JPS6075288A - Production of hydrogen by microorganism - Google Patents

Production of hydrogen by microorganism

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JPS6075288A
JPS6075288A JP18245383A JP18245383A JPS6075288A JP S6075288 A JPS6075288 A JP S6075288A JP 18245383 A JP18245383 A JP 18245383A JP 18245383 A JP18245383 A JP 18245383A JP S6075288 A JPS6075288 A JP S6075288A
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hydrogen
glucose
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clostridium
genus
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Atsushi Miyake
淳 三宅
Sugio Kawamura
川村 杉生
Akio Sato
昭雄 佐藤
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Abstract

PURPOSE:To produce hydrogen, by the mixed culture of a photosynthetic bacterial strain belonging to Rhodopseudomonas genus and a bacterial strain belonging to Clostridium genus in a medium containing glucose. CONSTITUTION:A novel photosynthetic bacterial strain, Rhodopseudomonas SP. RV (FERM-P No.7254) has been separated from a natural source. The strain is cultured in combination with a strain belonging to Clostridium genus, e.g. Clostridium bacillicum (IFO13949) in a conventional medium containing <=1g/ml of glucose at 25-35 deg.C in the presence of light. Butyric acid and acetic acid, etc. are produced from glucose in the first stage by the action of the bacteria belonging to clostridium genus, and hydrogen is produced in the second stage by Rhodopseudomonas SP.RV from the produced organic acids.

Description

【発明の詳細な説明】 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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention produces hydrogen from glucose by a microbial method.

地球上に存在する有機物資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どして存在する従って、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。
The organic resources that exist on earth are substances such as cellulose that have glucose as the basic unit.Therefore, efficient methods of using glucose have been studied in recent years. Methods of efficiently decomposing hydrogen and converting it into hydrogen are being studied.

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、7づ・コース
等の糖を水素に転換する効率は一般に低い。
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 7-cose into hydrogen is generally low.

また、クロストリジウム属に属する細菌も糖や、有楼物
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。
Bacteria belonging to the genus Clostridium are also known to have the ability to convert sugars and other substances into hydrogen, and there is an upper limit when converting sugars such as glucose into hydrogen, and only a certain amount of hydrogen can be used. I can't get it.

この理由はクロストリウム属の細菌は、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。
The reason for this is that bacteria of the genus Clostrium cannot completely decompose glucose into carbon dioxide and hydrogen, but instead decompose it into carbon dioxide, organic acids, and hydrogen.

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e = ニー モニ
ア (Biotechnol、&Bioenginee
ring 198LVoI23)、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。
On the other hand, recent examples of hydrogen production from glucose through mixed culture of photosynthetic bacteria and other bacteria include Rhodospirillum rubrum and Klebsiella e = mnemonia (Biotechnol, &Bioengineering).
ring 198LVoI23), and Rhodospirillum rubrum and Clostridium butyricum (Japanese Science and Technology 1983).

そこで、本発明者らはこのたび自然界より新しく分離し
たロドシュウドモナス・カブシュ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からの水素生産につい
て、鋭意研究をす\めてきた結果、本発明を完成するに
至ったものである。
Therefore, the present inventors have conducted intensive research on hydrogen production from photosynthetic bacteria, mainly Rhodopseudomonas cavusulata-like bacteria newly isolated from the natural world, and commercially available cloth. This led to the completion of the invention.

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、ロドシュウドモナス属に属
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。
That is, the present invention relates to a hydrogen production method using a microorganism, which is characterized in that a photosynthetic bacterium belonging to the genus Rhodomonas and a bacterium belonging to the genus Clostridium are mixedly cultured in producing hydrogen from glucose by a microbial method. .

なお、本菌株の菌学的性質は以下に示すとおりである。The mycological properties of this strain are as shown below.

1″A学的性質 形 態 :楕円状、ねじれかない。1″A logical property Shape: Oval, not twisted.

バクテリオクロロフィル及びカ ロチノイドを有し、赤褐色を呈 する。Bacteriochlorophyll and mosquitoes It has rotinoid and has a reddish brown color. do.

′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 十 マンニトール + ソルビトール + ビタミン要求性 ビオチン − 以上の菌学的・乳質からバージエ・マニュアル第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。
′Growth conditions: Ability to grow and assimilate organic acids such as acetic acid, lactic acid, butyric acid, and malic acid as carbon sources under anaerobic conditions and light irradiation (anaerobic and under light irradiation) Thiosulfuric acid − Propionic acid Decamannitol + Sorbitol + Vitamin requirement Biotin - Based on the above mycology and milk quality, a search using the Virgier Manual 7th edition revealed that it is a non-sulfur photosynthetic bacterium because it has photosynthetic pigments, grows under light irradiation, and does not have sulfur grains in its body. It was recognized that

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(Rhodop
eeudomonas)に属することが認められた。
Among non-sulfur photosynthetic bacteria, the genus Rhodosium
eudomonas).

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ュウドモナスカプシュラータ(Rh
odopseudomonas capsulata)
であると認められた。しかし、ロドシュウトモナス・カ
プシュ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、本菌はロトシュウトモナス・
カブシュラータ類似ではあるが、あるいはロドシュウド
モナスに属する新しい函であるとも考えられる。本菌株
はとり敢えずロドシュウドモナX5P−RVと命名し、
FERM P−、、,7,? r+号として寄託されて
いる。
In addition, Rhodos pseudomonas capsulata (Rh) does not grow in thiosulfate but grows in propionic acid.
odopseudomonas capsulata)
It was recognized that However, since Rhodoshutomonas capsulata is said to not grow in mannitol or sorbitol, this bacterium is Rhodoshutomonas capsulata.
Although it is similar to Kabusulata, it is also thought to be a new box belonging to Rhodopseudomonas. This strain was tentatively named Rhodopseudomonas X5P-RV.
FERM P-,,,7,? It has been deposited as number r+.

本発明に供される光合成細菌としては、ロドシュウドモ
ナス属であればいずれの菌でよいが、好適な菌としては
前記のロドシュウドモナス・RV−1を例示できる。
As the photosynthetic bacterium used in the present invention, any bacterium of the genus Rhodomonas may be used, and the above-mentioned Rhodopseudomonas RV-1 can be exemplified as a suitable bacterium.

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。
The bacteria of the genus Clostridium may be any bacteria of the genus, and commercially available Clostridium vaticum (IFO13949) is a representative example.

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l’l/−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。
Production of hydrogen from glucose by mixed culture of these bacteria is usually carried out in the coexistence of glucose and light of less than l'l/- to the medium, but other culture sources include, for example,
Cultured using the following nutrient medium:

また、培養温度は25〜35℃、好ましくは30℃付f
di’j、 < 4 pHも7〜9、好ましくは8付近
がよい。
In addition, the culture temperature is 25 to 35°C, preferably 30°C.
di'j, < 4 The pH is also preferably 7 to 9, preferably around 8.

培地組成(第1表) リン酸ナトリウム 0.1 M グルコース 5QmM グルタミン酸 13mM ペプトン 0.1 % 酵母エキス 0.1′・% 肉エキス 0.05 % FeSO40,001% MgF304 0.02 % EDTA O,002“7% ビタミン ビオチン、 B2 、 Paba、 微量N
1cotinate 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、固定化にあたっては、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。
Medium composition (Table 1) Sodium phosphate 0.1 M Glucose 5QmM Glutamic acid 13mM Peptone 0.1% Yeast extract 0.1'.% Meat extract 0.05% FeSO40,001% MgF304 0.02% EDTA O,002 “7% Vitamins Biotin, B2, Paba, Trace N
1 cotinate pH Trace amounts of other metal compounds It is also possible to use a mixture of these bacteria encased in a conventional immobilization carrier such as agar, carrageenan, or polyacrylamide. In immobilization, immobilization of a mixture of bacteria by gel entrapment is more effective for stabilization due to the coexistence of bacteria and shows better results than immobilization of bacteria alone.

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。
Next, in the first stage of hydrogen production, Clostridium bacteria produce hydrogen such as butyric acid and acetic acid from glucose.

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。
Next, photosynthetic bacteria utilize the organic acids produced to produce hydrogen.

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p拗イ低下しやすいが混合系では生成された有GM
m共存する光合成細菌に直ちに利用され、培地のpHg
)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。
In this way, coexisting bacteria interact with each other. For this reason, when Clostridium bacteria are used alone, the pH of the medium tends to decrease due to organic acids, but in a mixed system, GM-containing bacteria produced
Immediately utilized by the coexisting photosynthetic bacteria, the pHg of the medium
) The decline will no longer occur and it will become stable. 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.

次に、光合成細菌に対する光の照射は通常、1kl u
x〜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。
Next, the irradiation of light to photosynthetic bacteria is usually 1 kl u
x to 100 klux, and the light source is appropriately selected from sunlight, artificial light, etc.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.

実施例 1 0ドシユウドモナス・SI)−RV(FERMP−7”
(25’r )100■(wet)及びクロストリジウ
ム・バチリカム(IFO13949)40111g(W
O2を混合し、200rnl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4〇−
中に固定化した。(ゲルの寸法120X55X6朋) 次いで、培養びんに第2表の培地A160.zを入れ、
嫌気的に光照射(lklux)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10klu
xの光照射を行った。培養ビンは30℃恒温槽中に保持
した。
Example 1 0 Dosyudomonas SI)-RV (FERMP-7”
(25'r) 100■ (wet) and Clostridium batylicum (IFO13949) 40111g (W
40-2% agar mixed with O2 and dissolved using medium D from Table 2 in a 200 rnl flat glass culture bottle.
immobilized inside. (Gel dimensions: 120 x 55 x 6) Next, add medium A160. from Table 2 to a culture bottle. Enter z,
After culturing anaerobically under light irradiation (lklux) for 2 days, the medium was replaced with B medium in Table 2, and 10klu was grown anaerobically.
x light irradiation was performed. The culture bottle was kept in a 30°C constant temperature bath.

図に示す通り、200時間にわたって安定した水素発生
が続いた。この結果グルコースl molから約9 m
olの水素が発生していることが認められた。
As shown in the figure, stable hydrogen generation continued for 200 hours. As a result, approximately 9 m from 1 mol of glucose
It was observed that ol hydrogen was generated.

又、図に示すように、培地のpHtD変動も比較的少な
かった。
Furthermore, as shown in the figure, the pHtD fluctuation of the medium was also relatively small.

培地組成 (第2表) ゛A培地B培地C培地り培地 Na2HPO4100mM 100mM 100mM 
100mMグルコース 501TIM32.5mM 0
 50mM酪酸 0 0 50mM Q グルタミン酸 IQmM 1.25mM 10mM O
酵母エキX O,02% OO0,4%ペプトン 0.
02% o o o、t、;s肉エキスo、oi % 
o o o、z、*に2HP0. 4.2mM 同左 
同左 同左K)I2PO45,4mM tt 〃〃Mg
SO4、’ 17mM// tt ttFeSO478
μlvi tt tt ttCaC12680ILM 
tt 〃ttEDTA 50μM // // ttH
3B03 45μM// JF ttNa2Mo04 
・2H208,8μM /I /F //ZrbSO4
・ 7H200,8μlVI tt // //MII
SO4” 4H209,4PM tt tt 〃ビオチ
ン 微量 〃〃〃 ビタミンB、 同上 〃〃〃 p・アミノ安息香酸 同上 〃〃〃 ニコチン酸 同上 〃〃〃 ニコチン酸アミド 同上 〃〃〃 pH8888 実施例 2 0ドシユウドモナス 5P−RV (FERMP −N
(L q2F4 ) 100 ma (wet)を20
0.J’+7)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40.nl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(IFO13949)40−を前
記と同じ方法により2%寒天10−中に固定化後、第3
表のD培地で2日間培養した。
Medium composition (Table 2) A medium B medium C medium Na2HPO4 100mM 100mM 100mM
100mM glucose 501TIM32.5mM 0
50mM butyric acid 0 0 50mM Q glutamic acid IQmM 1.25mM 10mM O
Yeast Extract X O.02% OO0.4% Peptone 0.
02% o o o, t,;s meat extract o, oi %
o o o, z, *2HP0. 4.2mM Same as left
Same as left Same as left K) I2PO45,4mM tt 〃〃Mg
SO4,' 17mM // tt ttFeSO478
μlvi tt tt ttCaC12680ILM
tt 〃ttEDTA 50μM // // ttH
3B03 45μM // JF ttNa2Mo04
・2H208, 8μM /I /F //ZrbSO4
・7H200, 8μl VI tt // // MII
SO4" 4H209,4PM tt tt 〃Biotin Trace amount 〃〃〃 Vitamin B, same as above 〃〃〃 p-aminobenzoic acid Same as above 〃〃〃 Nicotinic acid Same as above 〃〃〃 Nicotinic acid amide Same as above 〃〃〃 pH8888 Example 2 0 Dosyudomonas 5P- RV (FERMP-N
(L q2F4) 100 ma (wet) to 20
0. J'+7) 40% 2% agar dissolved using medium D from Table 2 in a flat glass culture bottle. After immobilization in nl, the cells were cultured for 2 days in C medium shown in Table 3. Similarly, after immobilizing Clostridium vaticum (IFO13949) 40- in 2% agar 10- by the same method as above, the third
The cells were cultured in medium D shown in the table for 2 days.

次いで、第2表のB培地と交換し、嫌気的に10klu
xの光照射を行った結果、グルコースl molから約
3.8molの水素が得られた。
Next, replace the medium with B medium in Table 2 and anaerobically add 10 klu.
As a result of the x light irradiation, about 3.8 mol of hydrogen was obtained from 1 mol of glucose.

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か認められた。
From this experimental result, it is better to immobilize a mixture of bacteria as shown in Example 1 than to immobilize each bacteria individually.
It was recognized that the hydrogen production capacity was higher.

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

図はロドシュウドモナス 5P−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0 100 200
The figure shows hydrogen production from glucose by mixed immobilization culture of Rhodopseudomonas 5P-RV and Clostridium vaticilium, and the vertical axis shows hydrogen production 0 100 200

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 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、ロドシュ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
A microbial hydrogen production method characterized by culturing a mixture of photosynthetic bacteria belonging to the genus Rhodopseudomonas and bacteria belonging to the genus Clostridium in producing hydrogen from glucose by a microbial method.
JP18245383A 1983-09-30 1983-09-30 Production of hydrogen by microorganism Granted JPS6075288A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100442741B1 (en) * 2002-04-30 2004-08-02 한국에너지기술연구원 Process for hydrogeon production from biological reaction of organic wastes
KR100467789B1 (en) * 2002-04-30 2005-01-24 한국에너지기술연구원 Method for hydrogeon production from anaerobic fermentation of organic compoound

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KR100442741B1 (en) * 2002-04-30 2004-08-02 한국에너지기술연구원 Process for hydrogeon production from biological reaction of organic wastes
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