase correlates with the concentration of the glucose added. During the first hour after the onset of hydrogen production the over-saturated solution formed, afterwards the hydrogen production stabilized around the saturation level. Mass spectrometry was employed to analyse the compounds that are accumulated in the gas phase during hydrogen fermentation. Alongside with the hydrogen, a number of other compounds were detected in gas phase above fermenting cultures. The concentration of the hydrogen detected in gas phase was considerably lower than it could be expected from its concentration in the liquid phase. Improvements in hydrogen gas detection system and more complete expulsion of the dissolved hydrogen from the fermentation media by constant bubbling the test system with inert gas during the experiment should be introduced. Work was carried out at the University of Latvia, Faculty of Biology, Department of Microbiology and Biotechnology and in the Institute of Solid State Physics in period from January of 2009 till June of 2009.