沼气细菌代谢规律

二、沼气细菌代谢规律

微生物代谢是以生命活动为基础的，其生长一般规律是开始缓慢，然后逐渐加快，到达最高阶段后又逐步下降，直至衰老死亡，表现出一个曲线式的发展过程。将少量沼气细菌接入一恒定容器里，在培养中定时取样测定菌数，以培养时间为横坐标，增长数目或重量为纵坐标，可绘出一条生长线，这种曲线可称为生长曲线（图2-2）。生长曲线反应微生物从开始生长到衰老整个过程中的菌体数目（或重量）和生理变化。根据微生物声场数度，整个曲线可分为适应期、对数期、平衡期、衰亡期四个时期。沼气生产过程中，要很好了解沼气细菌的生长规律，以便有目的地提高沼气产量。

图2-2　微生物的生长曲线

（一）适应期

初接入的细菌须通过自身生理代谢的调节适应新环境，不立即繁殖，菌数几乎不增多，曲线平稳。后期，菌体进人生理活跃阶段，少数细菌开始繁殖，曲线稍有上升。该期长短同菌种、菌龄、接种量、培养基成分和培养条件有关。生产上常采用加大接种量，在培养基中加人某些成分或用最适种龄接种等措施缩短适应期。

（二）对数期

细胞经过一段时间适应后，菌体生理活性增强，合成细胞物质增多，分裂繁殖迅速，每次分裂的间隔时间（称世代时间）缩到最短，菌数以几何级数（1，2，4，8，16，…）增加，也就是以2的指数倍数增加（即2⁰，2¹，2²，2³，…，2ⁿ)，2的指数相当于任何已给数的以2为底的对数，所以称对数期。此时期生长曲线上升，活菌数与总菌数非常接近，菌体较小，整齐、健壮、染色均匀，细胞生理活性旺盛，代谢产物的增长速度随细胞数量的增加而上升，碳、氮消耗也最快，需供给充足的碳源和氮源。若此时营养物质能够及时得到供应和保障，这种增长速度可以一直保持下去。

处于对数期的微生物，是研究基本代谢的良好材料。将对数期的细菌作为种子，适应期可以缩短，甚至不出现。所以对数期的微生物也是沼气发酵的良好种子。

（三）平衡期

经过对数期后，培养液中的营养物质被大量消耗，不利的代谢产物如二氧化碳、有机酸等逐渐积累，氧化还原电位、pH值等发生改变，妨碍细菌正常生长，细菌生活力开始衰退，分裂速度减慢。有些细胞进人成熟阶段，芽孢细菌开始产生芽孢，少数细胞开始死亡，繁殖率和死亡率渐趋平衡，活细胞总数维持在最高水平，曲线停止上升，所以称平衡期。此时，菌体形态大小典型，生理生化反应相对稳定。这时期的培养物可作为分类鉴定的依据，同时细胞内积累的代谢产物逐渐增多，是发酵产物生成的重要时期。生产中可通过补料、调节酸碱度等措施，使平衡期延长，以积累更多的代谢产物。

（四）衰亡期

这个时期，环境条件变得不适于细菌生长，只有少数细胞进行繁殖，生长越来越慢，死亡细胞大量增加，活菌数显著减少，曲线急剧下降，所以称衰亡期。此时，芽孢细菌形成具有抵抗力的芽孢。有的细胞开始自溶，产生和释放氨基酸、转化酶、外肤酶、抗菌素等产物，少数个体可适应新环境或引起变异。在显微镜下观察，可看到长形、膨大、不规则或巨大的衰退型细胞。

以上四个阶段，可因菌种、种龄和接种量不同而不同。同时也受外界环境条件，如营养、温度、通气、pH值等的影响。在生产上，我们应利用沼气细菌的生长曲线，有效地控制、利用沼气细菌的生长变化，使之有利于沼气生产。微生物在旺盛生长期内生长的速度高，生理活性也最强，如采用这一时期的微生物进行接种就可以缩短适应期。在发酵工艺上，采用连续投料发酵的方法，可以保证微生物始终在适宜条件下旺盛生长，从而获得较高的产气量。