Buforowanie pH: Utrzymanie „strefy komfortu” mikroorganizmów
Podczas ciemnej fermentacji ciągła produkcja kwasów organicznych prowadzi do ciągłego spadku wartości pH (miary kwasowości) środowiska fermentacyjnego, czyniąc je coraz bardziej kwaśnym. Większość mikroorganizmów-wytwarzających wodór jest bardzo wrażliwa na środowisko kwaśne, a nadmiernie niskie pH może poważnie wpłynąć na ich aktywność fizjologiczną.
Biowęgiel, zwłaszcza biowęgiel wytwarzany z niektórych surowców (takich jak słoma{{0}bogate w minerały), zawiera pewne substancje alkaliczne (takie jak węglan potasu i węglan wapnia). Substancje te mogą neutralizować kwasy powstałe podczas fermentacji, pełniąc rolę buforu pH, przeciwstawiając się drastycznym zmianom pH i starając się utrzymać środowisko fermentacyjne w zakresie pH stosunkowo przyjaznym dla mikroorganizmów. Ma to kluczowe znaczenie dla utrzymania aktywności mikrobiologicznej.
Wskazówka: pH jest miarą kwasowości i zasadowości; 7 jest obojętne, poniżej 7 jest kwaśne, a powyżej 7 jest zasadowe. Buforowanie odnosi się do zdolności do utrzymywania względnie stabilnego pH.
Adsorpcja inhibitorów: usuwanie „szkodliwych odpadów”
Porowata struktura i duża powierzchnia właściwa biowęgla zapewniają mu doskonałe właściwości adsorpcyjne. Podobnie jak węgiel aktywny, może adsorbować produkty uboczne metabolizmu, które gromadzą się w bulionie fermentacyjnym i są toksyczne dla mikroorganizmów (takich jak nadmiar kwasów organicznych i etanol) na jego powierzchni i porach.
W ten sposób biowęgiel może skutecznie zmniejszyć wolne stężenie tych inhibitorów w brzeczce fermentacyjnej, zmniejszając w ten sposób ich bezpośrednią toksyczność dla mikroorganizmów i łagodząc skutki hamowania produktu.
Wskazówka: Adsorpcja odnosi się do zjawiska przyłączania się substancji (takiej jak inhibitor) do powierzchni innej substancji (takiej jak biowęgiel).
Immobilizacja drobnoustrojów: zapewnienie „miejsc osadnictwa”
Oprócz adsorpcji szorstka i porowata powierzchnia biowęgla jest idealnym miejscem przyłączania mikroorganizmów. Mikroorganizmy mogą „osadzić się” na biowęglu, tworząc biofilm. W porównaniu do mikroorganizmów „dryfujących” w cieczy, zbiorowiska biofilmu utworzone przez przyczepiony wzrost zwykle mają silniejszą organizację i tolerancję na zewnętrzne stresy środowiskowe (takie jak wysokie stężenia inhibitorów).
Zapewniając te „miejsca osadnictwa”, biowęgiel pomaga mikroorganizmom lepiej przystosować się do niekorzystnego środowiska i stawić mu czoła, utrzymując wyższą biomasę i aktywność, promując w ten sposób stabilny postęp procesu produkcji wodoru. Nazywa się to unieruchomieniem drobnoustrojów lub kolonizacją komórek.
