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混菌厌氧发酵作为一种有前景的生物技术，被越来越多的应用于生物能源和生物产品的生产中，这其中包括氢气、乙醇、脂肪酸类和甲烷等。不同的操作条件，如温度、pH、底物等，能够直接影响到菌群的代谢过程，进而改变厌氧发酵的产物组成和分布。因此，如何通过有效的条件控制来实现目标产物产量的提高显得尤其重要。本文主要研究了碱性条件下混菌发酵葡萄糖过程，探索了混菌发酵过程中的氢气过饱和现象及其影响，并通过条件控制实现了甘油的部分厌氧消化过程。主要研究内容和研究结果如下:
1.混菌发酵葡萄糖实验在连续搅拌反应器(CSTR)中进行，分别在35℃、55℃和70℃温度条件下，变化pH值从中性到碱性(6.5-10.5)，得到了不同条件下混菌代谢产物分布的变化情况，其中主要包括脂肪酸类、乙醇、生物量等。基于微生物细胞的氧化还原平衡、热力学条件以及胞内pH平衡控制等，解释了碱性条件代谢产物发生变化的可能原因。同时，对其实际应用性进行了探讨。
2.实验通过膜进样质谱仪(MIMS)研究了不同氮气吹扫方式和搅拌速度对强高温(70℃)混菌发酵过程中氢气过饱和的影响，并分析了其与发酵代谢产物分布之间的关系。实验证实了强高温发酵中氢气过饱和的存在，同时推测由于过饱和现象的存在，溶解氢气比顶空氢气更能反映发酵代谢产物的分布情况。通过对总气体传质系数(KLa)的计算分析，推测氢气过饱和在混菌发酵过程中是一种普遍存在的现象。当利用气体吹扫来提高氢气产量时，最适吹扫速率为氢气产率的2-10倍。
3.在强高温条件(70℃)下，通过控制水力停留时间(HRT)等实现了甘油的定向产乙酸和甲烷的过程。分子生物学手段得到，混合菌群中的古菌以嗜氢产甲烷菌为主。间歇实验得到甲烷最大产率约为250 mL/d/L_liquid，乙酸最大产率约为580 mg/d/L_liquid。长期运行实验验证了甘油强高温厌氧消化在不同底物负荷下能够稳定运行，顶空甲烷含量达到75％，乙酸纯度为90％左右。系统在高底物负荷率下有更好的运行效果，其乙酸和甲烷产量分别达到0.77和0.67mol/mol_glycerol，与理论值相近，因此具有更好的实用性。