CCI20130725042

44

3. Przemiany związków organicznych w warunkach beztlenowych

3.2. Beztlenowe procesy przemiany materii

Początkowe etapy beztlenowej przemiany materii przebiegają podobnie jak w procesach tlenowych. W warunkach braku tlenu rozpuszczonego niektóre organizmy chemolitotro-ficzne potrafią wykorzystać utlenione związki mineralne, siarczany(VI) oraz azotany(V) jako ostateczny akceptor wodoru. Utlenienie wodoru przebiega wówczas, tak jak w warunkach tlenowych, przez łańcuch oddechowy, a końcowymi produktami są odpowiednio siarkowodór lub azot cząsteczkowy oraz energia.

Inne procesy beztlenowe (fermentacje) przebiegają z wydzieleniem wysokoenergetycznych produktów końcowych, jak na przykład alkohol czy metan, do środowiska. Ze względu na brak tlenu wodór może być przeniesiony tylko na inne związki organiczne. Uwalniana w tym procesie energia jest niewielka i stanowi około jednej trzeciej wartości uwalnianej przy całkowitym utlenieniu, w związku z czym do uzyskania takiej samej energii komórki w warunkach beztlenowych muszą zużyć większe ilości substratu. Dlatego też dla porównywalnej ilości zużywanego substratu dają mniejszy przyrost biomasy, co jest niewątpliwą zaletą procesów beztlenowych.

3.3. Mechanizm procesu fermentacji metanowej

Beztlenowy rozkład związków organicznych zachodzi w czterech fazach prowadzonych przy ścisłej współpracy różnych grup bakterii. Należą tu przede wszystkim bakterie hy-drolizujące, fermentujące, acetogenne, homoacetogenne, redukujące siarczany(VI) i meta-nogenne (rys. 3.2).

Faza I hydrolityczna - podczas której spolimeryzowane, nierozpuszczalne związki organiczne, takie jak białka, węglowodany, tłuszcze, przy współudziale zewnątrzkomórko-wych enzymów są rozkładane na mniejsze fragmenty, które mogą być transportowane do komórek bakteryjnych. Białka są hydrolizowane do aminokwasów, wielocukry (w tym celuloza) do cukrów prostych, tłuszcze do alkoholi wielowodorotlenowyeh i kwasów tłuszczowych.

Faza II acidogenna (zakwaszająca) - z dominacją fakultatywnych bakterii acidogennych, dla których substratem wyjściowym są produkty hydrolizy, przetwarzane dalej do krótko-łańcuchowych kwasów organicznych, głównie (w 76%) do lotnych kwasów tłuszczowych (jak mrówkowy, octowy, propionowy, maslowy, Walerianowy, kapronowy), do alkoholi (np. metanolu, etanolu), aldehydów i produktów gazowych C0₂ i H₂. Pozostała część jest biodegradowana do octanów (około 20%). Niektóre ze związków powstałych w fazie zakwaszającej mają charakter metanogenny, np. kwas mrówkowy, octowy, metanol, C0₂ i H₂. Mogą być one bezpośrednio wykorzystywane przez bakterie metanowe i przetwarzane do atrakcyjnego energetycznie, końcowego produktu fermentacji, tj. metanu CH₄. Tworzenie metanu z produktów gazowych, będące efektem redukcji tlenku węgla(IV) wodorem, powoduje, że obniża się ciśnienie parcjalne tego gazu. Jest to zjawisko korzystne dla prawidłowego rozwoju bakterii uczestniczących w II fazie procesu, które wyma-