Microsoft Word PP Bai 6 Lai Thuy Hien Tạp chí Khoa học và Công nghệ 51 (5) (2013) 587 597 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO KHÍ HYDRO SINH HỌC CỦA CHỦNG VI KHUẨN Tr2 PHÂN LẬP Ở VIỆT[.]
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 51 (5) (2013) 587-597 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO KHÍ HYDRO SINH HỌC CỦA CHỦNG VI KHUẨN Tr2 PHÂN LẬP Ở VIỆT NAM TRONG ĐIỀU KIỆN VI HIẾU KHÍ Đặng Thị Yến, Vương Thị Nga, Lại Thuý Hiền, Nguyễn Thị Thu Huyền* Viện Công nghệ sinh học, Viện HLKHCNVN, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội * Email: ntthuyen@ibt.ac.vn huyen308@gmail.com Đến Toà soạn: 2/4/2013; Chấp nhận đăng: 7/11/2013 TÓM TẮT Năng lượng hydro đại diện cho nguồn lượng bền vững tương lai Quá trình sản xuất hydro đường lên men tối nhờ vi khuẩn mang lại hy vọng cho ngành công nghiệp lượng giới Trong nghiên cứu này, số chủng vi khuẩn có khả tạo khí hydro sinh học phân lập từ phân gia súc Việt Nam Trong đó, chủng vi khuẩn Gram âm Tr2 tuyển chọn chủng có khả tạo khí hydro cao điều kiện ni cấy vi hiếu khí Các yếu tố môi trường khác (tuổi giống, tỉ lệ giống, nguồn cacbon, nitơ, sắt, NaCl, nhiệt độ pH) ảnh hưởng đến trình sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 Điều kiện thích hợp cho sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 gồm thông số sau: 10 % giống đầu vào giai đoạn pha log, 10 g/l glucose, g/l cao men, 100 mg/l FeSO4.7H2O, pH 6.5 nuôi cấy 30 oC Kết bước đầu nghiên cứu chứng tỏ tiềm ứng dụng chủng Tr2 cho q trình lên men thu khí hydro từ vi khuẩn phân lập Việt Nam khả thi Từ khóa: sản xuất hydro sinh học, vi khuẩn lên men, lên men tối, điều kiện vi hiếu khí, Việt Nam MỞ ĐẦU Nguồn lượng mà người sử dụng sinh hoạt sản xuất nguồn lượng hố thạch: than đá, dầu mỏ, khí đốt Q trình đốt cháy lượng hố thạch thải lượng lớn khí CO2 vào bầu khí Ngay từ năm 1896, Svante Arrhenius chứng minh lượng CO2 khí tăng lên gấp đơi nhiệt độ trái đất tăng lên – o C Từ 1990 - 2001, nhiệt độ tăng lên 1,4 - 5,8 oC, điều kéo theo tượng thời tiết khắc nghiệt: hạn hán, lũ lụt, băng tan, nước bỉển dâng…[ 1] Nền kinh tế ngày phát triển nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng, lượng dùng sinh hoạt, lượng dùng chiếu sáng, lượng dùng giao thông vận tải, lượng sản xuất Theo dự báo Cơ quan Năng lượng Thế giới (IEA), vòng 24 năm từ 2001 - 2025 mức tiêu thụ lượng hóa thạch toàn giới tăng lên 54 %, nhu cầu tiêu thụ chủ yếu quốc gia phát triển: Trung Quốc, Hàn Quốc, Ấn Độ,… có Việt Nam Đặng Thị Yến, Vương Thị Nga, Lại Thuý Hiền, Nguyễn Thị Thu Huyền Đứng trước yêu cầu thực tiễn, địi hỏi nhà khoa học cần tìm nguồn lượng có khả tái tạo, thân thiện với môi trường đáp ứng nhu cầu lượng giới Năng lượng hydro ứng cử viên sang giá đáp ứng yêu cầu Đây nguồn lượng sạch, trình đốt cháy hydro khơng thải khí CO2 CO, không gây ô nhiễm môi trường, không gây hiệu ứng nhà kính đảm bảo đáp ứng nhu cầu lượng giới Có nhiều phương pháp sản xuất hydro, phương pháp sinh học sản xuất hydro vi khuẩn dị dưỡng lên men tối (dark fermentation) hứa hẹn hướng cho ngành công nghiệp lựơng giới Bởi trình lên men tối có ưu điểm bật khơng cần ánh sáng, tốc độ sinh trưởng vi khuẩn nhanh, suất cao ổn định, kĩ thuật vận hành kiểm sốt quy trình đơn giản, u cầu lượng thấp, giá thành vận hành thấp, giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trường, khả ứng dụng sản xuất công nghiệp cao [2, 3, 4, 5] Hơn nữa, nguồn nguyên liệu tái tạo biomass (nguồn phế thải nơng nghiệp, cơng nghiệp chế biến…) sử dụng làm chất cho q trình lên men sinh khí hydro Chính vậy, đề tài này, chúng tơi tập trung phân lập tuyển chọn nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men sinh khí hydro vi khuẩn Tr2 phân lập từ phân gia súc nhằm ứng dụng chủng vi khuẩn lên men tối sản xuất hydro sinh học VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Vật liệu, môi trường nuôi cấy điều kiện nuôi cấy Các mẫu phân gia súc lấy từ Đông Anh Chương Mỹ - Hà Nội dùng để phân lập vi khuẩn có khả sinh khí hydro Mơi trường ni cấy phân lập bảo quản giống vi khuẩn có khả sinh khí hydro mơi trường NMV (pH 6,5) với thành phần: glucose 10 g/l; cao men g/l, cao thịt g/l, pepton g/l, NH4Cl g/l, KH2PO4 0,5 g/l, K2HPO4 0,5 g/l, KCl 0,1 g/l NaCl g/l, CaCl2 0,1 g/l, MgSO4.7H2O 0,3 g/l, FeSO4.7 H2O 0,1 g/l, L-cystein HCl.H2O 0,5 g/l, dung dịch vi lượng ml/l, dung dịch vitamin 1ml/l, vitamin C (100 ml/l) 0,5 ml/l, resazurin (0,2 %) ml/l Dung dịch vi lượng gồm MnSO4.7H2O g/l, ZnSO4.7H2O g/l , H3BO3 g/l, CaCl2.2H2O g/l, NiSO4 1,6 g/l, CuCl2.2H2O 1,5 g/l, EDTA g/l Dung dịch vitamin gồm có cyanocobalamin g/l, riboflavin 2.5 g/l, sodium citrate g/l, pyridoxine 0,5 g/l, folic acid g/l, 4-aminobenzoic acid g/l Đối với môi trường rắn dùng để phân lập vi khuẩn sinh hydro, 15 g/l thạch bổ sung vào Các thí nghiệm ni cấy điều kiện vi hiếu khí 30 oC Trong thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố môi trường đến khả sinh khí hydro chủng lựa chọn, thành phần môi trường điều kiện nuôi cấy điều chỉnh với yếu tố ảnh hưởng 2.2 Phương pháp - Phân lập vi khuẩn có khả sinh khí hydro theo phương pháp ni cấy vi hiếu khí mơi trường thạch đĩa [6] - Xác định Gram phương pháp nhuộm Gram (Phương pháp Hucker cải tiến) [6] 588 Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến khả tạo khí hydro sinh học chủng vi khuẩn … - Quan sát hình thái tế bào vi khuẩn kính hiển vi điện tử quét (SEM-Scanning Electron Microscope S4800) - Xác định mật độ tế bào phương pháp đo độ đục tế bào máy quang phổ (Secoman) bước sóng 660 nm - Xác định thể tích khí hydro tạo thành theo phương pháp thay nước (water displacement method) - Phân tích chất lượng khí hydro tạo thành máy sắc kí khí GC-TCD (Thermo Trace GC-Thermo Electro-USA) với phương pháp thử EDC VI-003 GC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Phân lập vi khuẩn có khả tạo khí hydro Các mẫu phân trâu, phân bò biết đến nguồn nguyên liệu chứa vi khuẩn có khả tạo khí hydro sinh học [7] Do đó, chúng tơi tiến hành phân lập vi khuẩn có khả sinh khí hydro từ mẫu phân gia súc lấy từ vùng Đông Anh Chương Mỹ (Hà Nội) Trong số đơn chủng thu được, chủng vi khuẩn Gram âm Tr2 có khuẩn lạc màu trắng đục, hai vịng trịn đồng tâm, mép lan dẹt có khả sinh khí tốt (bảng 1, hình 1) Kết phân tích khí cho thấy, lượng khí hydro chủng sinh chiếm 72,6 % thể tích khí (kết chưa cơng bố) Do đó, chủng Tr2 lựa chọn Bảng Khả sinh khí hydro chủng vi khuẩn phân lập từ mẫu phân gia súc STT Chủng vi khuẩn Thể tích khí ml/100ml dịch nuôi cấy OD đầu vào (660 nm) OD cực đại (660 nm) Tr1 22 0,098 2,52 Tr2 80 0,102 2,74 Tr3 12 0,10 1,93 Bo1 12 0,103 1,83 Bo2 12 0,102 1,82 Ng1 12 0,098 1,81 Be1 40 0,099 2,54 Be2 50 0,10 2,65 589 Đặng Thị Yến, Vương Thị Nga, Lại Thuý Hiền, Nguyễn Thị Thu Huyền (a) (b) Hình Hình thái khuẩn lạc (a) tế bào (b) chủng Tr2 3.2 Động thái sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 Q trình tạo khí q trình trao đổi chất vi khuẩn có khả sinh hydro Để ứng dụng sản xuất hydro qui mơ cơng nghiệp hiệu tổng thể trình đặt lên hàng đầu Do đó, động thái sinh trưởng khả tạo khí theo thời gian chủng Tr nghiên cứu trước tiên để xem xét mối liên hệ q trình để từ định hướng nghiên cứu hiệu thu khí đạt cao Kết nêu hình Hình Khả sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 Kết cho thấy q trình sinh trưởng tạo khí liền với nhau, có nghĩa tế bào sinh trưởng sản sinh khí Điều hồn toàn phù hợp với nghiên cứu trước cho trình sinh hydro kèm với trình sinh trưởng vi khuẩn sinh hydro [8, 9] Chủng Tr2 đạt cực đại sau 24 nuôi cấy với lượng khí đạt 110 ml khí/100 ml dịch ni cấy 590 Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến khả tạo khí hydro sinh học chủng vi khuẩn … 3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện môi trường tới khả sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 3.3.1 Ảnh hưởng tuổi giống Trong q trình ni cấy vi khuẩn, tuổi giống đầu vào có vai trị quan trọng Chúng tơi tiến hành nghiên cứu với giống đầu vào giai đọan hoạt hóa khác nhau: giờ, giờ, 16 giờ, 20 giờ, 24 Kết hình cho thấy bổ sung giống đầu vào giai đoạn khác thời gian để vi khuẩn đạt pha log khác Với chủng giống pha lag (2 giờ) phải sau 28 ni cấy đạt pha log luợng khí sinh đạt 80 ml Nếu giống đầu vào pha cân (24 giờ) sau 24 ni cấy chủng đạt pha log lượng khí tạo thành 111,5 ml Khi bổ sung lượng giống đầu vào đầu pha log (8 giờ), pha log (16 giờ) cuối pha log (20 giờ) lượng khí tạo thành chênh lệch không đáng kể thời gian vào pha log ngắn so với sử dụng giống đầu vào pha cân bằng, lượng khí tạo thành cao (114 ml khí/100 ml dịch nuôi cấy) bổ sung giống pha log (16 giờ) Do đó, chúng tơi lựa chọn tuổi giống pha log cho thí nghiệm Hình Ảnh hưởng tuổi giống đến q trình sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 Hình Ảnh hưởng tỉ lệ giống đầu vào đến q trình sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 3.3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ giống đầu vào Để đánh giá ảnh hưởng tỉ lệ giống đầu vào tới khả sinh trưởng tạo khí chủng Tr2, chúng tơi tiến hành nghiên cứu với tỉ lệ giống đầu vào khác nhau: %, %, %, 10 %, 15 % 20 % (thể tích giống/thể tích dịch ni cấy) Thể tích khí tạo thành mật độ tế bào theo thời gian chủng Tr2 thể hình Kết cho thấy tỉ lệ giống đầu vào có ảnh hưởng đến khả sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 Theo nghiên cứu Ferchichi cs (2005), chủng Clostridium saccharoperbutylacetonicum ATCC 27021 tạo khí hydro tốt bổ sung % thể tích giống/thể tích dịch ni cấy [8] Tuy nhiên, chủng Tr2, bổ sung % thể tích giống đầu vào lượng khí hydro thu chưa đạt mức tốt Chủng sinh khí hydro cao lượng giống đầu vào 10 % Với tỉ lệ giống đầu vào này, chủng Tr2 vấn sinh trưởng tốt (khả sinh trưởng tương đương với trường hợp tỉ lệ giống đầu 591 Đặng Thị Yến, Vương Thị Nga, Lại Thuý Hiền, Nguyễn Thị Thu Huyền vào 15 % gần với trường hợp tỉ lệ giống đầu vào 20 %) Do đó, tỉ lệ giống đầu vào 10 % thích hợp cho khả tạo khí hydro sinh trưởng chủng Tr2 10 % giống lựa chọn cho thí nghiệm 3.3.3 Ảnh hưởng nguồn cacbon Nguồn cacbon có vai trị quan trọng q trình sinh trưởng vi sinh vật nói chung vi khuẩn sinh khí hydro nói riêng Do đó, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng nguồn cacbon khác (glucose, galactose, lactose, saccharose, tinh bột, CMC rỉ đường) đến khả sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 Một số nghiên cứu giới cho thấy glucose làm nguồn cacbon ưa thích cho q trình sinh khí hydro [9, 10] có tác giả lại phát glycerol làm nguồn cacbon cho q trình sinh trưởng tạo khí H2 vi khuẩn [11] Kết nghiên cứu (hình 5) cho thấy chủng Tr2 có khả sinh trưởng nguồn cacbon nghiên cứu với lượng khí hydro tạo dao động từ 12,45 ÷ 98,2 ml/100 ml dịch nuôi cấy Với nguồn glucose, khả sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 tốt (OD 660 nm = 2,63; thể tích khí hydro đạt 98,2 ml/100 ml dịch ni cấy) Do chúng tơi lựa chọn glucose làm nguồn cacbon cho thí nghiệm 3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ glucose Sau chọn nguồn glucose, chúng tơi tiến hành thí nghiệm chọn nồng độ glucose tối ưu cho trình sinh trưởng tạo khí hydro Hàm lượng glucose bổ sung đầu vào khác (g/l) : 1, 2, 5, 10, 40 Đồ thị hình cho thấy chủng Tr2 sinh trưởng tạo khí hydro tốt tất trường hợp có lượng đường đầu vào khác Khi bổ sung hàm lượng glucose 1g/l vi khuẩn sử dụng nhanh, lượng khí hydro tạo thành thấp (57 ml/100 ml dịch nuôi cấy) Khi lượng glucose cao (40 g/l) lượng khí hydro tạo thành thấp (62,2 ml/100ml dịch nuôi cấy) Khi bổ sung 10 g/l glucose lượng khí hydro tạo thành mật độ tế bào đạt cực đại (thể tích khí hydro đạt 88,6 ml/100 ml dịch nuôi cấy OD 660 nm = 2,63) Như vậy, nồng độ glucose cao hay thấp không hiệu cho trình sinh khí hydro nồng độ glucose thích hợp cho q trình sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 10 g/l Kết phù hợp với kết nghiên cứu nhóm Alalayah, lượng hydro tạo thành cao bổ sung 10 g/l glucose [ 9] Hình Ảnh hưởng nguồn cacbon đến khả sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 592 Hình Ảnh hưởng nồng độ glucose đến q trình sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến khả tạo khí hydro sinh học chủng vi khuẩn … 3.3.5 Ảnh hưởng nguồn nitơ Nguồn nitơ có vai trị quan trọng q trình phát triển vi khuẩn tạo khí, nguồn nitơ bao gồm nitơ vô nitơ hữu Chúng lựa chọn nguồn nitơ vô (NH4Cl, NH4NO3, (NH4)2SO4) nguồn nitơ hữu (cao men, cao thịt, pepton) cho nghiên cứu ảnh hưởng nguồn nỉtơ đến khả sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 Kết hình cho thấy chủng Tr2 sinh trưởng tạo khí hydro nguồn nitơ vô hữu Tuy nhiên, chủng sinh trưởng tạo khí hydro tốt nguồn nitơ hữu Trong đó, cao men nguồn nitơ tối ưu cho sinh trưởng tạo khí hydro chủng với lượng khí hydro đạt 88,6 ml/100 ml dịch nuôi cấy sinh khối tế bào cực đại (OD 660 nm = 2,49) Kết Ferchichi cs (2005) cho thấy nguồn cao men nguồn chất thích hợp cho tế bào vi khuẩn Clostridium saccharoperbutylacetoricum ATCC 27021 sinh trưởng tạo khí hydro điều kiện kị khí nghiêm ngặt [8] Điều cho thấy điêu kiện nuôi cấy khác nhau, chủng giống khác q trình sinh khí hydro chủng lại chịu tác động yếu tố môi trường tương tự 3.3.6 Ảnh hưởng nồng độ cao men Nguồn cao men nguồn chất cho vi khuẩn sinh trưởng Chúng bổ sung hàm lượng cao men với nồng độ khác nhau: 1, 3, 10 g/l để nghiên cứu khả sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 Kết hình cho thấy chủng Tr2 sinh trưởng tạo khí tốt tất nồng độ cao men Lượng cao men bổ sung (1 %) lượng khí hydro tạo thành (67 ml/100 ml dịch ni cấy) sinh khối vi khuẩn không cao (OD 660 nm cực đại = 1,57) Nếu bổ sung hàm lượng cao men nhiều (10 g/l) nguồn cao men lại nhân tố ức chế trình phát triển vi khuẩn, lượng khí hydro tạo thành thấp (65,1 ml/100 ml dịch nuôi cấy) Hàm lượng cao men phù hợp g/l (lượng khí hydro tạo thành cao đạt 88,6 ml/ 100 ml dịch nuôi cấy, OD 660 nm cực đại = 2,57) Nghiên cứu Ferchichi cs (2005) cho thấy bổ sung 0,1 % cao men vào dịch ni cấy thích hợp cho Clostridium saccharoperbutylacetoricum ATCC 27021 sinh trưởng tạo khí [8] Như vậy, thấy cao men nguồn nitơ ưa thích cho q trình tạo khí hydro, nhiên hàm lượng cao men tối ưu cho q trình tạo khí chủng khác lại khác So với công bố Ferchichi cs (2005) chủng Tr2 địi hỏi lượng cao men nhiều cho trình tạo khí chủng tạo khí tốt mơi trường chứa g/l cao men Hình Ảnh hưởng nguồn nitơ đến khả sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 Hình Ảnh hưởng nồng độ cao men đến sinh trưởng tạo khí H2 chủng Tr2 593 Đặng Thị Yến, Vương Thị Nga, Lại Thuý Hiền, Nguyễn Thị Thu Huyền 3.3.7 Ảnh hưởng hàm lượng FeSO4.7H2O Fe2+ có ảnh hưởng đến khả tạo khí vi khuẩn trình lên men thơng qua ảnh hưởng đến hoạt động enzym hydrogenase_enzyme chìa khóa q trình sản sinh hydro [8, 9], chúng tơi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng FeSO4.7H2O đến trình sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 với nồng độ (mg/l) khác nhau: 0, 1, 10, 50, 100, 500, 1000 Kết thể hình cho thấy chủng Tr2 sinh trưởng mơi trường chứa hàm lượng Fe2+ khác với lượng khí H2 tạo thành dao động khoảng 30,6 ÷ 83,7 ml H2/100 ml dịch nuôi cấy Với nồng độ FeSO4.7H2O 100 mg/l lượng hydro tạo thành đạt mức cao 83,7 ml/100 ml dịch nuôi cấy lượng sinh khối đạt cực đại ( OD 660 nm = 2,956) sau 24 nuôi cấy Như vậy, nồng độ FeSO4.7H2O 100 mg/l thích hợp cho q trình tạo khí hydro vi khuẩn lựa chọn cho thí nghiệm vi khuẩn Nghiên cứu Aalayal cs cho thấy, với chủng Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4 hàm lượng Fe2+ thích hợp 25 mg/l [9] Như vậy, q trình tạo khí phụ thuộc vào hàm lượng sắt chủng khác lại đòi hỏi hàm lượng sắt tối ưu khác cho trình tạo khí lượng sắt tối ưu cho q trình tạo khí chủng Tr2 100 ml/l FeSO4.7H2O 3.3.8 Ảnh hưởng hàm lượng NaCl Tiến hành nghiên cứu trình phát triển tạo khí chủng Tr2 mơi trường có nồng độ muối NaCl khác (g/l): 1, 0,5, 1, 3, (hình 10) cho thấy chủng Tr2 sinh trưởng mơi trường với nồng độ muối khác Tuy nhiên, nồng độ NaCl cao khả tạo khí chủng Tr2 giảm Hàm lượng muối NaCl môi trường là: g/l, g/l, g/l, lượng khí tạo thành khoảng 15,8 ÷ 19,6 ml / 100 ml dịch nuôi cấy Với lượng muối bổ sung vào mơi trường là: 0, 0,5, g/l lượng khí hydro tạo thành cao (48,8 ÷ 84,3 ml khí H2 / 100 ml dịch nuôi cấy) Môi trường không chứa NaCl mơi trường thích hợp cho sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 Hình Ảnh hưởng nồng độ FeSO4.7H2O đến khả sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 594 Hình 10 Ảnh hưởng nồng độ muối NaCl đến khả sinh trưởng tạo khí hydro chủng Tr2 Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến khả tạo khí hydro sinh học chủng vi khuẩn … 3.3.9 Ảnh hưởng nhiệt độ Mỗi chủng vi khuẩn ưa thích dải nhiệt độ thích hợp Kết nghiên cứu khả sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 nhiệt độ 30 oC, 37 oC 55 oC (hình 11) cho thấy, với nhiệt độ 30 oC chủng Tr2 sinh trưởng tạo khí tốt (thể tích khí hydro đạt 93,9 ml/100 ml dịch ni cấy OD 660 nm = 2,67) nhiệt độ 55 oC (nhiệt độ tối ưu cho chủng vi khuẩn ưa nhiệt) chủng ưa ấm khơng sinh trưởng Theo O-Thong cs (2011), nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng vi khuẩn, số vi khuẩn ưa nhiệt: Thermoanaerobacterium aotearoense, Thermoanaerobacterium lactoethylicum phân lập từ suối nước nóng lại có khả sinh trưởng tạo khí hydro khoảng nhiệt độ 55 - 70 oC [10] Tuy nhiên, chủng Tr2 chủng vi khuẩn ưa ấm, Gram âm với dải nhiệt độ thích hợp cho sinh trưởng 30 – 37 oC Vì vậy, chủng khơng thể sinh trưởng tạo khí ni cấy nhiệt độ 55 oC 3.3.10 Ảnh hưởng pH pH môi trường yếu tố quan trọng trình sinh trưởng vi khuẩn, đặc biệt vi khuẩn sinh khí hydro Mỗi loại vi khuẩn sinh trưởng dải pH định, pH thay đổi trình sinh trưởng vi khuẩn thay đổi [12, 13] Trên sở chúng tơi tiến hành thí nghiệm ni cấy chủng Tr2 loại mơi trường có pH khác nhau: 3, 5, 6,5, 7,5, 9,0 Kết hình 12 cho thấy pH có ảnh hưởng lớn tới q trình sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 Trong mơi trường có pH axit (pH 3), chủng sinh trưởng Chủng Tr2 sinh trưởng dải pH từ ÷ với lượng khí hydro tạo thành từ 64,6 ÷ 100 ml/100 ml dịch ni cấy Trong đó, pH 6,5 pH tối ưu cho q trình sinh trưởng tạo khí chủng với lượng khí hydro đạt 100 ml/100 ml dịch ni cấy Hình 11 Ảnh hưởng nhiệt đến khả sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 Hình 12 Ảnh hưởng pH đến khả sinh trưởng tạo khí H2 chủng Tr2 Theo Li cs (2010), pH có ảnh hưởng đến hiệu suất tạo hydro, pH ảnh hưởng đến hoạt động Fe2+ enzyme hydrogenase Ngồi pH cịn ảnh hưởng đến q trình chuyển hóa chất tạo sản phẩm phụ CO2, CH4 Theo nhóm tác giả pH thích hợp cho Clostridium butylicum Clostridium acetobutylicum sinh trưởng tạo khí pH [13] Trong đó, chủng Tr sinh trưởng tạo khí tốt pH đầu vào môi trường nuôi cấy 595 Đặng Thị Yến, Vương Thị Nga, Lại Thuý Hiền, Nguyễn Thị Thu Huyền pH 6,5 Khi chủng bước vào pha log trình sinh trưởng pH mơi trường giảm dần tạo khí nhiều nhât pH (kết khơng trình bày đây) Vì vậy, nói pH pH tối ưu cho q trình tạo khí chủng Tr2 pH đầu vào 6,5 có tác dụng giúp cho chủng Tr2 sinh trưởng tốt để chuẩn bị cho q trình tạo khí diễn mạnh mẽ pha log trình sinh trưởng KẾT LUẬN Từ mẫu phân gia súc khu vực Đông Anh, Chương Mỹ - Hà Nội chọn chủng vi khuẩn Tr2 Gram âm, hình que có khả tạo khí hydro cao ổn định Đã nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố mơi trường đến q trình sinh trưởng tạo khí chủng Tr2 đưa điều kiện mơi trường thích hợp cho chủng sinh trưởng tạo khí hydro cao sau: tuổi giống giai đoạn pha log, tỉ lệ tiếp giống 10 %, glucose (10 g/l), cao men (3 g/l), FeSO4.7H2O (100 mg/l), pH 6,5, nhiệt độ 30 oC Lời cảm ơn Cơng trình thực tài trợ đề tài nghiên cứu cấp Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam (VAST 05.02/11-12) Tiến sĩ Nguyễn Thị Thu Huyền, Trưởng Phòng Vi sinh vật Dầu mỏ, Viện Công nghệ Sinh học làm chủ nhiệm với cộng tác Viện Vệ sinh dịch tễ Trung ương; Viện Nghiên cứu phát triển ứng dụng hợp chất thiên nhiên (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) TÀI LIỆU THAM KHẢO Holladay J D., Hu J., King D L., and Wang Y - An overview of hydrogen production technologies, Catalysis Today 139 (2009) 244-260 Angenent L T., Sung S., and Raskin L - Formation of granules and Methanosaeta fibes in an anaerobic migrating blanket reactor (AMBR), Environmental Microbiology (4) (2004) 315-322 Hawkes F R., Dinsdale R., Hawkes D L., and Hussey I - Sustainable fermentative hydrogen production: Challenges for process optimization, International Journal of Hydrogen Energy 27 (11-12) (2002) 1339-1347 Levin D B., Pitt L., and Love M - Biohydrogen production: prospects and limitation to practical application”, International Journal of Hydrogen Energy 29 (2) (2004) 173-185 Redwood M D., Paterson-Beedle M., and Macaskie L E - Integrating dark and light bio-hydrogen production strategies: towards the hydrogen economy, Review of Environmental Scientific Biotechnology (2009) 149-185 Egorow N X - Thực tập vi sinh vật học, Nhà xuát Mir, Maxcova (người dịch Nguyễn Lân Dũng) 1976 Romano I., Dipasquale L., Orlando P., Lama L., d’Ippolito G., Pascual J., and Gambacorta A - Thermoanaerobacterium thermostercus sp nov., a new anaerobic thermophilic hydrogen-producing bacterium from buffalo-dung, Extremophiles 14 (2010) 233-240 Ferchichi M., Crabbe E., Hintz W., Gil G H., and Almadidy A - Influence of culture parameters on biological hydrogen production by Clostridium saccharoperbutylacetonicum ATCC 27021, World Journal of Microbiology and Biotechnology 21 (2005) 855-862 596 Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến khả tạo khí hydro sinh học chủng vi khuẩn … Alalayal W M., Kalil M S., Kadhum A H., Jamalial M D., Alauj N M - Effect of environmental parameters on hydrogen production using Clostridium Saccharoperbutylacetonicum N1(ATCC 13564), American Journal of Environmental Sciences (2009) 80-86 10 O-Thong S., Hniman A., Prasertsan P., and Imai T - Biohydrogen production from cassava starch processing wastewater by thermophilic mixed cultures, International Journal of Hydrogen Energy 36 (2011) 3409-3416 11 Sakai S., and Yagishita T - Microbial production of hydrogen and ethanol from glycerol containing wastes discharged from a biodiesel fuel production plant in a bioelectrochemical reactor with thionine, Biotechnology and Bioengineering 98 (2007) 340-348 12 Kawagoshi Y., Hino N., Fujimoto A., Nakao M., Fujita Y., Sugimura S., and Furukawa K - Effect of inoculums conditioning on hydrogen fermention and pH effect on bacterial community relevant to hydrogen production, Journal of Bioscience and Bioengineering 100 (2005) 524-530 13 Li Y., Zhu J., Wu X., Miller C., and Wang L - The Effect of pH on Continuous Biohydrogen Production from Swine Wastewater Supplemented with Glucose, Jourmal of Applied Biochemical Biotechnology 162 (2010) 1286-1296 ABSTRACT EFFECT OF ENVIRONMENTAL PARAMETERS ON HYDROGEN PRODUCTION OF STRAIN Tr2 ISOLATED IN VIETNAM UNDER MICROAEROBIC CONDITION Dang Thi Yen, Vuong Thi Nga, Lai Thuy Hien, Nguyen Thi Thu Huyen* Institute of Biotechnology, VAST, 18 Hoang Quoc Viet street, Cau Giay district, Hanoi * Email: ntthuyen@ibt.ac.vn or huyen308@gmail.com Hydrogen energy represents a source of clean and sustainable energy future Process of hydrogen production by fermentative bacteria brings a new hope to the world's energy industry In present study, some bacterial strains having potentiality of hydrogen production were isolated from cattle dungs in Vietnam Amongst, Gram-negative bacterial strain Tr2 was selected since its capacity of hydrogen production was the highest Various environmental factors (pre-culture age, inoculum ratio, carbon source, nitrogen source, iron, sodium chloride, temperature and pH) did affect the growth and hydrogen production of strain Tr2 Optimal conditions for its growth and hydrogen production consisted of age of pre-culture (in the middle of logarit phase), inoculum ratio (10 % v/v), glucose (10 g/l), yeast extract (3 g/l), FeSO4.7H2O (100 mg/l), pH 6,5 at 30 oC Obtained results showed the high potentiality of strain Tr2 in application to dark fermentation for biohydrogen production by native bacteria in Vietnam Keywords: bio-hydrogen production, fermentative bacteria, dark fermentation, microaerobic condition, Vietnam 597 ... 660 nm - Xác định thể tích khí hydro tạo thành theo phương pháp thay nước (water displacement method) - Phân tích chất lượng khí hydro tạo thành máy sắc kí khí GC-TCD (Thermo Trace GC-Thermo... Paterson-Beedle M., and Macaskie L E - Integrating dark and light bio-hydrogen production strategies: towards the hydrogen economy, Review of Environmental Scientific Biotechnology (2009) 14 9-1 85... anaerobic thermophilic hydrogen-producing bacterium from buffalo-dung, Extremophiles 14 (2010) 23 3-2 40 Ferchichi M., Crabbe E., Hintz W., Gil G H., and Almadidy A - Influence of culture parameters