畜禽粪便、餐厨垃圾等富氮有机废弃物厌氧发酵过程中常发生氨抑制，导致产甲烷性能下降。为深入揭示氨抑制机理，中国科学院广州能源研究所生物质能生化转化研究室在阶梯性提高氨浓度的厌氧发酵过程中，从产气性能、关键产甲烷反应的吉布斯自由能、能量及物质流动、微生物群落演替及微生物电子传递活性等方面全面揭示了氨抑制机理。研究发现，随着氨浓度增加，甲烷产量降低，发酵体系内挥发性脂肪酸积累，丙酸、丁酸降解甲烷化反应的吉布斯自由能变值升高，由发酵原料流向甲烷的能量显著减少（图1）。
图1氨对厌氧发酵产气性能、关键反应自由能、能量及物质流动的影响
此外，产酸菌的相对丰度显著高于产甲烷菌；ATP合成酶的基因丰度显著上升且大分子运输相关基因丰度上升，表明高氨浓度下电化学梯度产ATP途径减弱，细菌底物水平磷酸化产ATP途径增强（图2）；且产酸到产甲烷过程相关电子转移的基因丰度显著下降，限制了微生物间电子互营的效率，这是导致挥发性脂肪酸累积和甲烷产量降低的主要原因。基于以上发现，推测高浓度氨主要抑制了有机废弃物甲烷化过程的微生物电子传递效率。因此，向发酵系统内补充电子具有缓解氨抑制和提高发酵效率的潜能。
图2. 氨抑制对微生物电子传递活性的影响
以上研究成果以Effect of ammonia on anaerobic digestion: focusing on energy flow and electron transfer为题发表于Chemical Engineering Journal，郭颖副研究员及硕士毕业生肖凡为共同第一作者，通讯作者为李颖研究员。研究得到中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金面上等项目资助。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723033697
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