Биоинженерия анаэробного сбраживания для получения летучих жирных кислот, водорода или метана: критический обзор

Анаэробное сбраживание — хорошо зарекомендовавшая себя технология получения биогаза или биометана, а также дигестата, используемого в качестве биоудобрения. Однако из-за разнообразия отходов и остаточных материалов, служащих субстратом, и смешанных культур в биореакторе анаэробное сбраживание относится к наиболее сложным биохимическим процессам: в нём участвуют гидролитические, ацидогенные, водородпродуцирующие и ацетатобразующие бактерии, а также ацетокластические и гидрогенотрофные метаногены. В качестве промежуточных продуктов образуются водород и летучие жирные кислоты (ЛЖК), в том числе уксусная, пропионовая, изомасляная, масляная, изовалериановая, валериановая и капроновая, а также другие карбоновые кислоты, например янтарная и молочная. Поскольку эти кислоты служат важным сырьём для различных отраслей промышленности — в виде смесей или очищенных соединений, — процесс анаэробного сбраживания можно целенаправленно настраивать с помощью биоинженерных подходов, чтобы наряду с водородом получать ЛЖК; таким образом, биогазовые установки могут превратиться в биоперерабатывающие комплексы. В этом обзоре изложены теоретические основы и методы накопления ЛЖК и водорода, подавления их превращения в метан и извлечения в качестве конечных продуктов. Рассмотрено влияние предварительной обработки, pH, температуры, гидравлического времени удерживания (HRT), органической нагрузки (OLR), химического ингибирования метаногенеза и термического шока инокулята на накопление ЛЖК, выработку водорода, состав ЛЖК и микробное сообщество. Кроме того, описаны возможные методы извлечения ЛЖК из ферментационной среды, позволяющие уменьшить ингибирование продуктами и обеспечить карбоксилатами последующие технологические процессы.