厭氧產氫微生物

根據Yokoi, Ohkawara, Hirose, Hayashi ＆ Takasaki（1995）研究報告中將產 氫菌主要分為醱酵產氫微生物 (Fermentative hydrogen producing microorganisms ) 和光合作用微生物(Photosynthetic microorganisms )二大類。

生物產氫的程序可區分為：

一、藻類及藍綠細菌以光合作用分解水 ，作為電子供給，進行產氫 二、光合細菌以無氧光合作用分解有機物作為電子供給者 ，進行產氫 三、醱酵細菌以有機物進行發酵產氫

四、結合光合及醱酵細菌進行產氫（Debarata and Veziroglu,2001 ）。而 光合細菌及醱酵產氫均要在厭氧條件下才能進行 。

(一)厭氧產氫微生物

早期Toerien(1967)、Iannotti(1973)等人曾利用Vibrio succinogenes菌 株，將葡萄糖等碳水化合物，於厭氧環境下，醱酵產生氫氣。另外Karübe(1982) 則將Clostridium butyricum菌種利用固定化技術，於厭氧酸化過程之酸形成相 中，亦能有效產生氫氣。因此，由過去許多的研究中發現，有很多微生物均具有 產氫能力，如表2-4(Das & Vezirolu, 2001)。但因各產氫菌生理特性的不同，

其產氫能力也不同，對於環境的要求亦有所差異(林秋裕、林明正、陳晉照，1999)。 產氫菌主要分為厭氧醱酵產氫菌 (Fermentative hydrogen producing microorganisms)及光合產氫菌(Photosynthetic microorganisms)二大類 (Yokoiet al.， 1995)。光合作用微生物部份包括 ：紫色非硫菌、藻類等。醱 酵產氫微生物又依其對氧需求性分為兼性厭氧菌 (如 Bacillus、Enterobacter aerogenes等)，及絕對厭氧菌 (如 Clostridium等)。各方資料(Yokoi, 1997；

Odom,1983)均顯示：目前研究以紫色非硫菌產氫效率最佳 ，其產氫量為厭氧菌 的 1.5-2.0倍，但需要照光及靜置的環境中生長 ；而醱酵產氫微生物中以 Clostridium菌屬為主，此菌屬大部分都可以產氫 ，其中以 Clostridium butyricum菌種產氫更是可觀，醱酵產物為 butyrate、butanol及 acetone。表

2-5為各種不同產氫菌進行厭氧醱酵之產物 (Göttschalk, 1986)。 Cynobacteria Heterocystous Anabaena azollae

Anabaena CA

表2-5 各種不同菌種進行醱酵代謝之產物 (Göttschalk, 1986)

醱酵種類 菌種 產氫量及產物

乙醇 Zymomonas anaerobica 少量氫氣

Sarcina ventriculi 醋酸

Erwinia amylovora 乳酸

丁酸(酯) Clostrium 大量的氫氣

丁醇 Clostrium acetobutylicum 丁酸(酯)

丙酮 Clostrium beijerinckii 己酸

Clostrium tetanomorphum Clostrium aurantibutylicum Clostrium kluyveri

Butyrivibrio Eubacterium Fusobacterium

混酸 Escherichia coli 中量的氫氣

丁二醇 Enterbacter aerogenes

Clostridium菌最初由學者Prazmoski(1880)發現，其外型屬於短桿狀，適合生 長於厭氧、中溫(30-37℃)及中性的環境下(Minton, 1989)，然而在不適合生長的環 境下會產生孢子而進入休眠的狀態 。孢子對乾燥、毒性物質、輻射線以及高熱等 均具有很高的抵抗能力，而其萌發需要一定的條件，可分為激活 (activation)、萌 發 (germination)及出生菌體 (out growth)等三個過程 (李國鏞等，1992)。因此我 們可利用此菌種孢子的特性，有效利用加熱、加酸/鹼等方法，來去除不利產氫之 非孢子形成菌種(如甲烷菌)，而將Clostridium 菌種自污泥中分離（白明德，1999）。

而在氧化還原電位方面，Clostridium 菌種適宜生長條件範圍在 -400 ~ -200 mV 之間，若低於-500 mV 以下則進行甲烷化反應，若高於-150 mV 以上，

因為存有少量氧化性物質，產氫菌將會受到抑制，因此可在反應槽中加入硫化鈉 (sodium sulfide)等還原劑，維持其所需的生長環境（Hippe, 1986；Hallenbeck, 1983；Kumar, 1995）。目前 Clostridium 的產氫能力已廣受注目，且此菌對有機

物的利用亦相當廣泛，但 Clostridium 屬的細菌之高產氫能力，常對有機物的選擇 有其專一性 (曾怡禎，2000)，如食品工廠、啤酒製造廠等具有高糖份、高澱粉、

易酸化、水解之高濃度有機廢水。