Hydrogen production by Escherichia coli genetically modified

Abstract

"Due to its high energy content and because its use only result in water as subproduct, hydrogen is seen as the energetic carrier for the future. Among the methods of production of this gas, the biological processes are an attractive choice since are less energy intensive and can use agro-food by-products as substrates. The cheese whey is the main by-product of the cheese manufacturing industry, and by this reason it was used in this work for hydrogen production by Escherichia coli. The deletion of hycA and lacI genes in the strain WDHL resulted in a faster consumption of lactose and an increase of 22% in hydrogen production compared with the wild type strain. The hydrogen specific production rate was increased by 78.7% when optimized conditions of pH, temperature and cheese whey concentration. According to the results the pH is one of the most important factors is hydrogen production. Controlling the pH at 6.5 resulted in the highest hydrogen production and yield. Lactose, glucose and galactose are carbon sources commonly present in wastes of the agro-food industry, the hydrogen production from these substrates was also evaluated. The hydrogen yield from glucose (0.19 mol of H2/ mol of glucose) was lower than that from galactose (0.19 mol of H2/ mol of galactose). The low hydrogen yield from glucose is due to the large production of lactate, whereas in the galactose fermentation the formate production is increased and it is converted to hydrogen. Moreover an artificial neural network to estimate the hydrogen production using only on-line parameters was developed."

"El hidrógeno es considerado como el acarreador energético del futuro debido a su alto contenido energético y a que sólo genera agua como subproducto. Entre los métodos de producción de este gas, los procesos biológicos son una alternativa atractiva ya que requieren menos energía y se pueden utilizar subproductos agroalimentarios como sustratos. El suero de leche es el principal subproducto de la industria quesera y por lo tanto se usó como sustrato para la producción de hidrógeno por medio de Escherichia coli. La deleción de los genes hycA y lacI en la cepa WDHL, permitió un rápido consumo de lactosa y un incremento del 22% en la producción de hidrógeno comparado con la cepa silvestre. La velocidad específica de producción de hidrógeno se incrementó 78.7 % al utilizar las condiciones óptimas de pH, temperatura y concentración de suero de leche. De acuerdo a los resultados obtenidos, el pH mostró ser unos de los factores más influyentes en la producción de hidrógeno. Al controlar el pH a 6.5 se alcanzó la mayor producción de hidrógeno y el rendimiento más alto. Lactosa, glucosa y galactosa son fuentes de carbono que se encuentran comúnmente en desechos de la industria agroalimentaria, por lo tanto la producción de hidrógeno a partir de estos sustratos también fue evaluada. El rendimiento de hidrógeno a partir de glucosa (0.19 mol de H2/ mol de glucosa) fue menor que el que se obtiene a partir de galactosa (1.15 mol de H2/ mol de galactosa). El bajo rendimiento de hidrógeno a partir de glucosa se debe a que el metabolismo se desvía hacia la producción de lactato, en comparación con la fermentación de galactosa donde se favorece la producción de formiato, que es convertido rápidamente en hidrógeno. Además se desarrolló una red neuronal artificial que predice satisfactoriamente la producción de hidrógeno a partir exclusivamente de parámetros en línea."