ГЕНЕРАЦИЯ РАЗНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ НА ЭЛЕКТРОДАХ МИКРОБНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ПРИ АНАЭРОБНОМ ОКИСЛЕНИИ СУБСТРАТОВ АССОЦИАЦИЯМИ МИКРООРГАНИЗМОВ

Из природных и антропогенного источников выделено несколько микробных ассоциаций, хорошо растущих на глюкозе и значительно хуже на ацетате. За 3—5 сут роста на глюкозе культуры ассоциаций потребляют до 80—95% субстрата окисления и генерируют разность электрических потенциалов (РЭП) между анодным и катодным электродами микробного топливного элемента (МТЭ). Величина РЭП зависит от природы ассоциации и субстрата и достигает 400—500 мВ. Генерация РЭП сопровождается сдвигом в отрицательную область окислительно-восстановительного потенциала (Eh) среды до –(400—500) мВ. Это указывает на выделение H2 при окислении углеводов культурами ассоциаций. Искусственные редоксмедиаторы, такие как тетраметил-п-фенилендиамин, феназинметосульфат и бензилвиологен способствуют увеличению до 15% РЭП на электродах МТЭ. Предполагается, что увеличение РЭП, индуцированное редокс-медиаторами, обусловлено их непосредственным участием в переносе электронов от бактерий в среде инкубации на анодный электрод МТЭ. Прямое измерение тока и разности потенциалов на электродах в режиме “короткого замыкания” показывает, что внутреннее сопротивление МТЭ составляет приблизительно 1 Ком, а мощность достигает 5 мкВт.

1. Angenent L.T., Karim K., AL-Dahhan M.H., Wrenn B.A., Domiguez-Espinosa R. Production of bioenergy and biochemicals from industrial and agricultural wastewater // Trends Biotechnol. 2004. Vol. 22. N 8. P. 477—486.

2. Phaem C.A., Jung S.J., Phung N.T., Lee J., Chang I.C., Kim B.H., Yi H., Chan J. FEMS Microbiol. Lett. 2003. Vol. 223. P. 129—134.

3. Rabaey K., Lissens G., Siciliano S.D., Verstraete W. A microbial fuel cells capable of converting glucose to electricity and high rate and efficiency // Biotechnol. Lett. 2003. Vol. 25. P. 1531—1535.

4. Kim J.R., Jung S.H., Regan J.M., Elogan B. Electricity generation and microbial community analysis of alcohol powered microbial fuel cells // Bioresource technol. 2007. Vol. 98. P. 2568—2577.

5. Fedorovich V.S., Knighton M.C., Pagaling E., Ward B., Free A., Goryanin I. Novel electrochemically active bacterium phylogenetically related to Arcobacter butzleri, isolated from a microbial fuel cell // Appl. Environ. Microbiol. 2009. Vol. 75. N 23. P. 7326—7334.

6. Torres C.I., Marcus A.K., Rittmann B.E. Kinetics of consumption of fermentation products by anode-respiring bacteria // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2007. Dol 10. 1007 / s 00253-007-1198-x.

7. Roden E.E., Kappler A., Bauer I., Jiang J., Paul A., Stoesser R., Konishi H., Xu H. Extracellular electron transfer through microbial reduction of solid phase humic subsaces // Nature geoscience. 2010. Vol. 3. P. 417—421.

8. Park D.H., Zeikus G. Electricity generation in microlial fuel cells using neutral red as an electronophore // Appl. Environ. Microbiol. 2000. Vol. 66. N 4. P. 1292—1297.

9. Haipham T., Boon N., Alterman P., Clauwaert P., Schamphelaire De L. Metabolited produced by Pseudomonas sp. enable Gram-positive bacterium to achieve extracellular lectron transfe // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2008. Vol. 77. P. 1119—1129.

10. Barsky E.L., Dol’nikova G.A., Savanina Ya.V., Belousova E.E., Karpova E.Yu., Dedov A.G., Lobakova E.S. Conversion of stillage carbohydrates by associations of microorganisms immobilized on polymer matrices // Mos. Univ. Biol. Sci. Bull. 2013. Vol. 68. Iss. 3. P. 124—130.

11. Методы химии углеводов / Под ред. Н.К. Кочеткова. М., 1967. 512 с.

12. Пиневич А.В. Биология прокариот. Т. 2. СПб.: Изд. СПб ун-та, 2007. 329 с.

13. Барский Е.Л., Лебедева А.Ф., Саванина Я.В. Изменения окислительно-восстановительного потенциала среды культивирования устойчивой к тяжелым металлам бактерии Pseudomonas diminuta: взаимосвязь с выделением из клеток металлотионеиноподобных белков // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 16. Биология. 1999. № 2. С. 11—15.

14. Лебедева А.Ф., Саванина Я.В., Барский Е.Л. Изменения редокс-потенциала и содержания углеводов в среде при периодическом и диализном культивировании цианобактерии Anacystis nidulans и бактерии Pseudomonas diminuta // Вестн. Моск. ун-та. 2002. Сер. 16. Биология. № 2. С. 24—29.