Hình 1.7: Sơ đồ lên men c theo lý thuyết là 4 mol H
Pyruvat được tạo ra từ dưới điều kiện kị khí. Acetyl
dẫn đến sự tạo thành ATP và acetate, s
sự khử Ferredoxin. Ferredoxin khử bị ơ xi hóa bởi hydrogenase, enzym tạo ra Ferredoxin và giải phóng ra các điện tử l
hóa sinh bao gồm:
Pyruvate được oxy hóa th oxidoreductase (PFOR) trong s
Các cơ ch men khác Acetaldehyde dehydrogenase và ethanol dehydrogenase Phosphotransbutyrylase và butyrate kinase
ản xuất hydro sinh học
ên men của Clostridium. Con đường dẫn tới sản l
à 4 mol H2/ mol glucose khi tồn bộ cơ chất chuyển hóa th axit acetic theo đường màu đỏ [65].
ợc tạo ra từ con đường đường phân bị oxy hóa th ới điều kiện kị khí. Acetyl-CoA có thể được chuyển thành Acetyl
ành ATP và acetate, sự ơ xi hóa acetate thành Acetyl
ự khử Ferredoxin. Ferredoxin khử bị ô xi hóa bởi hydrogenase, enzym tạo ra ải phóng ra các điện tử là các phân tử hydro. Các ph
ợc oxy hóa thành acetyl-CoA bởi pyruvate: ferredoxin oxidoreductase (PFOR) trong sự hiện diện của ferredoxin (Fd) (h
Các cơ chất lên men khác Acetaldehyde dehydrogenase và ethanol dehydrogenase Phosphotransacetylase và acetate kinase Phosphotransbutyrylase và
ờng dẫn tới sản lượng tối đa ất chuyển hóa thành
ị oxy hóa thành Acetyl-CoA ành Acetyl-phosphate và ành Acetyl-CoA đòi hỏi ự khử Ferredoxin. Ferredoxin khử bị ơ xi hóa bởi hydrogenase, enzym tạo ra . Các phản ứng hóa học
ởi pyruvate: ferredoxin ự hiện diện của ferredoxin (Fd) (hình 1.7).
Ferredoxin khử cũng đ
tác bởi NADH: ferredoxin oxidoreductase (NFOR):
Hydro được giải phóng electron từ ferredoxin.
Theo lý thuyết sản l clostridium là 4 mol H
Khi glucose đư xuống còn 2 mol:
Trong số các vi khuẩn kỵ khí l được nghiên cứu rộng r
32]. Sản lượng hydro khi nuôi cấy các chủng
acetobutylicum, C. bifermentans
paraputrificum, C. pasteurianum, C. saccharoperbutylacetonicum, C.
thermosuccinogenes và
tối ưu cho các vi khuẩn khác nhau từ 1.1 mol H hexose tùy thuộc vào đi
Theo nghiên cứu của Leena B v cho sản lượng hydro 3.35 mol H [35]. Vi khuẩn kị khí bắt buộc nh hydro với hàm lượng 1.8 đến thể sử dụng được nhiều loại c cellobiose, sucrose và fructose v khi lên men mẻ trong suốt 24 giờ đạt 2.1± 0.7 mol H2 / mol glucose [61
Clostridium beijerinckii
ra hydro với sản lượng cao, đạt 2.31 mol/mol xylose tại điều kiện pH 8.0, 400c [12]. Clostridium saccharoperbutylacetoniciun
ử cũng được hình thành trong phản ứng với NADH đ erredoxin oxidoreductase (NFOR):
ợc giải phóng bởi hydrogenases xúc tác khử proton sử dụng các ừ ferredoxin.
ết sản lượng hydro tạo ra tối đa từ quá tr clostridium là 4 mol H2/ mol glucose khi toàn bộ cơ chất chuyển th
Khi glucose được chuyển hóa thành axit butyric thì sản l
ố các vi khuẩn kỵ khí lên men hydro, Clostridium
ứu rộng rãi việc sản xuất hydro từ carbohydrate khác nhau ợng hydro khi nuôi cấy các chủng Clostridium thuần khiết
bifermentans, C. butyricum, C. kluyveri, C. lentocellum, C.
paraputrificum, C. pasteurianum, C. saccharoperbutylacetonicum, C.
và C. thermolacticum đã được kiểm tra [41] ẩn khác nhau từ 1.1 mol H2 / mol hexose đ vào điều kiện môi trường [41].
ứu của Leena B và cộng sự, chủng Clostridium ợng hydro 3.35 mol H2/mol glucose tại điều kiện nhiệt độ 37
ẩn kị khí bắt buộc như Clostridium beijerincki AM21B có th ợng 1.8 đến 2.0 mol H2/mol glucose. Chủng vi khuẩn n
ợc nhiều loại cơ chất carbohydrate như xylose, arabinose, galactose, cellobiose, sucrose và fructose với hiệu suất từ 15.7 đến 19.0 mmol hydro/g c
ẻ trong suốt 24 giờ [70]. Clostridium beijerincki / mol glucose [61]. Theo nghiên cứu của Dan
Clostridium beijerinckii YA001 cũng là chủng đã được chứng tỏ có khả năng sinh
ợng cao, đạt 2.31 mol/mol xylose tại điều kiện pH 8.0,
Clostridium saccharoperbutylacetoniciun N1-4 trong đi
ản ứng với NADH được xúc
ởi hydrogenases xúc tác khử proton sử dụng các
ợng hydro tạo ra tối đa từ quá trình lên men của ất chuyển thành axit axetic:
ản lượng hydro giảm
Clostridium là chi nổi bật và
ệc sản xuất hydro từ carbohydrate khác nhau [26, 28, ần khiết bao gồm C.
C. butyricum, C. kluyveri, C. lentocellum, C.
paraputrificum, C. pasteurianum, C. saccharoperbutylacetonicum, C.
[41]. Sản lượng hydro / mol hexose đến 2.6 mol H2 / mol
Clostridium sp. DMHC -10
ại điều kiện nhiệt độ 370 C, pH 7 AM21B có thể tạo ra ủng vi khuẩn này cũng có ư xylose, arabinose, galactose, ừ 15.7 đến 19.0 mmol hydro/g cơ chất
incki cho sản lượng hydro
ứu của Dan An và cộng sự ợc chứng tỏ có khả năng sinh ợng cao, đạt 2.31 mol/mol xylose tại điều kiện pH 8.0, nhiệt độ 4 trong điều kiện nuôi cấy
theo mẻ có thể cho sản lượng hydro đạt 4.628-7627 ml H2/L với cơ chất là rác thải nông nghiệp đã qua xử lí, bao gồm cám gạo, cám gạo loại dầu, tinh bột cây cọ và chất thải từ nhà máy sản xuất dầu cọ [79]. Clostridium acetobutycium cho sản lượng 2.41 mol H2/ mol glucose khi sử dụng nguồn cơ chất là tinh bột sắn [79]. Những kết quả này cho thấy các chủng Clostridium sp. có thể được ứng dụng để sản xuất H2 trên cellulose và hemicellulose tồn tại dồi dào trong sinh khối cũng như rác thải nông nghiệp [79].
Bảng 1.3: Sản lượng hydro từ các cơ chất khác nhau của một số loài thuộc chi
Clostridium [79]
Cơ chất Vi sinh vật Sản lượng H2
Tinh bột sắn Clostridium acetobutycium 2.41 mol H2/mol glucose Tinh bột ngô Clostridium pasteurianum 194 mL H2/g tinh bột Tinh bột khoai tây Clostridium butyricum 2.4 mol H2/mol glucose
Tinh bột Clostridium butyricum 1.9 mol H2/mol glucose Tinh bột ngô Clostridium butyricum 390 mL H2/g tinh bột
Tinh bột Clostridium amydalinum C9 2.6 mol H2/mol glucose Nước thải Clostridium butyricum 2.7 mol H2/mol glucose Tinh bột mì Clostridium beijerinkii 90 mL H2/g tinh bột
Chi Clostridium còn được nghiên cứu để sản xuất H2 bằng qui trình lên men liên tục [32, 37, 69, 77]. Trong quá trình lên men liên tục, tốc độ sinh hydro cao nhất của Clostridium là 20.4 và 21.7 mmol/L.h [69] với hiệu suất 1.4 mol H2/ mol glucose. Những hàm lượng cao hơn như 2.4 mol/mol thường đi kèm với tốc độ tạo H2 thấp hơn 7 mmol/L.h [69]. Kết quả cũng tương tự trên xylose, tốc độ sinh H2 21.0 mmol/L.h được xác định với hàm lượng 1.7 H2/mol xylose [79].
Đã có những nghiên cứu về sự nuôi cấy kết hợp giữa các loài thuộc chi Clostridium với các nhóm vi khuẩn khác nhằm làm tăng hiệu suất trong quá trình sản xuất hydro sinh học thông qua việc sử dụng các sản phẩm phụ trong quá trình lên men, đặc biệt là các axit béo dễ bay hơi và tạo điều kiện kị khí nghiêm ngặt trong môi trường nuôi cấy. Thực hiện nuôi cấy theo mẻ sử dụng hỗn hợp Clostidium
butyricum và Enterobacter aerogene. Sản lượng hydro đạt được là 2.4 mol H2/ mol
glucose [85].