厌氧发酵过程有几种划分方法,分别为哪些阶段
第Ⅰ阶段
水解产酸阶段
污水中不溶性大分子有机物,如多糖、淀粉、纤维素、烃类(烷、烯、炔等)水解,主要产物为甲、乙、丙、丁酸、乳酸;紧接着氨基酸、蛋白质、脂肪水解生成氨和胺,多肽等(所以有的书又把水解产酸分为二个阶段).
第Ⅱ阶段
厌氧发酵产气阶段
第Ⅰ阶段产物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等小分子有机物在产甲烷菌的作用下,通过甲烷菌的发酵过程将这些小分子有机物转化为甲烷.所以在水解酸化阶段COD、BOD值变化不很大,仅在产气阶段由于构成COD或BOD的有机物多以CO2和H2的形式逸出,才使废水中COD、BOD明显下降.
在酸化阶段,发酵细菌将有机物水解转化为能被甲烷菌直接利用的第1类小分子有机物,如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等;第2类为不能被甲烷菌直接利用的有机物,如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等,不完全厌氧消化或发酵到此结束.如果继续全厌氧过程,则产氢、产乙酸菌将第2类有机物进一步转化为氢气和乙酸.
第Ⅱ阶段生化过程是产甲烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基质通过不同途径转化为甲烷,其中最主要的基质为乙酸.
1pH对产气量的影响
pH是影响餐厨垃圾厌氧发酵产气过程中最重要的因素之一,产气量是厌氧发酵过程中一个重要参数,能直观地反映厌氧发酵系统的产气性能,是判断厌氧发酵过程好坏的重要依据。不同初始pH值对蒸煮餐厨垃圾厌氧发酵产氢量的影响如图所示;初始pH为9.0时,整个厌氧发酵过程中产气量与pH随时间的变化如图所示。
随着初始pH的增加,产氢量呈现先增加后降低的趋势。在初始pH为9.0时,发酵产生的氢气总量最多,达371mL。这表明较低或者较高的pH均不利于产氢菌发酵产氢,可能是因为pH的提高增强了产氢酶的活性,产氢菌群占据优势(陈琛等,2011);同时加快了底物中大分子有机物的水解、酸化速率,为产氢菌产氢提供了充足的营养物质(赵明星等,2009);但过高的初始pH会引起微生物结团,影响传质过程和可溶性有机物的吸收。初始pH在5.0~11.0范围内,发酵初期(0~8h),产氢量较少,此时产氢菌处于停滞期;8~24h,产氢菌处于对数生长期,新陈代谢旺盛,产氢量迅速增加;24~28h,产氢速率较为平缓、稳定,产氢菌处于稳定期;28h以后,厌氧发酵产氢量几乎为零。由此可见,厌氧发酵过程产氢量的积累趋势与微生物生长繁殖各阶段的趋势一致。
在初始pH为9.0时,随着发酵的进行,pH逐渐降低,0~8h,pH迅速由9.0下降至6.73,这可能是因为在碱性条件下底物中的大分子有机物迅速水解、酸化产生大量可溶性机物造成的;8~24h,发酵液中pH在6.73~5.94之间,此时产气量和产氢量显著增加,分别增加了425mL和253.5mL,12~16h内氢气占总气体体积的80.5%,可能是因为此时产氢菌体内GAD、DHA等酶活性较强,产氢菌群处于优势地位;28~36h,挥发性有机酸的大量积累导致pH降到6.0以下,从而抑制产氢菌的活性,使产氢速率减慢。在整个发酵产气过程中,总产气量和总产氢量分别为748mL和371mL,平均产气速率和产氢速率分别为20.7mL·h-1和10.3mL·h-1,单位产氢量(以VS计)为72.9mL·g-1。因此,pH对微生物厌氧发酵影响较大,过高或过低的pH可能不利于微生物的生长与繁殖,导致厌氧发酵产氢效率降低。
2.2pH对VFA组分与比产氢速率的影响
VFA是厌氧发酵过程中有机质水解酸化的重要产物,同时也是产氢菌的底物,影响着厌氧发酵产氢过程。随着餐厨垃圾水解酸化过程的进行,pH下降迅速,大量VFA产物积累,发酵初期pH下降迅速。根据末端代谢产物的组成,可将发酵类型分为丁酸型发酵产氢、乙醇型发酵产氢、丙酸型发酵产氢和混合酸型发酵产氢。不同发酵类型主要由厌氧发酵系统中优势菌群决定。厌氧发酵系统中存在多种微生物,每种微生物对外界环境的耐受性不同,因此在特定环境条件下,不同优势菌群会造成不同产物的大量产生。
丁酸型发酵制氢的菌类主要是一些厌氧菌和兼性厌氧菌,主要优势种群是梭菌属(Clostridium),如丁酸梭状芽孢杆菌(C.butyricum)等。丁酸型发酵产氢过程的末端产物主要是丁酸、乙酸、H2、CO2和少量丙酸。许多可溶性的碳水化合物(如葡萄糖、蔗糖、淀粉等)以丁酸型发酵为主。这些物质在严格的厌氧细菌或兼性厌氧菌的作用下,经过三羧酸循环生成丙酮酸,丙酮酸在丙酮酸铁氧还蛋白氧化还原酶催化作用下脱酸,羟乙基结合到酶的TPP上,生成乙酞辅酶A,脱下的氢使铁氧还蛋白还原,而还原型铁氧还蛋白在氢化酶的作用下被还原同时释放出H2。在初始pH为9.0时,乙酸和丁酸是挥发性酸中主要的组成部分,占总挥发性酸的80%以上,同时含有少量的丙酸。由此可见,产氢过程属于典型的丁酸型发酵。随着发酵时间的延长,发酵底物中丁酸比例先增大后减小,乙酸比例先减小后增大。其中,丁酸/乙酸的值可以作为衡量产氢效率的一个重要指标,其比值越大,产氢速率越快(Vanetal.,2002;Hawkesetal.,2002)。在整个厌氧发酵的过程中丁酸/乙酸的值先增大后变小,其比值范围在0.9~2.1之间,当发酵进行到16h时丁酸/乙酸为2.1,此时丁酸/乙酸的值显著高于其他时间段,单位比产氢速率(以VS计)最高,达3.77mL·h-1·g-1。本试验表明丁酸与乙酸的比值确实可以作为衡量产氢效率的重要指标。
结论
整个厌氧发酵过程中底物VS和TS含量均呈下降趋势。VS和TS的去除率与发酵过程中产氢量的变化基本一致,且随着发酵的进行,VS和TS去除率逐渐增大,最大去除率分别达到34.4%和26.6%,这说明厌氧发酵可以实现餐厨垃圾减量化并提高产氢效率。
主要介绍其中的发酵细菌(产酸细菌)、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。
1、发酵细菌(产酸细菌):
发酵产酸细菌的主要功能有两种:① 水解——在胞外酶的作用下,将不溶性有机物水解成可溶性有机物;② 酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等;主要的发酵产酸细菌:梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等;水解过程较缓慢,并受多种因素影响(pH、SRT、有机物种类等),有时回成为厌氧反应的限速步骤;产酸反应的速率较快;大多数是厌氧菌,也有大量是兼性厌氧菌;可以按功能来分:纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。
2、产氢产乙酸菌:
产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2;为产甲烷细菌提供合适的基质,在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于共生互营关系。
主要的产氢产乙酸反应有:
注意:上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压也很低时才能顺利进行,因此产氢产乙酸反应的顺利进行,常常需要后续产甲烷反应能及时将其主要的两种产物乙酸和H2消耗掉。
主要的产氢产乙酸细菌多为:互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆菌属等;多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。
3、产甲烷菌
20世纪60年代Hungate开创了严格厌氧微生物培养技术之后,对产甲烷细菌的研究才得以广泛进行;产甲烷细菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物——乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2,使厌氧消化过程得以顺利进行;主要可分为两大类:乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌,或称为嗜乙酸产甲烷细菌和嗜氢产甲烷细菌;一般来说,在自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少,只有Methanosarcina(产甲烷八叠球菌)和Methanothrix(产甲烷丝状菌),但这两种产甲烷细菌在厌氧反应器中居多,特别是后者,因为在厌氧反应器中乙酸是主要的产甲烷基质,一般来说有70%左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解。
1,生物化学法
生物化学法指通过微生物处理含重金属废水,将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法。该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用,将硫酸盐还原成H2S,废水中的重金属离子可以和所产生的H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除,同时H2SO4的还原作用可将SO42-转化为S2-而使废水的pH值升高。因许多重金属离子氢氧化物的离子积很小而沉淀。有关研究表明,生物化学法处理含Cr 6+浓度为30—40mg/L的废水去除率可达99.67%—99.97%[11]。有人还利用家畜粪便厌氧消化污泥进行矿山酸性废水重金属离子的处理,结果表明该方法能有效去除废水中的重金属。赵晓红等人[12]用脱硫肠杆菌(SRV)去除电镀废水中的铜离子,在铜质量浓度为246.8 mg/L的溶液,当pH为4.0时,去除率达99.12%。
2,生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外,具有絮凝活性的代谢物。一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成,分子中含有多种官能团,能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。至目前为止,对重金属有絮凝作用的约有十几个品种,生物絮凝剂中的氨基和羟基可与Cu2+、 Hg2+、Ag+、Au2+等重金属离子形成稳定的鳌合物而沉淀下来。应用微生物絮凝法处理废水安全方便无毒、不产生二次污染、絮凝效果好,且生长快、易于实现工业化等特点。此外,微生物可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有广阔的应用前景。
3,生物吸附法
生物吸附法是利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子,再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。利用胞外聚合物分离金属离子,有些细菌在生长过程中释放的蛋白质,能使溶液中可溶性的重金属离子转化为沉淀物而去除。生物吸附剂具有来源广、价格低、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点,已经被广泛应用。
4,需氧生物处理法
利用需氧微生物在有氧条件下将废水中复杂的有机物分解的方法。 生活污水中的典型有机物是碳水化合物、合成洗涤剂、脂肪、蛋白质及其分解产物如尿素、甘氨酸、脂肪酸等。这些有机物可按生物体系中所含元素量的多寡顺序表示为 COHNS。在废水需氧生物处理中全部反应可用以下两式表示:
微生物细胞+COHNS+O2─→ 较多的细胞+CO2+H2O+NH3
生物体系中这些反应有赖于生物体系中的酶来加速。酶按其催化反应分为:氧化还原酶:在细胞内催化有机物的氧化还原反应,促进电子转移,使其与氧化合或脱氢。可分为氧化酶和还原酶。氧化酶可活化分子氧,作为受氢体而形成水或过氧化氢。还原酶包括各种脱氢酶,可活化基质上的氢,并由辅酶将氢传给被还原的物质,使基质氧化,受氢体还原。水解酶:对有机物的加水分解反应起催化作用。水解反应是在细胞外产生的最基本的反应,能将复杂的高分子有机物分解为小分子,使之易于透过细胞壁。如将蛋白质分解为氨基酸,将脂肪分解为脂肪酸和甘油,将复杂的多糖分解为单糖等。此外还有脱氨基、脱羧基、磷酸化和脱磷酸等酶。 许多酶只有在一些称为辅酶和活化剂的特殊物质存在时才能进行催化反应,钾、钙、镁、锌、钴、锰、氯化物、磷酸盐离子在许多种酶的催化反应中是不可缺少的辅酶或活化剂。 在需氧生物处理过程中,污水中的有机物在微生物酶的催化作用下被氧化降解,分三个阶段:第一阶段,大的有机物分子降解为构成单元──单糖、氨基酸或甘油和脂肪酸。在第二阶段中,第一阶段的产物部分地被氧化为下列物质中的一种或几种:二氧化碳、水、乙酰基辅酶A、α-酮戊二酸(或称 α-氧化戊二酸)或草醋酸(又称草酰乙酸)。第三阶段(即三羧酸循环,是有机物氧化的最终阶段)是乙酰基辅酶A、α-酮戊二酸和草醋酸被氧化为二氧化碳和水。有机物在氧化降解的各个阶段,都释放出一定的能量。 在有机物降解的同时,还发生微生物原生质的合成反应。在第一阶段中由被作用物分解成的构成单元可以合成碳水化合物、蛋白质和脂肪,再进一步合成细胞原生质。合成能量是微生物在有机物的氧化过程中获得的。
5,厌氧生物处理法
主要用于处理污水中的沉淀污泥,因而又称〖HTK〗污泥消化〖HT〗,也用于处理高浓度的有机废水。这种方法是在厌氧细菌或兼性细菌的作用下将污泥中的有机物分解,最后产生甲烷和二氧化碳等气体,这些气体是有经济价值的能源。中国大量建设的沼气池就是具体应用这种方法的典型实例。消化后的污泥比原生污泥容易脱水,所含致病菌大大减少,臭味显著减弱,肥分变成速效的,体积缩小,易于处置。 城市污水沉淀污泥和高浓度有机废水的完全厌氧消化过程可分为三个阶段(见图)。在第一阶段,污泥中的固态有机化合物借助于从厌氧菌分泌出的细胞外水解酶得到溶解,并通过细胞壁进入细胞中进行代谢的生化反应。在水解酶的催化下,将复杂的多糖类水解为单糖类,将蛋白质水解为缩氨酸和氨基酸,并将脂肪水解为甘油和脂肪酸。第二阶段是在产酸菌的作用下将第一阶段的产物进一步降解为比较简单的挥发性有机酸等,如乙酸、丙酸、丁酸等挥发性有机酸,以及醇类、醛类等;同时生成二氧化碳和新的微生物细胞。
反应原理
第一、二阶段又称为液化过程。第三阶段是在甲烷菌的作用下将第二阶段产生的挥发酸转化成甲烷和二氧化碳,因此又称为气化过程,其反应可用下式表示:
一些有机酸或醇的气化过程举例如下: 乙酸:
CH3COOH─→CO2+CH4
丙酸:
4CH3CH2COOH+2H2O─→5CO2+7CH4
甲醇:
4CH3OH─→CO2+3CH4+2H2O
乙醇:
2CH3CH2OH+CO2─→2CH3COOH+CH4
为了使厌氧消化过程正常进行,必须将温度、pH值、氧化还原电势等保持在一定的范围内,以维持甲烷菌的正常活动,保证及时地和完全地将第二阶段产生的挥发酸转化成甲烷。
生物化学反应的速度直接受温度的影响。进行厌氧消化的微生物有两类:中温消化菌和高温消化菌。前者的适应温度范围为17~43℃,最佳温度为32~35℃;后者则在50~55℃具有最佳反应速度。
近年来,厌氧消化处理法发展到应用于处理高浓度有机废水,如屠宰场废水、肉类加工废水、制糖工业废水、酒精工业废水、罐头工业废水、亚硫酸盐制浆废水等,比采用需氧生物处理法节省费用。
利用生物法处理废水的具体方法有〖HTK〗活性污泥法〖HT〗、〖HTK〗生物膜法〖HT〗、〖HTK〗氧化塘法〖HT〗、〖HTK〗土地处理系统〖HT〗和污泥消化等。〖HT〗。
厌氧发酵的三阶段理论和两阶段理论的共同点为均利用了产酸菌和产甲烷菌对有机物进行分解,都存在产酸阶段。
主要差异在于:
1、初期阶段不同
三阶段理论在分解初期运用水解细菌将高分子水解成单糖及氨基酸等小分子。两阶段理论是利用产酸菌对有机物进行分解。
2、应用的细菌不同
三阶段理论运用了三种细菌:水解菌、产酸菌和产甲烷菌。两阶段理论运用了两种细菌:产酸菌和产甲烷菌。
扩展资料:
一、厌氧发酵过程三阶段理论:
1、有机物水解和发酵细菌作用下,使碳水化合物、蛋白质与脂肪转化为单糖氨基酸、脂肪酸、甘油、CO2、H等
2、把第一阶段产物转化为H、CO2和CH3COOH
3、通过两组生理物质上不同产CH4菌作用,将H和CO2转化为CH4,对CH3脱羧产生CH4。
二、三阶段与二阶段理论的不同
二阶段理论主要包括产酸和产甲烷两个阶段。三阶段理论在上述两个阶段之前多一个“水解 阶段”,水解阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质水解菌; 在水解酶作用下,转化产生单糖、酞和氨基酸、脂肪酸和甘油。产酸阶段起作用 细菌是发酵性细菌,产氢产乙酸和耗氢产乙酸菌在胞内酶作用下,转化产生挥发 性脂肪酸、醇类、氢和二氧化碳;产甲烷阶段是产甲烷菌利用H2、CO2、乙酸、 甲醇等化合物为基质,将其转化成甲烷,其中H2、CO2和乙酸是主要基质。
生物处理的基本原理目前被人们广泛接受的是三阶段理论。此理
论将复杂的厌氧生化过程大致可以分为三个阶段,即:水解、发一
酵阶段;产氢产乙酸阶段;产甲烷阶段。相应的,将厌氧发酵微
生物分为发酵细菌群、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群三个主要的
细菌群。三个阶段过程是相互独立但又相互联系的。
第一阶段为水解发酵阶段。在该阶段,复杂的有机物在厌氧
菌胞外酶晦作用下,首先被分解成简单的有机物,如纤维素经水
解转化成较简单的糖类;蛋白质转化成较简单的氨基酸;脂类转
化成脂肪酸和甘油等。继而这些简单的有机物在产酸菌的作用下
经过
等。
厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类
参与这个阶段的水解发酵蘸主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。
第二阶段为产氢产乙酸阶段。在该阶段,产氢产乙酸菌把除
乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物,如丙酸、丁
酸等脂肪酸和醇类等转化成乙酸和氢,并有C02产生。
第三阶段为产甲烷阶段。在该阶段中,产甲烷菌把第一阶段
和第二阶段产生的乙酸、H2和C02等转化为甲烷。
三阶段理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸、H2/c02和甲醇
等以外的有机酸和醇类,长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸
菌转化为乙酸、Hz和C02等后,才能被甲烷菌利用。
几乎与三阶段理论提出的同时,有科学家提出了四菌群学
说。该理论认为复杂有机物的厌氧硝化过程有四种厌氧微生物菌
群参与,即增加了同型(耗氢)产乙酸菌群,该菌群的代谢特点
是能将H2/C02合成为乙酸。
三阶段理论和四菌群理论有机物降解的过程如图72所示。
有机物
11发酵性细菌
脂肪碱、醇类等
乙酸
CH4
圈72厌氧反应的三阶段理论和四类菌群理论
说明:1.I、Ⅱ、Ⅲ为三阶段理论,I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为四类群理论I
2.所产生的细胞物质未表示在图中
厌氧处理中最慢步骤的特点表现为限制速度步骤之前基质的
积累。如果这种基质的形式为非酸类有机物,如乙醇,则对整个
微生物群体无不良影响。- 。
微生物群体中反应最慢的成员常常是丙酸或乙酸利用菌,所
以丙酸和乙酸的积累会抵消系统中的碳酸氢盐碱度,这样的运行
故障有可能使系统的pH值降低,进而对整个微生物群体产生不
利的影响。同时低pH值恰好会对构成这一问题的利用丙酸和乙
酸的微生物抑制最大。
从产甲烷的串联反应可以类推出结论:只有每一顺序的微生
物利用有机中间产物的速度和这些中间产物产生的速度相同,厌
氧过程才能很好地进行下去。
醋酸菌是好氧菌。
醋酸菌为好氧菌,在实施液体静置培养时,会在液面形成菌膜,但葡萄糖氧化成杆菌时不形成菌膜。在含有较高浓度乙醇和醋酸的环境中,醋酸杆菌对缺氧非常敏感,中断供氧会造成菌体死亡。
醋酸菌生长繁殖的适宜温度为28℃-33℃。醋酸菌不耐热,在60℃下经10min即死亡。醋酸菌生长的最适pH为3.5-6.5,一般的醋酸杆菌能耐受醋酸达7%-9%。
扩展资料:
醋酸杆菌属的重要的特征是能将乙醇氧化成醋酸,并可将醋酸和乳酸氧化成CO2和H2O。有些菌株能够合成纤维素,其纤维素组成细胞壁外的基质,而细菌则埋置于纤维索微丝缠结的片层中。
醋酸杆菌对酒精的耐受力颇高,酒精浓度可达到5%-12%(体积分数),但对食盐的耐受力很差,当食盐浓度超过1%-1.5%时就停止活动。
参考资料:百度百科-醋酸菌
2、有氧发酵:醋酸发酵、谷氨酸发酵
无氧发酵:酒精发酵、乳酸发酵
3、酵母菌是兼性厌氧菌型微生物真菌
酵母菌的生殖方式:出芽生殖(主要) 、分裂生殖、孢子生殖
4、在有氧条件下,酵母菌进行有氧呼吸,大量繁殖。C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O
5、在无氧条件下,酵母菌能进行酒精发酵。C6H12O6→2C2H5OH+2CO2
6、20℃左右最适宜酵母菌繁殖,酒精发酵时一般将温度控制在18℃-25℃
7、在葡萄酒自然发酵的过程中,起主要作用的是附着在葡萄皮表面的野生型酵母菌。
在发酵过程中,随着酒精浓度的提高,红葡萄皮的色素也进入发酵液,使葡萄酒呈现深红色。
在缺氧呈酸性的发酵液中,酵母菌可以生长繁殖,而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到制约。
8、醋酸菌是单细胞细菌(原核生物),代谢类型是异养需氧型,生殖方式为二分裂。
9、当氧气、糖源都充足时,醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸当缺少糖源时,醋酸菌将乙醇变为乙醛,再将乙醛变为醋酸。2C2H5OH+4O2→CH3COOH+6H2O
10、控制发酵条件的作用:
①醋酸菌对氧气的含量特别敏感,当进行深层发酵时,即使只是短时间中断通入氧气,也会引起醋酸菌死亡。
②醋酸菌最适生长温度为30~35℃,控制好发酵温度,使发酵时间缩短,又减少杂菌污染的机会。
③有两条途径生成醋酸:直接氧化和以酒精为底物的氧化。
11、实验流程:挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→果酒(→醋酸发酵→果醋)
12、酒精检验:果汁发酵后是否有酒精产生,可以用重铬酸钾来检验。在酸性条件下,重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色。先在试管中加入发酵液2mL,再滴入物质的量浓度为3mol/L的H2SO43滴,振荡混匀,最后滴加常温下饱和的重铬酸钾溶液3滴,振荡试管,观察颜色。
13、充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的排气口是在酒精发酵时用来排出二氧化碳的出料口是用来取样的。
通常以发酵产物命名,下面介绍几种发酵类型:
(1)酵母酒精发酵
第一型的发酵: 酵母菌在中性或偏酸性、无氧条件下,利用葡萄糖经EMP途径产生乙醇的代谢。
第二型的发酵
在酵母酒精发酵中,加入亚适量NaHSO3,产物除了乙醇还有甘油。
第三型的发酵
在酵母酒精发酵中,发酵液pH值控制在碱性(pH7.6),产物除了乙醇还有甘油和乙酸。
(2)细菌酒精发酵
细菌例如林氏发酵单胞菌、嗜糖假单胞菌,经ED途径,降解葡萄糖生成丙酮酸,然后生成乙醇的代谢。
(3)同型乳酸发酵
乳酸杆菌属的一些种、链球菌科的某些属,利用葡萄糖经EMP途径,产生以乳酸为主产物(1.8mol 乳酸/mol G)的发酵。
(4)异型乳酸发酵
肠膜状明串珠菌、双歧乳杆菌等利用葡萄糖经PK途径,产生乳酸(0.8mol 乳酸/mol G)外,还有乙醇、乙酸、甘油和甘露醇等产物的发酵。
◆PK途径:肠膜状明串珠菌、 短乳杆菌等;产物除乳酸外还有乙醇等。
(5) 丁酸型发酵
◆梭状芽胞杆菌属;严格厌氧发酵;降解葡萄糖经EMP途径,产物除丁酸外还有其他一些产物:
◇ 丁酸-乙酸发酵:丁酸、乙酸、CO2和H2
◇ 丙酮-丁醇发酵:丙酮、丁醇、丁酸、CO2和H2
◇丁醇-异丙醇发酵:丁醇、丁酸、乙酸、异丙醇
★丁酸型发酵是发酵工业中生产丁酸、丙酮、丁醇等重要有机溶剂和化工原料的基础。
(6)甲酸发酵:
◆ 混合酸发酵:大肠杆菌等兼性厌氧菌利用葡萄糖经EMP途径,产生乳酸、甲酸、乙酸、琥珀酸、CO2和H2等产物,次外还产生少量的2,3-丁二醇的发酵。
◆ 2,3-丁二醇的发酵:产气肠杆菌等;产生大量的2,3-丁二醇、CO2、H2和少量的乳酸、甲酸、乙酸、琥珀酸等产物的发酵。
甲酸发酵在鉴定肠杆菌科中的细菌时非常有用
(7)丙酸发酵
丙酸发酵:丙酸杆菌、丙酸羧菌等厌氧菌利用葡萄糖,经EMP途径产生丙酸的代谢。
两阶段理论:第一阶段:发酵阶段,又称产酸阶段或酸性发酵阶段;主要功能是水解和酸化,主要产物是脂肪酸、醇类、CO2和H2等;主要参与反应的微生物统称为发酵细菌或产酸细菌;这些微生物的特点是:1)生长速率快,2)对环境条件的适应性(温度、pH等)强。
第二阶段:产甲烷阶段,又称碱性发酵阶段;是指产甲烷菌利用前一阶段的产物,并将其转化为CH4和CO2;主要参与反应的微生物被统称为产甲烷菌(Methane producing bacteria);产甲烷细菌的主要特点是:1)生长速率慢,世代时间长;2)对环境条件(温度、pH、抑制物等)非常敏感,要求苛刻。
三阶段理论:第一阶段,水解和发酵。在这一阶段中复杂有机物在微生物(发酵菌)作用下进行水解和发酵。多糖先水解为单糖,再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸等。蛋白质则先水解为氨基酸,再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨。脂类转化为脂肪酸和甘油,再转化为脂肪酸和醇类。
第二阶段,产氢、产乙酸(即酸化阶段)。在产氢产乙酸菌的作用下,把除甲酸、乙酸、甲胺、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物,如脂肪酸(丙酸、丁酸)和醇类(乙醇)等水溶性小分子转化为乙酸、H2和CO2。
第三阶段,产甲烷阶段。甲烷菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和(H2+CO2)等基质通过不同的路径转化为甲烷,其中最主要的基质为乙酸和(H2+CO2)。厌氧消化过程约有70%甲烷来自乙酸的分解,少量来源于H2和CO2的合成。