光発酵

光発酵とは、多様な光合成細菌が嫌気性発酵に類似した3段階の生化学反応を経て有機基質をバイオ水素に変換する発酵法です。光発酵は暗発酵とは異なり、光の存在下でのみ進行します。

例えば、ロドバクター・スフェロイデスSH2C（または他の多くの紫色の非硫黄細菌^{[ 1 ]}）による光発酵は、小分子脂肪酸を水素^{[ 2 ]}やその他の生成物に変換するために使用できます。

光依存経路

光合成細菌

光合成細菌は光発酵によって水素ガスを生産するが、その水素は有機化合物から供給される。^{[ 4 ]}

${\ce {C6H12O6 + 6H2O ->[{hv}] 6CO2 + 12H2}}$ ^{[ 4 ]}

光分解生産者

光分解生産者は光栄養生物に似ていますが、生物が光と相互作用して分解された水分子から水素を供給します。^{[ 4 ]}光分解生産者は藻類と特定の光合成細菌で構成されています。^{[ 4 ]}

${\ce {12H2O ->[{hv}] 12H2 + 6O2}}$ （藻類）^{[ 4 ]}

${\ce {CO + H2O ->[{hv}] H2 + CO2}}$ （光分解細菌）^{[ 4 ]}

持続可能なエネルギー生産

紫色の非硫黄産生細菌による光発酵は、バイオ燃料の生産方法として研究されてきました。^{[ 5 ]}これらの細菌の天然発酵産物である水素ガスは、天然ガスエネルギー源として利用できます。^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}細菌の代わりに藻類による光発酵は、バイオエタノール生産やその他の液体燃料の代替として使用されています。^{[ 8 ]}

機構

バクテリアとそのエネルギー源は、空気を通さず酸素のないバイオリアクターチャンバー内に保持されます。 ^{[ 7 ]}バイオリアクター内では、バクテリア種にとって適切な温度が維持されます。^{[ 7 ]}バクテリアは、単純な糖分子からなる炭水化物食で維持されます。^{[ 9 ]}炭水化物は通常、農業または林業廃棄物から供給されます。^{[ 9 ]}

バリエーション

科学者たちは、野生型のロドプセウドモナス・パルストリスに加えて、遺伝子組み換え型も水素生成に使用しています。 ^{[ 5 ]}他の研究には、バイオリアクターシステムを拡張して、細菌、藻類、シアノバクテリアの組み合わせを保持することが含まれます。^{[ 7 ]}^{[ 9 ]}エタノール生産は、他の種の中でも、藻類のクラミドモナス・ラインハルティによって、明暗の循環環境で行われます。 ^{[ 8 ]}明暗の循環環境は、水素生成のためのバクテリアでも研究されており、水素収量を増加させています。^{[ 10 ]}

利点

細菌には通常、ウォーターレタスやテンサイ糖蜜などの分解された農業廃棄物や不要な作物が与えられます。^{[ 11 ]}^{[ 5 ]}このような廃棄物が豊富にあるため、細菌の安定した食料源が確保され、人間が生み出した廃棄物が生産的に使用されます。^{[ 5 ]}暗発酵と比較して、光発酵は反応ごとにより多くの水素を生成し、暗発酵の酸性の最終生成物を回避します。^{[ 12 ]}

制限事項

持続可能なエネルギー源としての光発酵の主な制限は、バイオリアクター内の細菌を維持するための厳密な要件に起因しています。^{[ 7 ]}研究者は、バイオリアクター内の細菌の温度を一定に保つことが難しいことを発見しました。^{[ 7 ]}さらに、細菌の増殖培地は、バイオリアクターシステムに空気を導入することなく回転させて更新する必要があり、すでに高価なバイオリアクターのセットアップを複雑化させます。^{[ 7 ]}^{[ 9 ]}

参照

参考文献

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外部リンク

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[3] Gabrielyan, Lilit; Sargsyan, Harutyun; Trchounian, Armen (2015-09-04). 「紫色細菌Rhodobacter sphaeroidesによる光発酵バイオ水素生産の新たな特性：プロトノフォアと責任酵素阻害剤の影響」 .微生物細胞工場. 14 (1): 131. doi : 10.1186/s12934-015-0324-3 . ISSN 1475-2859 . PMC 4558839. PMID 26337489 .

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