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JPS6349997B2 - - Google Patents
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JPS6349997B2 - - Google Patents

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JPS6349997B2
JPS6349997B2 JP18245383A JP18245383A JPS6349997B2 JP S6349997 B2 JPS6349997 B2 JP S6349997B2 JP 18245383 A JP18245383 A JP 18245383A JP 18245383 A JP18245383 A JP 18245383A JP S6349997 B2 JPS6349997 B2 JP S6349997B2
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JP
Japan
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bacteria
hydrogen
glucose
medium
culture
Prior art date
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Expired
Application number
JP18245383A
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Japanese (ja)
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JPS6075288A (en
Inventor
Atsushi Myake
Sugio Kawamura
Akio Sato
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、微生物法によりグルコースから水素
を生産させるものである。 地球上に存在する有機物質源はセルロースの如
きグルコースを基本単位とする物質として存在す
る。従つて、このグルコースの効率的な利用方法
が近年、検討されているが、その利用手段のひと
つとして、グルコースを効率よく分解して水素に
転換する方法が検討されている。 従来、光合成細菌はリンゴ酸、乳酸等の有機酸
を効率よく水素に転換することが知られている
が、グルコース等の糖を水素に転換する効率は一
般に低い。 また、クロストリジウム属に属する細菌も糖
や、有機物を水素に転換する能力のあることが知
られており、グルコース等の糖を水素に転換する
際には上限があり、一定限度の水素しか得られな
い。この理由はクロストジウム属の細菌はグルコ
ースを完全に炭酸ガスと水素にまで分解すること
ができず、炭酸ガスと有機酸と水素に分解するか
らである。 他方、最近では光合成細菌と他の細菌との混合
培養により、グルコースから水素を生成させた例
として、ロドスピリラム・ルブラムとクレブシー
ラ・ニユーモニア(Biotechnol&
Bioengineering1981、VoI23)、及びロドスピリ
ラム・ルブラムとクロストリジウム・ブチリカム
(日本の科学技術1983)などが知られている。 そこで、本発明者らはこのたび自然界より新し
く分離したロドシユウドモナス・カプシユラータ
類似の菌を中心とした光合成細菌と市販のクロス
トリジウム属細菌との混合培養によるグルコース
からの水素生産について、鋭意研究をすゝめてき
た結果、本発明を完成するに至つたものである。 すなわち、本願発明は、微生物法によりグルコ
ースから水素を生産させるにあたり、ロドシユウ
ドモナス属に属する光合成細菌とクロストリジウ
ム属に属する細菌を混合培養することを特徴とす
る微生物による水素生産法に関するものである。 なお、本菌株の菌学的性質は以下に示すとおり
である。 菌学的性質 形態:楕円状、ねじれがない。バクテリオクロロ
フイル及びカロチノイドを有し、赤褐色を呈す
る。 生育条件:嫌気かつ光照射下で酢酸、乳酸、酪
酸、リンゴ酸などの有機酸を炭素源として生育 資化能 (嫌気、光照射下) チオ硫酸 − プロピオン酸 + マンニトール + ソルビトール + ビタミン要求性 niasin B1必要 ビオチン ± 以上の菌学的性質からバージエ・マニユアル第
7版により検索した結果、光合成色素を有する点
及び光照射下で生育し、体内に硫黄粒を有しない
点から、非硫黄光合成細菌であると認められた。
また、非硫黄光合成細菌のうち、ねじれのない楕
円状の形態を有する点からロドシウトモナス属
(Rhodopseudomonas)に属することが認められ
た。また、チオ硫酸では生育しないが、プロピオ
ン酸では生育する点からロドシユウドモナスカプ
シユラータ(Rhodopseudomonas capsulata)
であると認められた。しかし、ロドシユウトモナ
ス・カプシユラータはマンニトール、ソルビトー
ルでは生育しないとされている点では、本菌はロ
トシユウトモナス・カプシユラータ類似ではある
が、あるいはロドシユウドモナスに属する新しい
菌であるとも考えられる。本菌株はとり敢えずロ
ドシユウドモナスSP・RVと命名し、FERMP−
7254号として寄託さている。 本発明に供される光合成細菌としては、ロドシ
ユウドモナス属であればいずれの菌でよいが、好
適な菌としては前記のロドシユウドモナス・RV
−1を例示できる。 また、クロストリジウム属細菌としては該属菌
であればいずれの菌でもよく、代表例示菌として
市販のクロストリジウム・バチリカム
(IFO13949)が挙げられる。 これらの菌の混合培養によるグルコースから水
素の生産は通常、培地に対し1g/ml以下グルコ
ース及び光の共存下でおこなわれるがその他の培
養源として例えば、次の栄養培地により培養され
る。 また、培養温度は25〜35℃、好ましくは30℃付
近がよく、PHも7〜9、好ましくは8付近がよ
い。 培地組成(第1表) リン酸ナトリウム 0.1M グルコース 50mM グルタミン酸 10mM ペプトン 0.1% 酵母エキス 0.1% 肉エキス 0.05% FeSO4 0.001% MgSO4 0.02% EDTA 0.002% ビタミン ビオチン、B2、Paba、Nicotinate
微量 PH 微量 その他金属化合物 また、これらの混合菌を寒天、カラギーナン、
ホリアクリルアミド等の通常の固定化担体により
包括して用いることも可能である。そして、固定
化にあたつては、菌単独の固定化よりも混合菌の
ゲル包括による固定化の方が菌の共存による安定
化に役立ち好結果を示す。 次に、水素の生産は、第1段階ではクロストリ
ジウム属細菌によりグルコースから酪酸、酢酸な
どの水素が生成される。 次いで、生成された有機酸を光合成細菌が利用
し水素を生成させる。 このように共存菌が相互に作用する。このた
め、クロストリジウム細菌単独で作用させる場
合、有機酸による培地のPHが低下しやすいが混合
系では生成された有機酸共存する光合成細菌に直
ちに利用され、培地のPHの低下は起らなくなり安
定化する。一方、光合成細菌単独の場合に較べ混
合系では共存菌がそれぞれ水素生成がおこなわれ
る結果、水素生産速度が早くなるという効果が奏
される。 次に、光合成細菌に対する光の照射は通常、
1klux〜100kluxでおこなわれ、光源としては太
陽光線、人工光線など適宜、選択される。 以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例 1 ロドシユウドモナス・SP・RV(FERMP−
7254)100mg(wet)及びクロストリジウム・バ
チリカム(IFO 13949)40mg(wet)を混合し、
200mlの偏平なガラス製培養びん中で、第2表の
D培地を用いて溶解した2%寒天40ml中に固定化
した。(ゲルの寸法120×55×6mm) 次いで、培養びんに第2表の培地A160mlを入
れ、嫌気的に光照射(1klux)下、2日間培養し
たのち、培地を第2表のB培地と交換し、嫌気的
に10kluxの光照射を行つた。培養ビンは30℃恒
温槽中に保持した。 図に示す通り、200時間にわたつて安定した水
素発生が続いた。この結果グルコース1molから
約9molの水素が発生していることが認められた。
又、図に示すように、培地のPHの変動も比較的少
なかつた。
The present invention produces hydrogen from glucose using a microbial method. Organic material sources existing on the earth exist as substances such as cellulose that have glucose as the basic unit. Therefore, efficient methods of utilizing this glucose have been studied in recent years, and as one of the means of utilization, a method of efficiently decomposing glucose and converting it into hydrogen has been investigated. Conventionally, photosynthetic bacteria have been known to efficiently convert organic acids such as malic acid and lactic acid into hydrogen, but their efficiency in converting sugars such as glucose into hydrogen is generally low. Bacteria belonging to the genus Clostridium are also known to have the ability to convert sugars and organic matter into hydrogen, and there is an upper limit to the conversion of sugars such as glucose into hydrogen, and only a certain amount of hydrogen can be obtained. do not have. The reason for this is that bacteria of the genus Clostodium cannot completely decompose glucose into carbon dioxide and hydrogen, but instead decompose it into carbon dioxide, organic acids, and hydrogen. On the other hand, recent examples of hydrogen production from glucose through mixed culture of photosynthetic bacteria and other bacteria include Rhodospirillum rubrum and Klebscilla pneumonia (Biotechnol &
Bioengineering 1981, VoI 23), and Rhodospirillum rubrum and Clostridium butyricum (Japanese Science and Technology 1983). Therefore, the present inventors have been conducting intensive research on hydrogen production from glucose through a mixed culture of photosynthetic bacteria, mainly Rhodosyudomonas capsulata-like bacteria recently isolated from nature, and commercially available Clostridium bacteria. As a result of these efforts, we have completed the present invention. That is, the present invention relates to a hydrogen production method using microorganisms, which is characterized in that a photosynthetic bacterium belonging to the genus Rhodosium and a bacterium belonging to the genus Clostridium are mixedly cultured in producing hydrogen from glucose by a microbial method. . The mycological properties of this strain are as shown below. Mycological properties: Shape: oval, no twist. It contains bacteriochlorophyll and carotenoids and has a reddish-brown color. Growth conditions: Growth and assimilation ability using organic acids such as acetic acid, lactic acid, butyric acid, and malic acid as carbon sources under anaerobic and light irradiation (anaerobic and under light irradiation) Thiosulfate - Propionic acid + Mannitol + Sorbitol + Vitamin requirement niasin B 1 Required biotin It was recognized that
Furthermore, among non-sulfur photosynthetic bacteria, it was recognized that it belongs to the genus Rhodopseudomonas due to its untwisted, oval shape. In addition, Rhodopseudomonas capsulata (Rhodopseudomonas capsulata) does not grow in thiosulfate but grows in propionic acid.
It was recognized that However, since it is said that Rhodosyutomonas capsulata does not grow in mannitol or sorbitol, this bacterium is similar to Rhodosyutomonas capsulata, or it may be a new fungus belonging to Rhodosyudomonas. This strain was tentatively named Rhodosyudomonas SP/RV, and FERMP-
It has been deposited as No. 7254. As the photosynthetic bacteria used in the present invention, any bacteria of the genus Rhodosyudomonas may be used, but suitable bacteria include the aforementioned Rhodosyudomonas RV.
-1 can be exemplified. The bacteria of the genus Clostridium may be any bacteria of the genus, and commercially available Clostridium vaticum (IFO13949) is a representative example. Production of hydrogen from glucose by mixed culture of these bacteria is usually carried out in the presence of glucose and light at a concentration of 1 g/ml or less per culture medium, but other culture sources may be used, such as the following nutrient medium. Further, the culture temperature is preferably 25 to 35°C, preferably around 30°C, and the pH is preferably 7 to 9, preferably around 8. Medium composition (Table 1) Sodium phosphate 0.1M Glucose 50mM Glutamic acid 10mM Peptone 0.1% Yeast extract 0.1% Meat extract 0.05% FeSO 4 0.001% MgSO 4 0.02% EDTA 0.002% Vitamins Biotin, B 2 , Paba, Nicotinate
Trace amounts of PH Trace amounts of other metal compounds In addition, these mixed bacteria can be mixed with agar, carrageenan,
It is also possible to use it encased in a common immobilization carrier such as polyacrylamide. In immobilization, immobilization of a mixture of bacteria by gel entrapment is more effective in stabilizing bacteria due to their coexistence than immobilization of bacteria alone, and shows better results. Next, in the first stage of hydrogen production, Clostridium bacteria produce hydrogen such as butyric acid and acetic acid from glucose. Next, photosynthetic bacteria utilize the organic acids produced to produce hydrogen. In this way, coexisting bacteria interact with each other. For this reason, when Clostridium bacteria act alone, the PH of the medium tends to drop due to the organic acid, but in a mixed system, the generated organic acid is immediately utilized by the coexisting photosynthetic bacteria, and the PH of the medium does not drop, resulting in stabilization. do. On the other hand, compared to the case where only photosynthetic bacteria are used, in a mixed system, each of the coexisting bacteria produces hydrogen, resulting in a faster hydrogen production rate. Next, irradiation of light to photosynthetic bacteria usually
It is performed at 1 klux to 100 klux, and the light source is appropriately selected such as sunlight or artificial light. Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples. Example 1 Rhodosyudomonas SP RV (FERMP-
7254) 100 mg (wet) and Clostridium batylicum (IFO 13949) 40 mg (wet),
The cells were immobilized in 40 ml of 2% agar dissolved using medium D in Table 2 in a 200 ml flat glass culture bottle. (Dimensions of gel: 120 x 55 x 6 mm) Next, put 160 ml of medium A in Table 2 into a culture bottle, culture under anaerobic light irradiation (1 klux) for 2 days, and then replace the medium with medium B in Table 2. Then, 10klux of light was irradiated anaerobically. The culture bottle was kept in a 30°C constant temperature bath. As shown in the figure, stable hydrogen generation continued for 200 hours. As a result, it was confirmed that approximately 9 mol of hydrogen was generated from 1 mol of glucose.
Furthermore, as shown in the figure, there was relatively little variation in the pH of the culture medium.

【表】 実施例 2 ロドシユウドモナス SP・RV(FERMP−No.
7254)100mg(wet)を200mlの偏平なガラス製培
養びん中で、第2表のD培地を用いて溶解した2
%寒天40ml中に固定化後、第3表のC培地で2日
間培養した。同様にクロストリジウム・バチリカ
ム(IFO 13949)40mlを前記と同じ方法により2
%寒天10ml中に固定化後、第3表のD培地で2日
間培養した。 次いで、第2表のB培地と交換し、嫌気的に
10kluxの光照射を行つた結果、グルコース1mol
から約3.8molの水素が得られた。 この実験結果からそれぞれの菌を単独に固定化
するよりも、実施例1に示すように、混合菌を固
定化した方が、より水素の生産能が高いことが認
められた。
[Table] Example 2 Rhodosyudomonas SP/RV (FERMP-No.
7254) 100 mg (wet) was dissolved in a 200 ml flat glass culture bottle using D medium in Table 2.
After immobilization in 40 ml of % agar, the cells were cultured for 2 days in C medium shown in Table 3. Similarly, 40 ml of Clostridium batylicum (IFO 13949) was added in the same manner as above.
After immobilization in 10 ml of % agar, the cells were cultured for 2 days in medium D shown in Table 3. Next, replace with B medium in Table 2 and anaerobically
As a result of 10 klux light irradiation, 1 mol of glucose
Approximately 3.8 mol of hydrogen was obtained. From the results of this experiment, it was found that the hydrogen production ability was higher when a mixture of bacteria was immobilized as shown in Example 1 than when each bacteria was immobilized individually.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図はロドシユウドモナス SP・RVとクロスト
リジウム・バチリカムの混合固定化培養によるグ
ルコースからの水素発生を示し、縦軸に水素発生
量(ml)とグルコース濃度(mM)、培養液のPH
を示し横軸に経過期間を示す。 なお、●−●は水素発生量、△…△はグルコー
ス濃度、□…□は培養液のPHを示す。
The figure shows hydrogen generation from glucose by a mixed immobilized culture of Rhodosyudomonas SP/RV and Clostridium vaticilium. The vertical axis shows the hydrogen generation amount (ml) and glucose concentration (mM), and the pH of the culture medium.
and the elapsed period is shown on the horizontal axis. Note that ●−● indicates the hydrogen generation amount, △...△ indicates the glucose concentration, and □...□ indicates the pH of the culture solution.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 微生物法により、グルコースから水素を生産
させるにあたり、ロドシユウドモナス属に属する
光合成細菌とクロストリジウム属に属する細菌を
混合培養することを特徴とする微生物による水素
生産法。
1. A method for producing hydrogen from glucose using a microorganism, which is characterized by culturing a mixture of photosynthetic bacteria belonging to the genus Rhodosyudomonas and bacteria belonging to the genus Clostridium.
JP18245383A 1983-09-30 1983-09-30 Production of hydrogen by microorganism Granted JPS6075288A (en)

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KR100467789B1 (en) * 2002-04-30 2005-01-24 한국에너지기술연구원 Method for hydrogeon production from anaerobic fermentation of organic compoound
KR100442741B1 (en) * 2002-04-30 2004-08-02 한국에너지기술연구원 Process for hydrogeon production from biological reaction of organic wastes

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