Puferiranje pH: Održavanje "zone udobnosti" mikroorganizama
Tijekom tamne fermentacije, kontinuirana proizvodnja organskih kiselina dovodi do kontinuiranog smanjenja pH vrijednosti (mjera kiselosti) okoline fermentacije, čineći je sve kiselijom. Većina mikroorganizama koji -proizvode vodik vrlo je osjetljiva na kiselu okolinu, a prenizak pH može ozbiljno utjecati na njihovu fiziološku aktivnost.
Biougljen, posebno biougljen napravljen od određenih sirovina (kao što je slama-bogata mineralima), sadrži neke alkalne tvari (kao što su kalijev karbonat i kalcijev karbonat). Ove tvari mogu neutralizirati kiseline nastale tijekom fermentacije, djelujući kao pH pufer, odupirući se drastičnim promjenama pH vrijednosti i nastojeći održati okolinu fermentacije unutar pH raspona koji je relativno prijateljski nastrojen prema mikroorganizmima. To je ključno za održavanje mikrobne aktivnosti.
Savjet: pH je mjera kiselosti i lužnatosti; 7 je neutralno, ispod 7 je kiselo, a iznad 7 je alkalno. Puferiranje se odnosi na sposobnost održavanja relativno stabilnog pH.
Adsorpcija inhibitora: Uklanjanje "štetnog otpada"
Porozna struktura i velika specifična površina biougljena daju izvrsnu adsorpcijsku sposobnost. Poput aktivnog ugljena, može adsorbirati metaboličke nusprodukte koji se nakupljaju u fermentacijskoj juhi i otrovni su za mikroorganizme (kao što su prekomjerne organske kiseline i etanol) na svoju površinu i pore.
Na taj način biougljen može učinkovito smanjiti slobodnu koncentraciju ovih inhibitora u fermentacijskoj juhi, čime se smanjuje njihova izravna toksičnost za mikroorganizme i ublažavaju učinci inhibicije proizvoda.
Savjet: Adsorpcija se odnosi na pojavu pričvršćivanja tvari (kao što je inhibitor) na površinu druge tvari (kao što je biougljen).
Imobilizacija mikroba: Pružanje "mjesta za naseljavanje"
Osim adsorpcije, hrapava i porozna površina biougljena idealno je mjesto za vezivanje mikroorganizama. Mikroorganizmi se mogu "naseliti" na biougljen, stvarajući biofilm. U usporedbi s mikroorganizmima koji "plutaju" u tekućini, zajednice biofilma formirane pričvršćenim rastom obično imaju jaču organizaciju i toleranciju na vanjske stresove iz okoliša (kao što su visoke koncentracije inhibitora).
Omogućujući ta "mjesta naseljavanja", biougljen pomaže mikroorganizmima da se bolje prilagode i odupru nepovoljnim okruženjima, održavajući veću biomasu i aktivnost, promičući tako stabilan napredak procesa proizvodnje vodika. To se zove mikrobna imobilizacija ili stanična kolonizacija.
