畜禽糞便、餐廚垃圾等富氮有機廢棄物厭氧發(fā)酵過程中常發(fā)生氨抑制，導致產(chǎn)甲烷性能下降。為深入揭示氨抑制機理，中國科學院廣州能源研究所生物質(zhì)能生化轉(zhuǎn)化研究室在階梯性提高氨濃度的厭氧發(fā)酵過程中，從產(chǎn)氣性能、關鍵產(chǎn)甲烷反應的吉布斯自由能、能量及物質(zhì)流動、微生物群落演替及微生物電子傳遞活性等方面全面揭示了氨抑制機理。研究發(fā)現(xiàn)，隨著氨濃度增加，甲烷產(chǎn)量降低，發(fā)酵體系內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸積累，丙酸、丁酸降解甲烷化反應的吉布斯自由能變值升高，由發(fā)酵原料流向甲烷的能量顯著減少（圖1）。
圖1氨對厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣性能、關鍵反應自由能、能量及物質(zhì)流動的影響
此外，產(chǎn)酸菌的相對豐度顯著高于產(chǎn)甲烷菌；ATP合成酶的基因豐度顯著上升且大分子運輸相關基因豐度上升，表明高氨濃度下電化學梯度產(chǎn)ATP途徑減弱，細菌底物水平磷酸化產(chǎn)ATP途徑增強（圖2）；且產(chǎn)酸到產(chǎn)甲烷過程相關電子轉(zhuǎn)移的基因豐度顯著下降，限制了微生物間電子互營的效率，這是導致?lián)]發(fā)性脂肪酸累積和甲烷產(chǎn)量降低的主要原因?；谝陨习l(fā)現(xiàn)，推測高濃度氨主要抑制了有機廢棄物甲烷化過程的微生物電子傳遞效率。因此，向發(fā)酵系統(tǒng)內(nèi)補充電子具有緩解氨抑制和提高發(fā)酵效率的潛能。
圖2. 氨抑制對微生物電子傳遞活性的影響
以上研究成果以Effect of ammonia on anaerobic digestion: focusing on energy flow and electron transfer為題發(fā)表于Chemical Engineering Journal，郭穎副研究員及碩士畢業(yè)生肖凡為共同第一作者，通訊作者為李穎研究員。研究得到中國科學院青年創(chuàng)新促進會、國家自然科學基金面上等項目資助。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723033697
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