Ферментативное производство водорода

Ферментативное производство водорода — это ферментативное преобразование органических субстратов в H ₂ . Водород, полученный таким образом, часто называют биоводородом . Преобразование осуществляется бактериями и простейшими , которые используют ферменты . Ферментативное производство водорода — одно из нескольких анаэробных преобразований .

Темная и фотоферментация

Реакции темной ферментации не требуют световой энергии. Они способны постоянно производить водород из органических соединений в течение дня и ночи. Обычно эти реакции сопряжены с образованием углекислого газа или формиата. Важные реакции, которые приводят к производству водорода, начинаются с глюкозы , которая преобразуется в уксусную кислоту : ^[1]

C ₆ H ₁₂ O ₆ + 2 H ₂ O → 2 CH ₃ CO ₂ H + 2 CO ₂ + 4 H ₂

Похожая реакция дает формиат вместо диоксида углерода :

С6Н12О6 + _2Н2О → _{2СН3СО2Н} + _2НСО2Н₊ 2Н2

Эти реакции являются экзергоническими на 216 и 209 ккал/моль соответственно.

Используя синтетическую биологию , бактерии можно генетически изменить, чтобы усилить эту реакцию. ^[2]^[3]

Фотоферментация отличается от темной ферментации тем, что она происходит только при наличии света . Электрогидрогенез используется в микробных топливных элементах .

Штаммы бактерий

Например, фотоферментация с Rhodobacter sphaeroides SH2C может быть использована для преобразования низкомолекулярных жирных кислот в водород. ^[4]

Enterobacter aerogenes — выдающийся производитель водорода. Это анаэробная факультативная и мезофильная бактерия, способная потреблять различные сахара, и в отличие от культивирования строгих анаэробов, не требуется никаких специальных операций для удаления всего кислорода из ферментера. E. aerogenes имеет короткое время удвоения и высокую производительность водорода и скорость выделения. Кроме того, производство водорода этой бактерией не ингибируется при высоких парциальных давлениях водорода; однако его выход ниже по сравнению со строгими анаэробами, такими как Clostridia . Теоретический максимум 4 моль H2 _/ моль глюкозы может быть произведен строгими анаэробными бактериями. Факультативные анаэробные бактерии, такие как E. aerogenes, имеют теоретический максимальный выход 2 моль H2 _/ моль глюкозы. ^[5]

Смотрите также

Ссылки

^ Thauer, RK (1998). «Биохимия метаногенеза: дань уважения Марджори Стивенсон». Микробиология . 144 : 2377–2406 . doi : 10.1099/00221287-144-9-2377 . PMID 9782487.
^ Синтетическая биология и водород
^ Эдвардс, Крис (19 июня 2008 г.). «Синтетическая биология стремится решить энергетическую головоломку». The Guardian . Лондон.
^ "Высокий выход водорода из двухэтапного процесса темновой и фотоферментации сахарозы". Архивировано из оригинала 2012-01-25 . Получено 2008-09-07 .
^ Асади, Нушин; Зилоуэй, Хамид (март 2017 г.). «Оптимизация предварительной обработки органосольвентом рисовой соломы для улучшенного производства биоводорода с использованием Enterobacter aerogenes». Bioresource Technology . 227 : 335–344 . Bibcode : 2017BiTec.227..335A. doi : 10.1016/j.biortech.2016.12.073. PMID 28042989.

Внешние ссылки

ПРОИЗВОДСТВО ВОДОРОДА ПУТЕМ ПРЯМОЙ ФЕРМЕНТАЦИИ
Развитие и ограничения в ферментативном производстве водорода

[1] Thauer, RK (1998). «Биохимия метаногенеза: дань уважения Марджори Стивенсон». Микробиология . 144 : 2377–2406 . doi : 10.1099/00221287-144-9-2377 . PMID 9782487.

[2] Синтетическая биология и водород

[3] Эдвардс, Крис (19 июня 2008 г.). «Синтетическая биология стремится решить энергетическую головоломку». The Guardian . Лондон.

[4] "Высокий выход водорода из двухэтапного процесса темновой и фотоферментации сахарозы". Архивировано из оригинала 2012-01-25 . Получено 2008-09-07 .

[Organosolv-5] Асади, Нушин; Зилоуэй, Хамид (март 2017 г.). «Оптимизация предварительной обработки органосольвентом рисовой соломы для улучшенного производства биоводорода с использованием Enterobacter aerogenes». Bioresource Technology . 227 : 335–344 . Bibcode : 2017BiTec.227..335A. doi : 10.1016/j.biortech.2016.12.073. PMID 28042989.