專利名稱：：一種光合細(xì)菌生物制氫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于生物技術(shù)和微生物學(xué)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種優(yōu)化的、節(jié)能的、高效的光合細(xì)菌生物制氫方法。
背景技術(shù)：
：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，全社會(huì)對(duì)能源的需求越來(lái)越高。但是，目前的三大化石能源天然氣、煤炭和石油即將枯竭，能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大問(wèn)題，已成為目前全世界的焦點(diǎn)問(wèn)題。氫氣因其密度低，燃燒熱值高，在轉(zhuǎn)化為熱能或電能時(shí)只產(chǎn)生水蒸氣，不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體和溫室氣體，是最清潔的環(huán)保能源，特別適用于交通運(yùn)輸，也是航天航空的理想燃料。因此，在21世紀(jì)氫能經(jīng)濟(jì)所描繪的藍(lán)圖中，氫氣是未來(lái)最理想的終端能源載體，并將會(huì)為人類文明帶來(lái)新的變革。廉價(jià)可靠的制氫技術(shù)是氫能工業(yè)化的基礎(chǔ)。目前氫氣主要來(lái)源于鋼鐵廠、焦化廠、氯堿廠等的副產(chǎn)品回收純化及煤、烴類、天然氣和生物質(zhì)的水蒸汽重整技術(shù)。而生物制氫技術(shù)將以其常溫、常壓、能耗低、環(huán)境友好、可再生等優(yōu)勢(shì)，必將成為未來(lái)的綠色制氫途徑。光合細(xì)菌在光照厭氧培養(yǎng)條件下，能利用有機(jī)酸、有機(jī)酸工業(yè)廢水、工業(yè)發(fā)酵有機(jī)廢水等底物進(jìn)行光合厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生氫氣和二氧化碳。這種產(chǎn)氫技術(shù)的特點(diǎn)是光合細(xì)菌能把底物高效率轉(zhuǎn)化成氫氣和二氧化碳，通常底物轉(zhuǎn)化效率為65-85%，并且發(fā)酵增殖的光合細(xì)菌還可以作為具有高附加值的家畜飼料蛋白，或從中提取價(jià)值更高的輔酶Q和類胡蘿卜素。光合細(xì)菌生物發(fā)酵制氫的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題集中在光源上，大規(guī)模工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)要求發(fā)酵系統(tǒng)晝夜都能運(yùn)行，白天可使用太陽(yáng)自然光，夜間則必須使用人工光源，因此人工光源成為制約光合細(xì)菌生物發(fā)酵制氫的一個(gè)關(guān)鍵。傳統(tǒng)的白熾燈雖然能滿足光合細(xì)菌厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫的需要，但由于其大部分電能以熱量的形式散失，產(chǎn)生的光能只占很小一部分，能源利用效率非常低，造成很大的能源浪費(fèi)，而且白熾燈發(fā)出的熱量會(huì)對(duì)整個(gè)發(fā)酵系統(tǒng)本身造成過(guò)高的溫度，影響到光合細(xì)菌的正常產(chǎn)氫，甚至威脅到光合細(xì)菌的正常生長(zhǎng)。同時(shí)，白熾燈還具有壽命短，廢棄燈泡容易污染環(huán)境等缺點(diǎn)。因此，本領(lǐng)域迫切需要找到可替代性的光源，或者細(xì)化研究光合細(xì)菌的光源吸收或利用機(jī)制以期以克服上述問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種光合細(xì)菌生物制氫方法。在本發(fā)明的第一方面，提供一種利用光合細(xì)菌生產(chǎn)氫氣的方法，所述方法包括(1)在厭氧條件下，以有機(jī)酸為發(fā)酵底物，將光合細(xì)菌在選自波長(zhǎng)范圍為400-500nm(較佳地440-490nm，更佳地460-480nm)、510-550nm(較佳地515-535nm)、575-600nm(較佳地585-595nm)、600-640nm(較佳地610-630nm)、780-880nm(較佳地800-860nm;更佳地835_855nm)或白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為2650-10000K的一種或多種光源下發(fā)酵培養(yǎng)，光照強(qiáng)度為3000-7000Lux，從而產(chǎn)生混合氣體；禾口(2)從產(chǎn)生的混合氣體中分離出氫氣。在另一優(yōu)選例中，步驟(1)中，步驟(1)中，將光合細(xì)菌在選自波長(zhǎng)范圍為400-500nm、600-640nm、780-880nm或白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為2650-10000K的一種或多種光源下發(fā)酵培養(yǎng)。在另一優(yōu)選例中，將光合細(xì)菌在選自波長(zhǎng)范圍為460-480nm、610-630nm、835-855nm或白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為4500-10000K的一種或多種光源下發(fā)酵培養(yǎng)。在另一優(yōu)選例中，步驟(1)中，在培養(yǎng)時(shí)，所述的光源是單側(cè)照射，雙側(cè)照射，或多側(cè)照射。在另一優(yōu)選例中，所述的光源是單側(cè)照射，雙側(cè)照射，或多側(cè)照射。較佳的，在培養(yǎng)時(shí)，所述的光源是雙側(cè)照射，或多側(cè)照射。在另一優(yōu)選例中，步驟(1)中，所述的光合細(xì)菌是紫色非硫細(xì)菌(purplenon-sulfurbacteria)。在另一優(yōu)選例中，所述的紫色非硫細(xì)菌選自沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)，類球紅假單胞菌(Rhodobactersphaeroides)，嗜酸紅假單胞菌(Rhodopseudomonasacidophilus)，莢膜紅假單胞菌(Rhodopseudomonascapsulata)，紅螺菌(Rhodospirillum)，或它們的兩種或多種的組合。較佳的，所述的光合細(xì)菌是類球紅假單胞菌(Rhodobactersphaeroides)或沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)。在另一優(yōu)選例中，步驟(1)中，所述的有機(jī)酸選自(但不限于)蘋果酸，丁酸，異丁酸，丁二酸，乳酸，丙酮酸，丙酸，苯甲酸，香草酸，己酸，戊酸，或它們的兩種或多種的組合。在另一優(yōu)選例中，步驟(1)中，所述的光源是LED光源。在另一優(yōu)選例中，所述的光源是波長(zhǎng)范圍為400-500nm(較佳地440_490nm，更佳地460_480nm)的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K(較佳的4500-10000K，更佳地5500-7000K)的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為780-880nm(較佳地800-860nm;更佳地835_855nm)的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為400-500nm的光源與波長(zhǎng)范圍為600-640nm(較佳地610_630nm)的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為400-500nm的光源與波長(zhǎng)范圍為780_880nm的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為600-640nm的光源與波長(zhǎng)范圍為780_880nm的光源的組合。在另一優(yōu)選例中，所述的光源是波長(zhǎng)范圍為400-500nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為780-880nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K的光源的組合。更佳地，所述的光源是波長(zhǎng)范圍為460-480nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍4500-10000K的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為835-855nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍4500-10000K的光源的組合。在另一優(yōu)選例中，步驟(1)中，所述的光源的功率是0.2-20瓦。較佳的，所述的光源的功率是0.5-10W;更佳的是1-5W。在另一優(yōu)選例中，步驟(i)中，發(fā)酵培養(yǎng)的ra值是6.o-8.o，較佳的ra值是6.5-7.5;或者，發(fā)酵培養(yǎng)的溫度是28°C_35°C。在另一優(yōu)選例中，步驟(1)中，發(fā)酵培養(yǎng)的培養(yǎng)基含有MgS047H200.20±0.05g/L;CaCl2H200.075±0.005g/L;FeS047H200.012±0.002g/L;Na2EDTA0.020±0.003g/L;MnS047H202.1±0.lmg/L;H3B032.8±0.2mg/L;Cu(N03)27H200.04±0.0lmg/L;ZnS047H200.24±0.02mg/L;煙酸10±0.2mg/L;生物素0.10±0.04mg/L;1.0±0.lg/L;的。Na2Mo04硫胺素有機(jī)酸Km2H900.75±0.05mg/L;5.0±0.2mg/L;4.0±0.2g/L;0.32±0.02g/L。本發(fā)明的其它方面由于本文的公開內(nèi)容，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見圖l顯示了不同波長(zhǎng)范圍或白色對(duì)應(yīng)色溫范圍的LED光照培養(yǎng)下光合細(xì)菌發(fā)酵液的吸光度——掃描波長(zhǎng)圖。具體實(shí)施例方式為了克服現(xiàn)有技術(shù)中光合細(xì)菌生物制氫方法能耗高、產(chǎn)氫效率低等問(wèn)題，本發(fā)明人對(duì)光合細(xì)胞的光吸收以及利用機(jī)制進(jìn)行了深入的研究，首次揭示了一種新的光合細(xì)菌生物制氫方法，該方法以有機(jī)酸作為底物，采用選自特定波長(zhǎng)范圍的光源(優(yōu)選采用LED光源)作為光合細(xì)菌生物制氫的光源，不僅可為光合細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)氫提供充足的光能，極大地提高能量的轉(zhuǎn)化效率，而且避免了傳統(tǒng)光源發(fā)熱量大，整個(gè)發(fā)酵系統(tǒng)需要降溫等耗能環(huán)節(jié)。基于本發(fā)明人的新發(fā)現(xiàn)，提供一種利用光合細(xì)菌生產(chǎn)氫氣的方法，所述方法包括(l)在厭氧條件下，以有機(jī)酸為發(fā)酵底物，將光合細(xì)菌在選自波長(zhǎng)范圍為400-500nm、510-550nm、575-600nm、600-640nm、780-880nm或白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為2650-10000K的一種或多種光源下發(fā)酵培養(yǎng)，光照強(qiáng)度為3000-7000Lux，從而產(chǎn)生混合氣體；和(2)從產(chǎn)生的混合氣體中分離出氫氣。光合細(xì)菌(Photosyntheticbacteria,簡(jiǎn)稱PSB)有許多種，它們具有共同的產(chǎn)氫特性，因此本發(fā)明對(duì)于光合細(xì)菌的種類沒有特別的限制，只要它們具有發(fā)酵產(chǎn)氫的功能。特別優(yōu)選的，所述的光合細(xì)菌是指一類紫色非硫光合細(xì)菌，其菌體呈紅色，體內(nèi)具有原始光能合成體系，能利用有機(jī)酸底物(作為供氫體)進(jìn)行光合厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生氫氣和二氧化碳的菌株。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，所述的光合細(xì)菌選自沼澤紅假單胞菌，類球紅假單胞菌，嗜酸紅假單胞菌，莢膜紅假單胞菌，紅螺菌，或它們的兩種或多種的組合。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，所述的光合細(xì)菌是類球紅假單胞菌或沼澤紅假單胞菌。所述的光合細(xì)菌可以是以游離形式存在的，或者是固定化于適當(dāng)?shù)妮d體上的，菌株的固定化是本領(lǐng)域人員熟知的技術(shù)。所述的"有機(jī)酸"沒有特別的限制，可以是任何種類的可被光合細(xì)菌利用的有機(jī)酸。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，所述的有機(jī)酸選自但不限于蘋果酸，丁酸，異丁酸，丁二酸，乳酸，丙酮酸，丙酸，苯甲酸，香草酸，己酸，戊酸，或它們的兩種或多種的組合。此外，有機(jī)酸工業(yè)廢水、工業(yè)發(fā)酵有機(jī)廢水等底物也是可用的，只要它們含有可被所述光合細(xì)菌利用的有機(jī)酸。本發(fā)明人出乎意料地發(fā)現(xiàn)，在波長(zhǎng)范圍為400-500nm(較佳地440-490nm，更佳地460-480nm)、510-550nm(較佳地515-535nm)、575-600nm(較佳地585-595nm)、600-640nm(較佳地610-630nm)、780-880nm(較佳地800-860nm;更佳地835-855nm)或白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為2650-10000K的光源下發(fā)酵培養(yǎng)，特別有利于光合細(xì)菌的光吸收，達(dá)到節(jié)能高效利用光源光合產(chǎn)氫的效果。其中，波長(zhǎng)范圍460-480nm屬于藍(lán)色光吸收值范圍；波長(zhǎng)范圍515-535nm屬于綠色光吸收值范圍；波長(zhǎng)范圍585-595nm屬于琥珀色光吸收值范圍；波長(zhǎng)范圍610-630nm屬于紅色光吸收值范圍；波長(zhǎng)范圍835-855nm屬于紅外光吸收值范圍。作為本發(fā)明的更優(yōu)選的方式，在波長(zhǎng)范圍為460-480nm、610-630nm或835-855nm的光源下發(fā)酵培養(yǎng)，這些波長(zhǎng)下發(fā)酵效率更高。最優(yōu)選的，在波長(zhǎng)為460-480nm或835-855nm的光源下發(fā)酵培養(yǎng)。本發(fā)明所述的"光源"可以是任何可以提供波長(zhǎng)范圍在400-500nm、510-550nm、575-600nm、600-640nm或780-880nm的光源；或可以提供白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K(如2650-3500K，3500-4500K或4500-10000K)的光源。較佳的，所述的光源的功率是0.2-20瓦；更佳的功率是0.5-10W;進(jìn)一步更佳的是0.5-5W，如0.5W、1W、3W、5W。所述的光源較佳的是LED光源，其具有高亮、長(zhǎng)效、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)，且產(chǎn)熱少，非常適合用于光合細(xì)菌的產(chǎn)氫發(fā)酵。所述光源的功率通常根據(jù)光合細(xì)菌發(fā)酵培養(yǎng)的規(guī)模等因素而定，只要能夠提供范圍在3000-7000Lux的光照強(qiáng)度。較佳的，除了調(diào)節(jié)光源的功率以外，所述的光照強(qiáng)度也可通過(guò)調(diào)節(jié)光源與光合細(xì)菌之間的距離遠(yuǎn)近來(lái)調(diào)節(jié)，這是本領(lǐng)域人員已知的。所述的"光照強(qiáng)度"又稱為"光照度"，是照射到單位面積上的光通量，其單位是勒克斯(Lux)。色溫的單位是凱爾文(K)。光源對(duì)光合細(xì)菌的光照可以是單側(cè)的光照，或是雙側(cè)光照或多側(cè)光照，具體視發(fā)酵培養(yǎng)的規(guī)模而定。在規(guī)模較小的情況下，單側(cè)光照即足以提供較好的發(fā)酵效果；而在規(guī)模較大的情況下，可選擇雙側(cè)光照或多側(cè)光照。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，為了進(jìn)一步提高發(fā)酵的產(chǎn)氫效率，可選擇多種波長(zhǎng)范圍的光源的組合，從而為光合細(xì)菌提供更優(yōu)發(fā)酵環(huán)境。所述的光源組合可以是波長(zhǎng)范圍為400-500nm的光源與波長(zhǎng)范圍為600-640nm的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為400-500nm的光源與波長(zhǎng)范圍為600-640nm的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為400-500nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為600-640nm的光源與波長(zhǎng)范圍為780-880nm的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為600-640nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為780-880nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K的光源的組合。更優(yōu)選的，所述的光源組合是波長(zhǎng)范圍為400-500nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為780-880nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K的光源的組合。用于配制發(fā)酵培養(yǎng)基的原料(如碳源、磷源、有機(jī)氮源、無(wú)機(jī)鹽、微量元素)及其使用量可根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)利用光合細(xì)菌生產(chǎn)細(xì)菌時(shí)所用的原料及使用量而定，只要所述的發(fā)酵培養(yǎng)基能夠?yàn)楣夂霞?xì)菌生長(zhǎng)、代謝和產(chǎn)氫提高足夠的營(yíng)養(yǎng)成分，且不帶來(lái)不良影響(如阻遏作用)或副作用(或產(chǎn)生副產(chǎn)物)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，培養(yǎng)光合細(xì)菌所用的培養(yǎng)基含有MgS047H200.20±0.05g/L;CaCl2H200.075±0.005g/L;FeS047H200.012±0.002g/L;Na2EDTA0.020±0.003g/L;MnS047H202.1±0.lmg/L;H3B032.8±0.2mg/L;Cu(N03)27H200.04±0.0lmg/L;ZnS047H200.24±0.02mg/L;Na2Mo042H200.75±0.05mg/L;煙酸10±0.2mg/L;硫胺素5.0±0.2mg/L;生物素0.10±0.04mg/L;有機(jī)酸4.0±0.2g/L;谷氨酸1.0±0.lg/L;K3P040.32±0.02g/L。可以理解的是，上述各種培養(yǎng)基組分均可被功能類似的其它組分替換，在不同的情形下也可根據(jù)特定光合細(xì)菌的特性適當(dāng)添加其它組分或去除其中的部分組分或改變其中部分組分的含量，這種替換、添加或刪減的方式是本領(lǐng)域人員熟知的。光合細(xì)菌發(fā)酵培養(yǎng)的其它條件，如溫度、ra值、發(fā)酵時(shí)間等，可采用本領(lǐng)域已知的條件。對(duì)于一些發(fā)酵條件本領(lǐng)域人員也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及發(fā)酵的規(guī)模來(lái)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兺?。如本文所用，所述?厭氧"或"厭氧條件"是指發(fā)酵培養(yǎng)基中溶氧含量低于1(v/v)%;如在0.005-1%之間。發(fā)酵培養(yǎng)基上部的氣體中氧氣含量低于5%;如在0.01-3%之間。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，發(fā)酵培養(yǎng)的ra值是6.o-8.o;較佳的發(fā)酵培養(yǎng)的ra值是6.5-7.5。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，發(fā)酵培養(yǎng)的溫度是28-35t:。作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，發(fā)酵培養(yǎng)的時(shí)間是48-72小時(shí)。在所述的光合細(xì)菌發(fā)酵培養(yǎng)結(jié)束后，產(chǎn)生的氣體是混合氣體，其中主要含有氫氣和二氧化碳。因此，在發(fā)酵培養(yǎng)過(guò)程中或發(fā)酵結(jié)束后，還可包括步驟從發(fā)酵產(chǎn)生的氣體中分離出氫氣，從混合氣體中分離氫氣的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，這些方法均包含于本發(fā)明。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提供一種新的光合細(xì)菌生物發(fā)酵制氫方法，以有機(jī)酸作為底物，采用選自特定波長(zhǎng)范圍的光源(優(yōu)選采用LED光源)作為光合細(xì)菌生物制氫的光源，不僅可為光合細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)氫提供充足的光能，極大地提高能量的轉(zhuǎn)化效率，而且避免了傳統(tǒng)光源發(fā)熱量大，整個(gè)發(fā)酵系統(tǒng)需要降溫等耗能環(huán)節(jié)。因此，本發(fā)明人的研究成果符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的相關(guān)能源政策和環(huán)境政策，能有效地提高能量的轉(zhuǎn)化效率，具有廣闊的應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件如Sambrook等人，分子克隆實(shí)驗(yàn)室指南(NewYork:CoIdSpringHarborLaboratoryPress,1989)中所述的條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說(shuō)明，否則百分比和份數(shù)按重量計(jì)算。實(shí)施例1:1W大功率LED單側(cè)照射下的光合細(xì)菌生物制氫1、光合細(xì)菌菌株采用的光合細(xì)菌菌株為類球紅假單胞菌RhodobactersphaeroidesZX_5(YongzhenTao，etal.Characteristicsofanewphotosyntheticbacterialstrainforhydrogenproductionanditsapplicationinwastewatertreatment.InternationalJournalofHydrogenEnergy,2008，33:963-973)。2、光合細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)氫培養(yǎng)基配方(1L)(1)基本鹽溶液50mL;(其中，1L基本鹽溶液含有MgS047H204g，CaCl2H201.5g，F(xiàn)eS047H200.236g，Na2EDTA0.4g)50mL;微量元素溶液20mL(其中l(wèi)OOmL微量元素溶液含有MnS047H200.21g，H3B030.28g，Cu(N03)27H200.004g，ZnS047H200.024g，Na2Mo042H200.075g));(2)維生素溶液lmL(其中，lOOmL維生素溶液含有煙酸(NicotinicAcid)lg，硫胺素(ThiamineHC1)0.5g，生物素(Biotin)0.01g);(3)蘋果酸4g;(4)磷酸緩沖液(0.2M，pH7.0)7.5ml;(5)谷氨酸lg。3、光合細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)氫的條件pH約7.O，溫度約30。C，光照強(qiáng)度4500Lux左右。4、作為單側(cè)單色光源的大功率LED是功率為1W，波長(zhǎng)范圍為460_480nm、515-535nm、585-595nm、610-630nm、835-855nm以及白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為2650-3500K、4500-10000K的大功率LED。在容積為38mL的試管里，盛裝30mL發(fā)酵培養(yǎng)基，按照體積比3.5%接入光合細(xì)菌，以1W大功率LED為光源單側(cè)照射，厭氧培養(yǎng)72h，實(shí)驗(yàn)組采用3顆LED照射1個(gè)試管，對(duì)照組采用1顆60W白熾燈照射2個(gè)試管(即相當(dāng)于每個(gè)試管以30W白熾燈照射)，每根試管的產(chǎn)氣產(chǎn)氫情況如表l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由以上結(jié)果統(tǒng)計(jì)可見，以波長(zhǎng)460-480nm、波長(zhǎng)610-630nm、波長(zhǎng)835-855nm或白光對(duì)應(yīng)色溫4500-10000K的LED為光源，產(chǎn)氣產(chǎn)氫總量更大。以波長(zhǎng)460_480nm或波長(zhǎng)835-855nm的LED為光源的實(shí)驗(yàn)組為例，6顆LED為光源的產(chǎn)氫總量與1顆60W白熾燈為光源的情況相同，但能量利用效率卻提高了900%，如果計(jì)算上為對(duì)照組降溫等所消耗的能量，那么能量利用效率提高的幅度會(huì)更大。同時(shí)，測(cè)定上述波長(zhǎng)范圍或白光對(duì)應(yīng)色溫范圍的LED光照培養(yǎng)產(chǎn)氫結(jié)束后的光合細(xì)菌發(fā)酵液在400-900nm范圍內(nèi)的吸光度，得到圖1。從圖1可以看出，此類光合細(xì)菌主要吸收波長(zhǎng)范圍為400-500nm以及800nm和850nm附近的光線，已有文獻(xiàn)(JournalofBacteriology1999，Vol.181，p.3869-3879;TrendsinPlantScience1998，Vol.3，p.445-449)報(bào)道，此類光合細(xì)菌中的類胡蘿卜素主要負(fù)責(zé)吸收400-500nm的光線，細(xì)菌葉綠素主要負(fù)責(zé)吸收800nm和850nm附近的光線，但與產(chǎn)氫是否有關(guān)系未有文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)。結(jié)合前述產(chǎn)氣產(chǎn)氫數(shù)據(jù)結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)，接受同樣波長(zhǎng)范圍內(nèi)的LED光照培養(yǎng)的光合細(xì)菌產(chǎn)氫效果更好。實(shí)施例2:1W大功率LED雙側(cè)照射單色光下的光合細(xì)菌生物制氫1、光合細(xì)菌菌株光合細(xì)菌菌株為沼澤紅假單胞菌Rhodopseudomonaspalustris1.2181(購(gòu)自中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心)。2、光合細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)氫培養(yǎng)基配方(1L)(1)基本鹽溶液50mL;(其中，1L基本鹽溶液含有MgS047H204g，CaCl2H201.5g，F(xiàn)eS047H200.236g，Na2EDTA0.4g，微量元素溶液20mL(其中l(wèi)OOmL微量元素溶液含有MnS04*7H200.21g，H3B030.28g，Cu(N03)27H200.004g，ZnS047H200.024g，Na2Mo042H200.075g));(2)維生素溶？夜lmL(100mL維生素溶？夜含有NicotinicAcidlg，ThiamineHC10.5g，Biotin0.Olg);(3)丁二酸4g;(4)磷酸緩沖液(0.2M，pH7.0)7.5ml;(5)谷氨酸lg。3、光合細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)氫的條件為pH約7.1，溫度31°C，光照強(qiáng)度6000Lux左右。4、作為雙側(cè)照射光源的大功率LED是功率為1W，波長(zhǎng)范圍為460-480nm、610-630nm、835-855nm以及白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為4500-10000K的大功率LED。在容積為38mL的試管里，盛裝30mL發(fā)酵培養(yǎng)基，按照體積比3.5%接入光合細(xì)菌，以1W大功率LED為光源雙側(cè)照射，厭氧培養(yǎng)72h，實(shí)驗(yàn)組采用6顆LED雙側(cè)照射1個(gè)試管，對(duì)照組采用2顆40W白熾燈雙側(cè)照射2個(gè)試管，每根試管的產(chǎn)氣產(chǎn)氫情況如表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由以上結(jié)果統(tǒng)計(jì)可見，以波長(zhǎng)460-480nm的LED為光源的實(shí)驗(yàn)組為例，12顆LED為光源的產(chǎn)氫總量與2顆40W白熾燈為光源的情況相同，但能量利用效率卻提高了567%，同樣，如果計(jì)算上為對(duì)照組降溫等所消耗的能量，那么能量利用效率提高的幅度會(huì)更大。實(shí)施例3:1W大功率LED組合雙側(cè)照射下的光合細(xì)菌生物制氫1、光合細(xì)菌菌株光合細(xì)菌菌株采用類球紅假單胞菌RhodobactersphaeroidesZX_5。2、光合細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)氫培養(yǎng)基配方(1L)(1)基本鹽溶液50mL(其中，1L基本鹽溶液含有MgS047H204g，CaCl2H201.5g，F(xiàn)eS047H200.236g，Na2EDTA0.4g，微量元素溶液20mL(其中l(wèi)OOmL微量元素溶液含有MnS04*7H200.21g，H3B030.28g，Cu(N03)27H200.004g，ZnS047H200.024g，Na2Mo042H200.075g));(2)維生素溶？夜lmL(100mL維生素溶？夜含有NicotinicAcidlg，ThiamineHC10.5g，Biotin0.Olg);(3)蘋果酸4g;(4)磷酸緩沖液(0.2M，pH7.0)7.5ml;(5)谷氨酸lg。3、光合細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)氫的條件光合細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)氫的條件為pH約7.O，溫度32t:，光照強(qiáng)度約7000Lux。4、作為雙側(cè)照射光源的大功率LED組合是功率為1W，波長(zhǎng)范圍為460-480nm、610-630nm、835-855nm以及白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為4500-10000K的大功率LED組合。在容積為38mL的試管里，盛裝30mL發(fā)酵培養(yǎng)基，按照體積比3.5%接入光合細(xì)菌，以1W大功率LED組合為雙側(cè)照射光源，厭氧培養(yǎng)72h，產(chǎn)氣產(chǎn)氫情況如表3。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>可見，波長(zhǎng)460-480nm和白光對(duì)應(yīng)色溫4500-10000K的LED組合雙側(cè)照射，或波長(zhǎng)835-855nm和白光對(duì)應(yīng)色溫4500-10000K的LED組合雙側(cè)照射的產(chǎn)氫效果更為優(yōu)異。在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。權(quán)利要求一種利用光合細(xì)菌生產(chǎn)氫氣的方法，其特征在于，所述方法包括(1)在厭氧條件下，以有機(jī)酸為發(fā)酵底物，將光合細(xì)菌在選自波長(zhǎng)范圍為400-500nm、510-550nm、575-600nm、600-640nm、780-880nm或白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為2650-10000K的一種或多種光源下發(fā)酵培養(yǎng)，光照強(qiáng)度為3000-7000Lux，從而產(chǎn)生混合氣體；和(2)從產(chǎn)生的混合氣體中分離出氫氣。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，將光合細(xì)菌在選自波長(zhǎng)范圍為400-500nm、600-640nm、780-880nm或白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為2650-10000K的一種或多種光源下發(fā)酵培養(yǎng)。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將光合細(xì)菌在選自波長(zhǎng)范圍為460-480nm、610-630nm、835-855nm或白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為4500-10000K的一種或多種光源下發(fā)酵培養(yǎng)。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的光源是單側(cè)照射，雙側(cè)照射，或多側(cè)照射。5.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的光合細(xì)菌是紫色非硫細(xì)菌。6.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的有機(jī)酸選自蘋果酸，丁酸，異丁酸，丁二酸，乳酸，丙酮酸，丙酸，苯甲酸，香草酸，己酸，戊酸，或它們的兩種或多種的組合。7.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的光源是LED光源。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的光源是波長(zhǎng)范圍為400-500nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為780-880nm的光源與白光對(duì)應(yīng)色溫范圍2650-10000K的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為400-500nm的光源與波長(zhǎng)范圍為600-640nm的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為400-500nm的光源與波長(zhǎng)范圍為780-880nm的光源的組合；或波長(zhǎng)范圍為600-640nm的光源與波長(zhǎng)范圍為780-880nm的光源的組合。9.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的光源的功率是0.2-20瓦。10.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，步驟(1)中，發(fā)酵培養(yǎng)的ra值是6.o-8.o;或者，發(fā)酵培養(yǎng)的溫度是28°C_35°C。全文摘要本發(fā)明涉及一種光合細(xì)菌生物制氫方法，所述方法包括(1)在厭氧條件下，以有機(jī)酸為發(fā)酵底物，將光合細(xì)菌在選自波長(zhǎng)范圍為400-500nm、510-550nm、575-600nm、600-640nm、780-880nm或白光對(duì)應(yīng)色溫范圍為2650-10000K的一種或多種光源下發(fā)酵培養(yǎng)，光照強(qiáng)度為3000-7000Lux，從而產(chǎn)生混合氣體；和(2)從產(chǎn)生的混合氣體中分離出氫氣。本發(fā)明找到了合適的光源，不僅可為光合細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)氫提供充足的光能，極大地提高能量的轉(zhuǎn)化效率，并避免了對(duì)整個(gè)發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行降溫等耗能環(huán)節(jié)。文檔編號(hào)C12P3/00GK101760480SQ200810207818公開日2010年6月30日申請(qǐng)日期2008年12月25日優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日發(fā)明者史吉平,周志華,孫琴,宗文明,肖偉申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院