Ацидогенез

Ацидогенез — вторая стадия из четырех стадий анаэробного пищеварения :

Гидролиз : химическая реакция, при которой частицы растворяются, а крупные полимеры превращаются в более простые мономеры ;
Ацидогенез: биологическая реакция, при которой простые мономеры превращаются в летучие жирные кислоты ;
Ацетогенез : биологическая реакция, при которой летучие жирные кислоты превращаются в уксусную кислоту , углекислый газ и водород.
Метаногенез : биологическая реакция, при которой ацетаты превращаются в метан и углекислый газ, а водород расходуется.

Анаэробное сбраживание — это сложный биохимический процесс биологически опосредованных реакций консорциума микроорганизмов, направленных на преобразование органических соединений в метан и углекислый газ. Это процесс стабилизации, уменьшающий запах, болезнетворные микроорганизмы и уменьшение массы .

Гидролитические бактерии образуют множество восстановленных конечных продуктов ферментации данного субстрата . Один фундаментальный вопрос, который возникает, касается особенностей метаболизма , которые контролируют поток углерода и электронов к данному восстановленному конечному продукту во время чистой культуры и смешанных метаногенных культур гидролитических бактерий. Thermoanaerobium brockii — типичная термофильная гидролитическая бактерия, ферментирующая глюкозу посредством пути Эмбдена-Мейергофа Парнаса . T. brockii является атипичной гетеромолочнокислой бактерией образует молекулярный водород ( H2 _она , поскольку помимо молочной кислоты и этанола ) . Восстановленные конечные продукты ферментации глюкозы образуются ферментативно из пирувата с помощью следующих механизмов: лактат с помощью фруктозо-1-6- альфа- фосфатной ( F6P ) активированной лактатдегидрогеназы ; H2 пируватферредоксиноксидоредуктазой и гидрогеназой ; и этанол посредством НАДН- и НАДФН -связанной алкогольдегидрогеназы . ^[1]

Параллельно с этим, ацидогенная активность была обнаружена в начале 20-го века, но только в середине 1960-х годов была предложена технология разделения фаз с целью улучшения стабильности и очистки отходов в варочных котлах . ^[2] На этом этапе сложные молекулы ( углеводы , липиды и белки ) деполимеризуются в растворимые соединения под действием гидролитических ферментов ( целлюлаз , гемицеллюлаз , амилаз , липаз и протеаз ). Гидролизованные соединения ферментируются с образованием летучих жирных кислот (ацетат, пропионат , бутират и лактат ), нейтральных соединений (этанол, метанол ), аммиака , водорода и углекислого газа. ^[3]^[4]^[5]

Ацетогенез является одной из основных реакций этой стадии, при этом образующиеся промежуточные метаболиты метаболизируются до ацетата, водорода и углекислого газа тремя основными группами бактерий:

Для производства уксусной кислоты рассматривают три вида бактерий:

Уинтер-и-Вулф в 1979 году продемонстрировал, что A. woodii в синтрофической ассоциации с Methanosarcina производит метан и углекислый газ из фруктозы вместо трех молекул ацетата. ^[6] Moorella thermoacetica и Clostridium formiaceticum способны восстанавливать углекислый газ до ацетата, но у них нет гидрогеназ , препятствующих использованию водорода, поэтому они могут производить три молекулы ацетата из фруктозы. Уксусная кислота в равной степени является кометаболитом ферментации органических субстратов ( сахаров , глицерина , молочной кислоты и т. д.) различными группами микроорганизмов, продуцирующих разные кислоты:

Пропионовые бактерии ( пропионат +ацетат);
Клостридии (бутират+ацетат);
Энтеробактерии (ацетат+лактат); и
Гетероферментативные бактерии (ацетат, пропионат, бутират, валерат и др.).

Ссылки

^ Маршаим, У. (1992). Бюллетень ФАО по сельскохозяйственным услугам – 95: Биогазовый процесс для устойчивого развития, ФАО – Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, ISSN 1010-1365 (9 января 2003 г.).
^ Алексиу, И.Е. и Пантер, К. (2004). Обзор двухэтапных заявок для определения наилучшей практики обработки различных потоков отходов. Анаэробное пищеварение, 10-й Всемирный конгресс, сентябрь 2004 г. Монреаль, Квебек, Канада.
^ (на испанском языке) Каир, Дж. Дж. и Пэрис, Дж. М. (1988). Микробиология анаэробное пищеварение, метаногенез. 4-й семинар по анаэробной очистке сточных вод. Вальядолид. Ф. Ф. Поланко, П. А. Гарсия и С. Эрнандо. (Ред.) С. 41–51.
^ Динополу, Г., Радд, Т. и Лестер, Дж. Н. (1987). Анаэробный ацидогенез сложных сточных вод: I. Влияние эксплуатационных параметров на работу реактора. Биотехнология. И Биоинж. 31: 958 – 968.
^ (на французском языке) Ларош, М. (1983). Промежуточный метаболизм летучих жирных кислот при метановом брожении. Диссертация доктора – инженера в области пищевых наук_Ферментации. Национальный институт агрономических исследований, Франция.
^ Винтер, Дж. Ю. и Вулф, Р. С. (1979). Полная деградация углеводов до CO ₂ и метана синтрофными культурами Acetobacterium woodii и Methanosarcina barkeri. Арх. Микробиол. 121: 97 – 102.

[1] Маршаим, У. (1992). Бюллетень ФАО по сельскохозяйственным услугам – 95: Биогазовый процесс для устойчивого развития, ФАО – Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, ISSN 1010-1365 (9 января 2003 г.).

[2] Алексиу, И.Е. и Пантер, К. (2004). Обзор двухэтапных заявок для определения наилучшей практики обработки различных потоков отходов. Анаэробное пищеварение, 10-й Всемирный конгресс, сентябрь 2004 г. Монреаль, Квебек, Канада.

[3] (на испанском языке) Каир, Дж. Дж. и Пэрис, Дж. М. (1988). Микробиология анаэробное пищеварение, метаногенез. 4-й семинар по анаэробной очистке сточных вод. Вальядолид. Ф. Ф. Поланко, П. А. Гарсия и С. Эрнандо. (Ред.) С. 41–51.

[4] Динополу, Г., Радд, Т. и Лестер, Дж. Н. (1987). Анаэробный ацидогенез сложных сточных вод: I. Влияние эксплуатационных параметров на работу реактора. Биотехнология. И Биоинж. 31: 958 – 968.

[5] (на французском языке) Ларош, М. (1983). Промежуточный метаболизм летучих жирных кислот при метановом брожении. Диссертация доктора – инженера в области пищевых наук_Ферментации. Национальный институт агрономических исследований, Франция.

[6] Винтер, Дж. Ю. и Вулф, Р. С. (1979). Полная деградация углеводов до CO ₂ и метана синтрофными культурами Acetobacterium woodii и Methanosarcina barkeri. Арх. Микробиол. 121: 97 – 102.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]