Фотоферментация

Эта статья требует внимания специалиста по химии . Пожалуйста , добавьте причину в или разговоре параметр для этого шаблона , чтобы объяснить проблему с статьей. WikiProject Chemistry может помочь нанять эксперта. ( Сентябрь 2008 г. )

Фотоферментация - это ферментативное превращение органического субстрата в биоводород, проявляемое разнообразной группой фотосинтезирующих бактерий посредством серии биохимических реакций, включающих три стадии, подобные анаэробному преобразованию . Фотоферментация отличается от темной ферментации тем, что она протекает только при наличии света .

Например, фото-ферментация с Rhodobacter sphaeroides SH2C (или многими другими пурпурными несерными бактериями ^[1] ) может использоваться для преобразования низкомолекулярных жирных кислот в водород ^[2] и другие продукты.

^[3] Изображает общий процесс фотоферментации.

Светозависимые пути [ править ]

Фототропные бактерии [ править ]

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

${\ displaystyle {\ ce {C6H12O6 + 6H2O -> [{hv}] 6CO2 + 12H2}}}$ ^[4]

Фотолитические производители [ править ]

Фотолитические продуценты 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]

${\ displaystyle {\ ce {12H2O -> [{hv}] 12H2 + 6O2}}}$ (водоросли) ^[4]

${\ displaystyle {\ ce {CO + H2O -> [{hv}] H2 + CO2}}}$ (фотолитические бактерии) ^[4]

Устойчивое производство энергии [ править ]

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 помощью водорослей вместо бактерий используется для производства биоэтанола, среди других альтернатив жидкого топлива. ^[8]

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

Механизм [ править ]

Бактерии и их источник энергии содержатся в камере биореактора, которая не пропускает воздух и не содержит кислорода. ^[7] В биореакторе поддерживается температура, соответствующая видам бактерий. ^[7] Бактерии поддерживаются углеводной диетой, состоящей из простых молекул сахаридов . ^[9] Углеводы обычно поступают из сельскохозяйственных или лесных отходов. ^[9]

Варианты [ править ]

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

Помимо форм Rhodopseudomonas palustris дикого типа , ученые использовали генетически модифицированные формы для производства водорода. ^[5] Другие исследования включают расширение системы биореактора для содержания комбинации бактерий, водорослей или цианобактерий . ^[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 [ править ]

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, произведенные человеком. ^[5] По сравнению с темной ферментацией , фотоферментация производит больше водорода за реакцию и позволяет избежать кислых конечных продуктов темной ферментации. ^[12]

Ограничения [ править ]

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, питательные среды для бактерий необходимо вращать и обновлять без подачи воздуха в систему биореактора, что усложняет и без того дорогостоящую установку биореактора. ^[7]^[9]

См. Также [ править ]

Темное брожение
Производство ферментативного водорода
Биоводород
Ферментация (биохимия)
Производство водорода
Фотохимическая реакция
Фотоводород
Фототроф
Фотобиология
Электрогидрогенез
Микробный топливный элемент

Ссылки [ править ]

^ Redwood MD, Патерсон-Beedle M, Macaskie LE (июнь 2009). «Интеграция темных и светлых стратегий производства био-водорода: к водородной экономике» (PDF) . Обзоры в области экологической науки и био / технологий . 8 (2): 149–185. DOI : 10.1007 / s11157-008-9144-9 .
↑ Tao Y, Chen Y, Wu Y, He Y, Zhou Z (февраль 2007 г.). «Высокий выход водорода из двухэтапного процесса темновой и фотоферментации сахарозы». Международный журнал водородной энергетики . 32 (2): 200–6. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2006.06.034 .
^ Габриэлян, 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. DOI : 10,1186 / s12934-015-0324-3 . ISSN 1475-2859 . PMC 4558839 . PMID 26337489 .
^ Б с д е е Гимире А, Frunzo л, Пироцци Ж, траблы Е, Escudie R, объектив ПН, Эспозито G (апрель 2015 г.). «Обзор производства темного ферментативного биоводорода из органической биомассы: параметры процесса и использование побочных продуктов». Прикладная энергия . 144 : 73–95. DOI : 10.1016 / j.apenergy.2015.01.045 .
^ a b 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. DOI : 10.1111 / jam.13599 . PMID 28972701 .
^ Laurinavichene Т, Текучева Д, Laurinavichius К, Цыганков А (март 2018). «Использование сточных вод ликеро-водочного завода для производства водорода в одностадийных и двухстадийных процессах с фотоферментацией». Ферментные и микробные технологии . 110 : 1–7. DOI : 10.1016 / j.enzmictec.2017.11.009 . PMID 29310850 .
^ Б с д е е г Уяре B (сентябрь 2016). «Конструкция биореактора для производства фотоферментативного водорода». Биопроцессы и инженерия биосистем . 39 (9): 1331–40. DOI : 10.1007 / s00449-016-1614-9 . PMID 27142376 .
^ a b Costa RL, Oliveira TV, Ferreira J, Cardoso VL, Batista FR (апрель 2015 г.). «Перспективная технология производства биоэтанола из фотоферментации». Биоресурсные технологии . 181 : 330–7. DOI : 10.1016 / j.biortech.2015.01.090 . PMID 25678298 .
^ а б в г Чжан Кью, Ван И, Чжан З., Ли Диджей, Чжоу Х, Цзин И, Ге Икс, Цзян Д., Ху Дж, Хе С (апрель 2017 г.) «Производство фотоферментативного водорода из растительных остатков: мини-обзор». Биоресурсные технологии . 229 : 222–230. DOI : 10.1016 / j.biortech.2017.01.008 . PMID 28108074 .
↑ Chen CY, Yang MH, Yeh KL, Liu CH, Chang JS (сентябрь 2008 г.). «Производство биоводорода с использованием последовательных двухэтапных процессов темной и фотоферментации». Международный журнал водородной энергетики . 33 (18): 4755–4762. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2008.06.055 .
^ Keskin T, Hallenbeck PC (май 2012). «Производство водорода из отходов сахарной промышленности с использованием одностадийной фотоферментации». Биоресурсные технологии . 112 : 131–6. DOI : 10.1016 / j.biortech.2012.02.077 . PMID 22420990 .
Перейти ↑ Chandrasekhar K, Lee YJ, Lee DW (апрель 2015 г.). «Производство биоводорода: стратегии повышения эффективности процесса с помощью микробных путей» . Международный журнал молекулярных наук . 16 (4): 8266–93. DOI : 10.3390 / ijms16048266 . PMC 4425080 . PMID 25874756 .

Внешние ссылки [ править ]

Поищите фотоферментацию в Викисловаре, бесплатном словаре.

Фото брожение
Увеличение производства фототропного водорода за счет ферментации с твердым носителем и внутреннего оптоволоконного освещения

Эта статья о возобновляемой энергии является заглушкой . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[1] Redwood MD, Патерсон-Beedle M, Macaskie LE (июнь 2009). «Интеграция темных и светлых стратегий производства био-водорода: к водородной экономике» (PDF) . Обзоры в области экологической науки и био / технологий . 8 (2): 149–185. DOI : 10.1007 / s11157-008-9144-9 .

[2] Tao Y, Chen Y, Wu Y, He Y, Zhou Z (февраль 2007 г.). «Высокий выход водорода из двухэтапного процесса темновой и фотоферментации сахарозы». Международный журнал водородной энергетики . 32 (2): 200–6. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2006.06.034 .

[3] Габриэлян, 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. DOI : 10,1186 / s12934-015-0324-3 . ISSN 1475-2859 . PMC 4558839 . PMID 26337489 .

[:4-4] Б с д е е Гимире А, Frunzo л, Пироцци Ж, траблы Е, Escudie R, объектив ПН, Эспозито G (апрель 2015 г.). «Обзор производства темного ферментативного биоводорода из органической биомассы: параметры процесса и использование побочных продуктов». Прикладная энергия . 144 : 73–95. DOI : 10.1016 / j.apenergy.2015.01.045 .

[:3-5] 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. DOI : 10.1111 / jam.13599 . PMID 28972701 .

[:0-6] Laurinavichene Т, Текучева Д, Laurinavichius К, Цыганков А (март 2018). «Использование сточных вод ликеро-водочного завода для производства водорода в одностадийных и двухстадийных процессах с фотоферментацией». Ферментные и микробные технологии . 110 : 1–7. DOI : 10.1016 / j.enzmictec.2017.11.009 . PMID 29310850 .

[:1-7] Б с д е е г Уяре B (сентябрь 2016). «Конструкция биореактора для производства фотоферментативного водорода». Биопроцессы и инженерия биосистем . 39 (9): 1331–40. DOI : 10.1007 / s00449-016-1614-9 . PMID 27142376 .

[:5-8] Costa RL, Oliveira TV, Ferreira J, Cardoso VL, Batista FR (апрель 2015 г.). «Перспективная технология производства биоэтанола из фотоферментации». Биоресурсные технологии . 181 : 330–7. DOI : 10.1016 / j.biortech.2015.01.090 . PMID 25678298 .

[:2-9] а б в г Чжан Кью, Ван И, Чжан З., Ли Диджей, Чжоу Х, Цзин И, Ге Икс, Цзян Д., Ху Дж, Хе С (апрель 2017 г.) «Производство фотоферментативного водорода из растительных остатков: мини-обзор». Биоресурсные технологии . 229 : 222–230. DOI : 10.1016 / j.biortech.2017.01.008 . PMID 28108074 .

[10] Chen CY, Yang MH, Yeh KL, Liu CH, Chang JS (сентябрь 2008 г.). «Производство биоводорода с использованием последовательных двухэтапных процессов темной и фотоферментации». Международный журнал водородной энергетики . 33 (18): 4755–4762. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2008.06.055 .

[11] Keskin T, Hallenbeck PC (май 2012). «Производство водорода из отходов сахарной промышленности с использованием одностадийной фотоферментации». Биоресурсные технологии . 112 : 131–6. DOI : 10.1016 / j.biortech.2012.02.077 . PMID 22420990 .

[12] Перейти ↑ Chandrasekhar K, Lee YJ, Lee DW (апрель 2015 г.). «Производство биоводорода: стратегии повышения эффективности процесса с помощью микробных путей» . Международный журнал молекулярных наук . 16 (4): 8266–93. DOI : 10.3390 / ijms16048266 . PMC 4425080 . PMID 25874756 .

[1]