活性炭載體轉(zhuǎn)化琥珀酸

　　琥珀酸是活性炭載體的轉(zhuǎn)化。目前，琥珀酸的生產(chǎn)能力相對(duì)較低，不足以滿足細(xì)菌固定轉(zhuǎn)化木纖維素材料的供應(yīng)需求。為了改善需求，我們使用經(jīng)濟(jì)有效的活性炭載體與硅藻土、甘油、煤活性炭、椰殼活性炭和蛭石進(jìn)行比較。作為琥珀酸的重復(fù)生物合成，發(fā)現(xiàn)椰殼材料的活性炭電勢(shì)*低，是一種重要的可再生經(jīng)濟(jì)材料。

　　琥珀酸是C4-二羧酸家族的高價(jià)值分子可以通過不完全還原三羧酸(TCA)生物技術(shù)合成循環(huán)或乙醛酸分流。椰殼活性炭是一種非常有價(jià)值的吸附劑材料，因?yàn)樗哂邢鄬?duì)較高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的耐磨性、固有的顆粒結(jié)構(gòu)、發(fā)達(dá)的孔隙和比其他材料更便宜的替代品。活性炭因其優(yōu)良的天然結(jié)構(gòu)和低灰含量而被選為固定材料。過去，椰殼活性炭配備熱厭氧桿菌，用于穩(wěn)定生物氫的生產(chǎn)，用于苯酚和氰化物的生物吸附或生物積累。本文介紹了活性炭載體通過簡單的細(xì)胞粘附技術(shù)為水解產(chǎn)物生產(chǎn)琥珀酸提供合適的環(huán)境，并介紹了各種現(xiàn)有固定載體與活性炭的比較，以證明其活性炭的優(yōu)勢(shì)。

　　活性炭載體和其他材料的表面積和孔隙率   總孔體積和材料純度的標(biāo)準(zhǔn)是決定固定載體正確選擇的重要因素。特定材料中低灰含量與高純度有關(guān)。本研究中使用的載體材料的特性概述在表中。材料的表面積和孔隙特征決定了粘附程度(細(xì)胞表面相互作用)和內(nèi)聚力(細(xì)胞-細(xì)胞相互作用)。與其它材料相比，椰殼活性炭和煤質(zhì)活性炭材料具有較高的比表面積和總孔體積。值得注意的是，大孔體積意味著更高的容納能力。

　　椰殼活性炭的平均孔徑遠(yuǎn)大于煤質(zhì)活性炭，差異近5倍。在這方面，三種內(nèi)孔與吸附劑材料有關(guān)：(i)微孔(直徑<2nm)，(ii)中孔(直徑=2-50nm)，和(iii)大孔(直徑>50nm)。根據(jù)目標(biāo)分子的大小固定化程度，吸附這種孔隙類型。然而，大孔結(jié)構(gòu)可能不會(huì)影響材料的吸附。例如，硅藻土一種二氧化硅)有大孔主導(dǎo)結(jié)構(gòu)，但比表面積性能差。實(shí)驗(yàn)表明，比表面積高的材料具有較強(qiáng)的吸附性。

　　通過活性炭載體的發(fā)酵性能   固定活性炭載體會(huì)導(dǎo)致更多的木纖維素糖吸附在活性炭載體上。琥珀酸生產(chǎn)能量高，糖含量高。為了確定每種載體材料的比表面積、孔隙率和電勢(shì)等因素，嘗試進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來澄清它們對(duì)細(xì)菌發(fā)酵性能的可能影響。煤活性炭雖然比表面積高，但會(huì)產(chǎn)生小碳粉，使發(fā)酵液變質(zhì)，一段時(shí)間后琥珀酸質(zhì)量下降，限制了進(jìn)一步的動(dòng)力學(xué)研究。因此，椰殼活性炭、蛭石和硅藻土僅用于目前的分析。

　　觀察椰殼活性炭的細(xì)菌。琥珀酸觀察130Z椰殼活性炭在菌落32H分批培養(yǎng)后的孔隙中生長檢查。圖(a和b)椰殼活性炭SEM圖像，而圖(c和d)描述了負(fù)載木纖維素的活性炭載體。這一發(fā)現(xiàn)表明琥珀酸可能是圓形、灰色和半透明生物體，約為0.63微米×0.63微米×1.平均尺寸為21微米。確認(rèn)活性炭中的多孔結(jié)構(gòu)允許細(xì)胞生長。

　　圖中(a)100倍放大單個(gè)多孔活性炭的視圖，(b)在1萬倍放大倍數(shù)下，高度多孔、不規(guī)則結(jié)構(gòu)化活性炭C的特寫視圖，(c)和(d)細(xì)菌批量培養(yǎng)后，放大1萬倍，負(fù)荷固定在活性炭上。

　　琥珀酸發(fā)酵中活性炭的孔隙率、表面積和低電勢(shì)有助于其優(yōu)異的性能。根據(jù)一系列事實(shí)，活性炭負(fù)載琥珀酸可以提高木纖維素水解產(chǎn)量、生產(chǎn)能力和琥珀酸滴度。活性炭機(jī)械性能強(qiáng)，操作穩(wěn)定性長。從工業(yè)角度看，細(xì)胞固定化的使用有利于木纖維素生物質(zhì)的高利用率。