Фотоферментация - Photofermentation

Фотоферментация это ферментативный преобразование органического субстрата в биоводород проявляется разнообразной группой фотосинтетический бактерии серией биохимический реакции, включающие три стадии, подобные анаэробное преобразование. Фотоферментация отличается от темное брожение потому что это происходит только в присутствии свет.

Например, фото-ферментация с Rhodobacter sphaeroides SH2C (или многие другие пурпурные несернистые бактерии[1]) можно использовать для превращения низкомолекулярных жирных кислот в водород[2] и другие товары.

[3] Изображает общий процесс фотоферментации.


Светозависимые пути

Фототропные бактерии

Фототропные бактерии производят газообразный водород путем фотоферментации, при которой водород получают из органических соединений.[4]

[4]

Фотолитические производители

Фотолитический производители похожи на фототрофов, но получают водород из молекул воды, которые разрушаются при взаимодействии организма со светом.[4] Фотолитические продуценты состоят из водорослей и некоторых фотосинтезирующих бактерий.[4]

(водоросли)[4]

(фотолитические бактерии)[4]

Устойчивое производство энергии

Фотоферментация с помощью пурпурных несеропродуцирующих бактерий была исследована как метод производства биотоплива.[5] Естественный продукт ферментации этих бактерий, газообразный водород, может использоваться в качестве источника энергии природного газа.[6][7] Фотоферментация с использованием водорослей вместо бактерий используется для производства биоэтанола среди других альтернатив жидкого топлива.[8]

Основные принципы биореактора. Биореактор фотоферментации не будет иметь воздушного пути.

Механизм

Бактерии и их источник энергии хранятся в биореактор камера, непроницаемая для воздуха и кислорода.[7] В биореакторе поддерживается надлежащая температура для бактерий.[7] Бактерии поддерживаются углеводной диетой, состоящей из простых сахарид молекулы.[9] Углеводы обычно получают из сельскохозяйственных или лесных отходов.[9]

Вариации

Изображение водорослей (виды не указаны) в биореакторе, пригодном для производства биоэтанола.

Помимо форм дикого типа Rhodopseudomonas palustris, сученые использовали генетически модифицированный формы для производства водорода.[5] Другие исследования включают расширение системы биореактора для содержания комбинации бактерий, водоросли или же цианобактерии.[7][9] Производство этанола осуществляется водорослями. Chlamydomonas reinhardtii, среди других видов, в циклической смене света и темноты.[8] Чередование светлой и темной среды также было исследовано с помощью бактерий для производства водорода, увеличивая выход водорода.[10]

Преимущества

Бактерии обычно питаются измельченными сельскохозяйственными отходами или нежелательными культурами, такими как водяной салат или патока сахарной свеклы.[11][5] Большое количество таких отходов обеспечивает стабильный источник пищи для бактерий и продуктивно использует отходы человеческого происхождения.[5] По сравнению с темное брожение, фотоферментация производит больше водорода за реакцию и позволяет избежать кислых конечных продуктов темной ферментации.[12]

Ограничения

Основные ограничения фотоферментации как устойчивого источника энергии проистекают из точных требований поддержания бактерий в биореакторе.[7] Исследователи обнаружили, что поддерживать постоянную температуру бактерий внутри биореактора сложно.[7] Кроме того, питательную среду для бактерий необходимо вращать и обновлять без подачи воздуха в систему биореактора, что усложняет установку и без того дорогостоящего биореактора.[7][9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Редвуд, доктор медицины, Патерсон-Бидл М., Макаски Л.Е. (июнь 2009 г.). «Интеграция темных и светлых стратегий производства био-водорода: к водородной экономике» (PDF). Обзоры в науках об окружающей среде и био / технологиях. 8 (2): 149–185. Дои:10.1007 / s11157-008-9144-9.
  2. ^ Тао И, Чен И, Ву И, Хе И, Чжоу З. (февраль 2007 г.). «Высокий выход водорода из двухстадийного процесса темновой и фотоферментации сахарозы». Международный журнал водородной энергетики. 32 (2): 200–6. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2006.06.034.
  3. ^ Габриелян, Лилит; Саргсян, Арутюн; Трчунян, Армен (04.09.2015). «Новые свойства фотоферментативного производства биогидрогена пурпурными бактериями Rhodobacter sphaeroides: эффекты протонофоров и ингибиторов ответственных ферментов». Фабрики микробных клеток. 14 (1): 131. Дои:10.1186 / s12934-015-0324-3. ISSN  1475-2859. ЧВК  4558839. PMID  26337489.
  4. ^ а б c d е ж Гимире А., Фрунцо Л., Пироцци Ф., Трабли Е., Эскуди Р., Линза ПН, Эспозито Дж. (Апрель 2015 г.). «Обзор производства темного ферментативного биоводорода из органической биомассы: параметры процесса и использование побочных продуктов». Прикладная энергия. 144: 73–95. Дои:10.1016 / j.apenergy.2015.01.045.
  5. ^ а б c d Корнели Э., Адесси А., Ольгин Э. Дж., Рагаглини Г., Гарсиа-Лопес Д. А., Де Филиппис Р. (декабрь 2017 г.). «Биотрансформация водяного салата (Pistia stratiotes) в биоводород с помощью Rhodopseudomonas palustris». Журнал прикладной микробиологии. 123 (6): 1438–1446. Дои:10.1111 / jam.13599. PMID  28972701.
  6. ^ Лауринавичене Т., Текучева Д., Лауринавичюс К., Цыганков А. (март 2018). «Использование сточных вод спиртзавода для производства водорода в одностадийных и двухступенчатых процессах с фотоферментацией». Ферментные и микробные технологии. 110: 1–7. Дои:10.1016 / j.enzmictec.2017.11.009. PMID  29310850.
  7. ^ а б c d е ж грамм Уяр Б (сентябрь 2016 г.). «Конструкция биореактора для производства фотоферментативного водорода». Биопроцессы и биосистемная инженерия. 39 (9): 1331–40. Дои:10.1007 / s00449-016-1614-9. PMID  27142376.
  8. ^ а б Коста Р.Л., Оливейра ТВ, Феррейра Дж., Кардозу В.Л., Батиста Франция (апрель 2015 г.). «Перспективная технология производства биоэтанола из фотоферментации». Биоресурсные технологии. 181: 330–7. Дои:10.1016 / j.biortech.2015.01.090. PMID  25678298.
  9. ^ а б c d Чжан Кью, Ван И, Чжан З, Ли Диджей, Чжоу Икс, Цзин И, Ге Х, Цзян Д., Ху Дж, Хе Ц (апрель 2017 г.). «Производство фотоферментативного водорода из растительных остатков: мини-обзор». Биоресурсные технологии. 229: 222–230. Дои:10.1016 / j.biortech.2017.01.008. PMID  28108074.
  10. ^ Чен CY, Ян MH, Yeh KL, Liu CH, Chang JS (сентябрь 2008 г.). «Производство биоводорода с использованием последовательных двухэтапных процессов темновой ферментации и фотоферментации». Международный журнал водородной энергетики. 33 (18): 4755–4762. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2008.06.055.
  11. ^ Кескин Т., Hallenbeck PC (май 2012 г.). «Производство водорода из отходов сахарной промышленности с использованием одностадийной фотоферментации». Биоресурсные технологии. 112: 131–6. Дои:10.1016 / j.biortech.2012.02.077. PMID  22420990.
  12. ^ Чандрасекхар К., Ли Й.Дж., Ли Д.В. (апрель 2015 г.). «Производство биоводорода: стратегии повышения эффективности процесса с помощью микробных путей». Международный журнал молекулярных наук. 16 (4): 8266–93. Дои:10.3390 / ijms16048266. ЧВК  4425080. PMID  25874756.

внешняя ссылка