沼气发酵主要利用微生物的好氧原理沼气发酵主要利用微生物的好氧原理

Question

沼气发酵主要利用微生物的好氧原理
沼气发酵主要利用微生物的好氧原理

Answer 1

1.发酵的概念：“发酵”这一词用的非常普遍.在生物氧化和能量代谢中,是指在无氧气的情况下,微生物体内葡萄糖被分解成二氧化碳和中间有机物,并释放能量,这一过程称为发酵（在有氧气的情况下,微生物体内的葡萄糖被氧化分解成二氧化碳和水,并释放能量,这一过程称为呼吸或氧化）.但是,在工农业应用微生物进行生产时,无论用好氧性微生物进行生产还是用厌氧性微生物进行生产,通称为发酵.因此,“发酵”专指利用微生物进行生产时生物物质的分解、合成过程.
2.发酵的类型：微生物发酵的类型极其多样.根据微生物对葡萄糖的发酵产物的不同,主要分为以下各类：
（1）乙醇发酵（酒精发酵）：进行乙醇发酵的微生物主要是酵母菌,如啤酒酵母等,此外还有少数种类的细菌也能进行乙醇发酵.乙醇发酵与酿酒、酒精生产、发面等有密切关系.其原理是酵母菌在缺氧的条件下,将葡萄糖经糖酵解途径产生丙酮酸,然后,丙酮酸脱羧生成乙醛,乙醛还原成乙醇.酵母菌用于酿酒或酒精生产,常用的原料物质是：糖类物质如甜菜、糖蜜、果汁等；淀粉物质如玉米、高粱、谷物、薯类等；纤维物质如木屑、芦草等.用淀粉或纤维物质为原料时,必须先经过糖化过程,是由其它微生物完成的,酵母菌不能直接发酵淀粉和纤维.
（2）乳酸发酵：乳酸发酵主要是乳酸细菌在厌氧条件下进行的发酵作用.它们利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸,丙酮酸再还原产生乳酸.根据发酵产物的区别又分为同型乳酸发酵（产物中只有乳酸的,如乳酸链球菌、乳酪链球菌、干酪乳杆菌等）和异型乳酸发酵（产物中除乳酸外还有乙酸、乙醇、CO2、H2的,如乳酸杆菌、明串珠菌等）.这二类乳酸发酵都能使乳类和食品酸化.我们日常生活中的牛奶变酸、腌泡菜、制作酸菜、青贮饲料和酸奶、奶酪的制作等,都是利用乳酸发酵.质量好的泡菜、酸菜中,主要是同型乳酸发酵作用,因为异型乳酸发酵产生的乳酸少,产物较复杂,容易造成其它腐败微生物的生长,影响发酵制品的质量.
（3）醋酸发酵：进行醋酸发酵的主要是各种醋酸细菌.这些细菌在有氧的条件下,通过有氧呼吸,将乙醇氧化,在获得能量的同时,产生醋酸.醋酸细菌广泛存在于自然界中.在果园土壤中、葡萄和其它浆果或酸败的食物表面,以及未杀菌的醋、果酒、啤酒、黄酒中,都有醋酸细菌.这些细菌都是需氧的小杆菌.醋酸细菌氧化乙醇的作用是酿醋工业的基础.传统酿醋过程是利用各种粮食作原料酿造.但是,醋酸细菌不能利用淀粉,所以在接种时,不仅要有醋酸细菌,还要接入酵母菌、霉菌.霉菌先将淀粉糖化成葡萄糖,酵母菌将葡萄糖发酵成酒,再由醋酸细菌氧化成醋.
（4）沼气发酵：沼气是有机物经厌氧微生物的发酵作用产生的可燃性气体,其中除主要成分甲烷（CH4）外,还有少量的H2、N2、CO2.有机物经发酵作用产生沼气的过程,是在无氧的条件下经多种微生物综合作用的结果.沼气发酵过程分成三个阶段：第一阶段是由厌氧和兼性厌氧细菌将纤维素、淀粉等糖类分解成单糖后,再形成丙酮酸；将蛋白质分解成氨基酸后,再形成有机酸；将脂类分解成甘油和脂肪酸后,再形成丙酸、乙酸、丁酸、乙醇、H2和CO2.第二阶段是产生氢产乙酸的细菌群,利用第一阶段产生的有机酸,分解成乙酸、H2和CO2.第三阶段由严格厌氧的产甲烷菌群来完成.产甲烷菌群可以利用CO2、甲醇、甲酸、乙酸、H2产生甲烷.甲烷细菌在自然界的沼泽、池塘的污泥、食草动物的粪便中存在,因此,进行沼气发酵的有机物可用性畜的粪便和塘泥.我国农村利用秸秆、杂草生产沼气,解决了燃料困难.沼气发酵后的残渣是优质、卫生的有机肥料.
以上叙述了四种发酵类型,除上述几种外,还有其它一些类型.