[发明专利]一种以楠竹为原料的制氢方法

说明书

本发明提供了一种以楠竹为底物的制氢方法，属于生物能源技术领域。本发明制氢方法包括：将楠竹原料经过酸处理和酶处理制得发酵底物，接种光合细菌发酵制氢。使用楠竹作为发酵底物原料，并且不添加其它成分做氢气发酵原料，原料来源广、价格低廉，能保证生产不受原料制约；楠竹预处理采用酸、酶处理相结合的方法，能极大的提高破坏木质素保护层，达到降解纤维素的目的；光合细菌利用降解产生的有机酸和木质纤维素类原料可生产大量氢气。

技术领域

本发明属于生物能源技术领域，尤其涉及一种以楠竹为原料的制氢方法。

背景技术

竹子是优质的木质纤维素来源。我国的气候尤其适合竹类生长，不仅种类繁多，而且分布范围极其广泛，在2019年竹林面积就达601万公顷。宜宾市分布生长着大量竹类，根据宜宾林竹产业研究院在2019年发布的数据，宜宾竹林覆盖面积达324万亩，约占全省竹林面积的1/5。随着竹用林丰产技术的推广，竹子生长二至四年就能成材，我国竹产业资源得以迅速发展。目前竹子广泛的应用在运输、食品、造纸、建材、轻工、医药等多个方面，很多都有了一套成熟的产业链。但是在制取高价值生物制品方面，研究大多处于探索阶段，技术也不成熟，没有形成规模化的生物制品加工生产链。经测定竹子中的主要成分纤维素占到42.51％、半纤维素占到21.97％，木质素约占20％至25％。

利用竹子制取生物制品最关键是要对竹子进行预处理，主要原因是竹子中的纤维素、木质素、半纤维素微生物是无法直接利用，经过预处理转化成小分子糖类(木糖、葡萄糖等)后才可能被微生物进行生长代谢时利用。对木质纤维素预处理主要有：物理方法、化学方法、生物方法等方法。木糖是木聚糖的一个组分，在木聚糖中含量占比70％以上，高于阿拉伯糖、鼠李糖，以大分子形式存在于半纤维素中，可用酸或酶使木聚糖降解获得。陈英莲以单因素实验确定出玉米秸秆高压蒸煮最佳预处理条件，利用紫外线与DES交替诱变绿色木霉出发菌，得到了一株高效产木聚糖酶的优势菌株，利用预处理得到的木聚糖。当稀酸预处理条件温和时，半纤维素等不能被水解溶出，同时也影响原料后续的酶水解作用；而当预处理强度加剧时，将导致纤维素、半纤维素降解产物分解，导致糖的损失并产生一些对后续发酵有害的抑制物质。所以利用竹子制取生物制品首要任务就是筛选出合适的预处理条件。

深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)是光能异养菌，具有代谢方式多样、可利用多种碳源、天然产多种化合物等优点。可以应用在固氮、产氢的理论研究以及有机废水净化、饲料蛋白的开发研究。根据代谢方式，深红红螺菌为光能异养型，能利用丙酸钠、葡萄糖作为基质，而不能利用环境中的大分子有机物(如甘油、甘露醇、甘露糖)、糖醇类和硫化物等物质。深红红螺菌作为光合菌的一种，能有效利用木质纤维素原料水解产生的有机酸、小分子糖类，在利用木质纤维素制取氢能源上具有研究潜力，但目前尚无利用深红红螺菌发酵楠竹制取氢气的报道。

充分全利用楠竹制取高价值生物制品，填补我国竹子在生物开发利用方面的空缺，以开发新技术和新产品，加大对竹产业的研究力度，提高竹产品的科技附加值，为竹产业的发展提供一个良好的环境。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种以楠竹为原料的制氢方法，楠竹原料经过酸、酶处理相结合的方法，可被降解为供深红红螺菌直接利用的底物，再通过工艺优化，使产氢量最大化，且楠竹作为发酵底物原料，来源广、价格低廉，能保证产生不受原料制约。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种以楠竹为原料的制氢方法，包括：

(1)将楠竹进行酸处理，得到酸化楠竹；

(2)调节酸处理溶液pH值，将酸化楠竹用纤维素酶处理制得发酵底物；

(3)在发酵底物中接种光合细菌发酵制氢。

优选的是，所述楠竹为经干燥、粉碎、过筛制得的楠竹粉。