Буферізація рН: підтримка «зони комфорту» мікроорганізмів
Під час бродіння в темряві безперервне виробництво органічних кислот призводить до постійного зниження значення рН (показника кислотності) середовища бродіння, роблячи його все більш кислим. Більшість мікроорганізмів,-які виробляють водень, дуже чутливі до кислого середовища, і надмірно низький рН може серйозно вплинути на їхню фізіологічну активність.
Біовугілля, особливо біовугілля, виготовлене з певної сировини (наприклад, багатої на мінерали-соломи), містить деякі лужні речовини (такі як карбонат калію та карбонат кальцію). Ці речовини можуть нейтралізувати кислоти, що утворюються під час бродіння, діючи як pH-буфер, протистоячи різким змінам pH і прагнучи підтримувати середовище бродіння в діапазоні pH, який є відносно дружнім для мікроорганізмів. Це має вирішальне значення для підтримки активності мікробів.
Порада: рН є мірою кислотності та лужності; 7 — нейтральний, нижче 7 — кислотний, вище 7 — лужний. Буферність означає здатність підтримувати відносно стабільний pH.
Адсорбція інгібіторів: видалення «шкідливих відходів»
Пориста структура і велика питома поверхня біовугілля надають йому чудові адсорбційні властивості. Подібно до активованого вугілля, він може адсорбувати побічні продукти метаболізму, які накопичуються у ферментаційному бульйоні та є токсичними для мікроорганізмів (наприклад, надмірна кількість органічних кислот і етанолу), на своїй поверхні та в порах.
Таким чином, біовугілля може ефективно зменшити вільну концентрацію цих інгібіторів у ферментаційному бульйоні, таким чином зменшуючи їх пряму токсичність для мікроорганізмів і пом’якшуючи ефекти інгібування продукту.
Порада. Адсорбція стосується явища, коли речовина (наприклад, інгібітор) приєднується до поверхні іншої речовини (наприклад, біовугілля).
Іммобілізація мікроорганізмів: забезпечення «місць поселення»
Окрім адсорбції, шорстка та пориста поверхня біовугілля є ідеальним місцем прикріплення для мікроорганізмів. Мікроорганізми можуть «оселитися» на біовугілля, утворюючи біоплівку. Порівняно з мікроорганізмами, що «дрейфують» у рідині, спільноти біоплівок, утворені прикріпленим зростанням, зазвичай мають сильнішу організацію та толерантність до зовнішніх впливів навколишнього середовища (таких як високі концентрації інгібіторів).
Забезпечуючи ці «місця поселення», біовугілля допомагає мікроорганізмам краще адаптуватися до несприятливого середовища та протистояти їм, підтримуючи вищу біомасу та активність, тим самим сприяючи стабільному прогресу процесу виробництва водню. Це називається мікробною іммобілізацією або колонізацією клітин.
