ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ПРОЦЕС ТРАНСФОРМАЦІЇ ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН В РЕАКТОРАХ - Роль анаеробних мікроорганізмів у трансформації сільськогосподарської сировини в біопаливо

Неможливо однозначно визначити характер взаємовідносин у бактеріальному ценозі, що складається більш, ніж з двох видів. Тип взаємовідносин усередині спільноти може змінюватись залежно від багатьох факторів (рН, окисно-відновного потенціалу (ОВП), продуктів метаболізму, целюлазної активності та ін.), що впливають на увесь процес трансформації органічних речовин, тому визначення оптимальних параметрів анаеробного розкладання субстрату та ефективне керування цим процесом є важливим з теоретичної і практичної точки зору.

Одним із ключових параметрів анаеробного процесу при трансформації складних біополімерів поряд з рН і температурою є окисно-відновний потенціал середовища, що може впливати на хід метаболічних процесів. Оскільки лімітуючим фактором при анаеробній трансформації органічних речовин є діяльність первинних анаеробів, було вивчено вплив окисно-відновного потенціалу на фізіологічний стан гідролітичної мікрофлори. Для створення відновлювальних умов було використано сполуки, що володіють електрондонорними властивостями (відновлювачі) - сульфід натрію (Na2S*9H2O), цитрат титану (III). Динаміку розвитку штамів досліджували залежно від наявності або відсутності в середовищі екзогенних донорів електронів. Вихідне значення ОВП поживного середовища, з 0,5% целобіозою, після дегазування в струмі аргону становило +100 мВ, pН 7,0-7,3.

Встановлено, що розвиток штамів первинних анаеробів відбувається у різних межах значень ОВП з різними оптимумами. Значення ОВП целюлолітичного штаму C. thermocellum 5CT знаходяться в межах -200...-380 мВ, з оптимумом -260 мВ (рис.1,2).

Значення ОВП C. thermosaccharolytіcum 1S спостерігається у межах ОВП +100...-200 мВ, з оптимумом -135...-140 мВ (рис. 3,4). При оптимальних значеннях ОВП в обох штамів приріст біомаси, продукція етанолу та ацетату на середовищі з відновником (сульфідом натрію) у 1,5-2 рази вищій, ніж на середовищі без відновника.

Наднизькі значення потенціалу, створені введенням у середовище цитрату титану (ІІІ), пригнічують процес утворення водню у 6 разів порівнянно з кількістю водню, що утворився при рості C. thermocellum 5CT на середовищі без відновника, але не впливають на утворення біомаси (рис. 5).

Можна припустити, що окисно-відновний потенціал є одним з основних факторів, що визначає фізіологічний стан клітин, і відповідно, інтенсивність процесів біосинтезу.

Визначення впливу молекулярного кисню на розвиток C. thermocellum 5СТ показало, що введення молекулярного кисню (0,6-2,32 ммоль O2/л) спричиняє припинення виділення водню і супроводжується підвищенням ОВП середовища.

Пригнічення росту культури відбувається внаслідок окиснювання одного редокс-фактора, що регулює функціонування вирішального метаболічного процесу і може бути достатнім для зупинки росту. Дослідження впливу кисню на целюлазну активність (безклітинних екстрактів) C. thermocellum 5CT показало, що целюлазна активність зберігається після кількох діб експозиції на повітрі.

Визначали залежність целюлазної активності C. thermocellum 5CT від умов культивування та концентрації субстрату. Було зазначено, що при внесенні в середовище 1% целюлози спостерігається майже повний її гідроліз (80-100%). При концентрації целюлози - 2-3%, не утилізованими до кінця процесу залишаються 50-60% її кількості. Целюлолітична активність штаму підвищується при періодичних пересіваннях від'ємно-доливним методом при рН не нижче 6,5.

Було досліджено вплив метаболітів (водню, ацетату, етанолу), що утворюються при трансформації органічних речовин, на ріст анаеробних культур C. thermocellum 5CT, C. thermosaccharolytіcum 1S. Культивування проводили у культиваторі в атмосфері інертного газу - аргону. В експоненційній фазі росту культур у газову фазу культиватора було введено: водень у концентрації 30-100%, ацетат натрію 0,1-50%, етанол 0,1-3,0%. Встановлено, що із зростанням концентрації водню відбувається збільшення лаг-фази росту культур, підвищення утворення етанолу і зниження кількості ацетату як для штаму 5СТ, так і 1S. При цьому, на утворення біомаси мікроорганізмів водень впливає по-різному: пригнічує ріст штаму 1S удвічі та не впливає на ріст штаму 5СТ.

Внесення ацетату натрію у концентрації 0,1-0,5% не пригнічувало процесу гідролізу целюлози штамом 5СТ і утворення водню. Збільшення концентрації ацетату натрію в 10 разів спричиняє зниження гідролізу целюлози в 1,5 раза. Внесення ацетату в середовище культивування штаму 1S в концентраціях 0,1-50% не пригнічувало утворення біомаси.

Внесення екзогенного етанолу у концентрації 0,5-2,0% збільшувало лаг-фазу росту культур, концентрація вища за 2,0% призводила до пригнічення росту.

Отже, розвиток та накопичення метаболітів C. thermocellum 5СТ і C. thermosaccharolyticum 1S спостерігається за значення ОВП -260 мВ та -140 мВ відповідно. анаеробний сільськогосподарський мікроорганізм субстрат

Визначено, що внесення екзогенного водню під час росту C. thermocellum 5CT і C. thermosaccharolytіcum 1S супроводжується підвищенням продукції етанолу вдвічі і зниженням утворення ацетату втричі.

Штами C. thermocellum 5СТ та C. thermosaccharolytіcum 1S резистентні щодо етанолу у концентрації 2%. C. thermocellum 5СТ містить активний комплекс целюлазних ферментів, який є стійким щодо дії кисню.

Похожие статьи




ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ПРОЦЕС ТРАНСФОРМАЦІЇ ОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН В РЕАКТОРАХ - Роль анаеробних мікроорганізмів у трансформації сільськогосподарської сировини в біопаливо

Предыдущая | Следующая