H对发酵过程的影响与控制

H₂对发酵过程的影响与控制从代谢机制到工程调控的系统性分析Contents目录H₂对发酵过程的影响与控制——从生成机制到工程调控的全景梳理01H₂在发酵中的基本角色与生成机制02H₂对发酵代谢路径的影响03H₂对微生物群落的影响04H₂浓度的检测与监控05H₂调控策略与工程应用CHAPTER01H₂在发酵中的基本角色与生成机制从分子特性到代谢通路的系统认知PHYSICOCHEMICALPROPERTIESH₂的基本理化特性与发酵体系中的特殊性H₂作为最轻的双原子分子，在发酵体系中表现出极低溶解度和高扩散性的双重特征，其-414mV的标准氧化还原电位使其成为厌氧微生物处理过剩还原力的核心"电子汇"，但气液传质瓶颈常导致实际浓度偏离热力学平衡值。实验室条件下液体中的氢气气泡形态低溶解度—分子量2、沸点-252.8℃，标准条件下水中溶解度仅约0.8mg/L，极易从液相逸出至气相空间0.8mg/L理想电子受体—H₂/H⁺氧化还原电位-414mV，是厌氧体系中最低电位对之一，热力学上极具优势-414mV传质制约—发酵液H₂浓度受气液传质效率制约，搅拌速率、罐压和液面面积显著改变H₂实际分压高扩散性—极高扩散系数，可自由穿透细胞膜，胞内外H₂浓度趋于一致，直接影响代谢酶活性InterspeciesHydrogenTransfer种间氢传递：H₂在微生物群落中的核心枢纽角色种间氢传递（IHT）是厌氧生态系统的核心代谢协作机制——产H₂菌释放的H₂被产甲烷菌、产乙酸菌和硫酸盐还原菌等及时消耗，维持低H₂分压，从而保证产H₂反应的热力学可行性；这种互惠共生关系决定了整个发酵体系的代谢效率和稳定性。01产甲烷菌以H₂为电子供体将CO₂还原为CH₄（4H₂+CO₂→CH₄+2H₂O），是厌氧消化器中最重要的H₂消耗途径02同型产乙酸菌通过Wood-Ljungdahl途径利用H₂和CO₂合成乙酸（4H₂+2CO₂→CH₃COOH），在低温条件下尤为活跃03硫酸盐还原菌利用H₂将SO₄²⁻还原为H₂S（4H₂+SO₄²⁻→S²⁻+4H₂O），在含硫酸盐废水发酵中成为主导耗H₂菌群04高效IHT要求产H₂菌与耗H₂菌物理距离<10μm，形成颗粒污泥或生物膜等微聚集体结构以缩短H₂扩散路径厌氧消化器中颗粒污泥微观形态·微生物聚集体结构Chapter02H₂对发酵代谢路径的影响从热力学约束到代谢流重分配的深度解析THERMODYNAMICREGULATIONH₂分压对乙醇发酵路径的调控效应H₂分压升高通过热力学反馈抑制NADH氧化途径，迫使胞内NADH/NAD⁺比值上升，驱动碳流向乙醇等还原性产物偏移乙醇发酵实验场景·发酵罐01H₂分压升高抑制氢化酶活性，NADH无法有效通过产H₂途径氧化，胞内NADH/NAD⁺比值显著上升NADH↑02为维持氧化还原平衡，菌体将更多丙酮酸碳流导向乙醇脱氢酶途径，乙醇产量随H₂分压升高而增加乙醇↑03Clostridium属菌株在H₂分压0.5atm下乙醇产量提高40–60%，乙酸产量相应下降20–30%+40%04NADH→H₂反应在H₂分压＞60Pa时ΔG转为正值，而丙酮酸→乙醇在更宽H₂范围内ΔG仍为负值ΔG<0代谢途径选择H₂对丁酸与乙酸发酵路径的选择性影响H₂分压决定了乙酰辅酶A碳流在乙酸途径与丁酸途径之间的分配：低H₂条件下乙酸途径占优（产ATP多），高H₂条件下丁酸途径占优（消耗NADH多）；这种代谢转换的临界点约在H₂分压60-100Pa，对工业丁酸生产和肠道健康均有重要意义。低H₂分压条件代谢流向NADH可通过氢化酶有效氧化为H₂，乙酰辅酶A主要进入乙酸合成途径，每分子葡萄糖产3乙酸+2H₂+2ATP能量与生长乙酸途径ATP产率高（3mol/mol葡萄糖），菌体生长速率快，但丁酸产量极低，碳流以乙酸和CO₂为主要出口工艺实现低H₂分压通常通过持续排气、N₂吹扫或与耗H₂菌共培养实现，体系中H₂分压维持在10Pa以下高H₂分压条件代谢转向NADH氧化受阻迫使碳流转向丁酸合成：2乙酰辅酶A+2NADH→丁酸+CoA，每分子葡萄糖产1丁酸+2CO₂+1ATP氧化还原平衡丁酸途径ATP产率降低（1mol/mol葡萄糖），但有效消耗了过剩NADH，维持胞内氧化还原平衡实验验证参考文献实验证实：肠道丁酸产生菌在高H₂气氛下丁酸、乳酸和甲酸产量显著增加，乙酸产量下降MetabolicRegulationH₂对丙酸与乳酸发酵路径的调控机制H₂分压升高通过NADH积累效应间接促进丙酸和乳酸的合成——丙酸途径中琥珀酸还原步骤和乳酸途径中乳酸脱氢酶步骤均消耗NADH，在高H₂条件下成为菌体维持氧化还原平衡的替代出口。01丙酸发酵（琥珀酸途径）：丙酮酸→草酰乙酸→苹果酸→延胡索酸→琥珀酸→丙酸，全程消耗2NADH，高H₂下NADH积累促进该途径2NADH02Propionibacterium实验：外加H₂至0.3atm时丙酸产率提高25–35%，同时乙酸副产物减少，丙酸/乙酸比从2:1升至4:125–35%03乳酸发酵：乳酸脱氢酶（LDH）直接利用NADH还原丙酮酸，反应ΔG=−25kJ/mol，在宽H₂范围内均热力学可行−25kJ/mol04混合酸发酵体系中H₂分压升高通常导致乳酸/乙酸比上升、甲酸盐积累增加，因甲酸裂解产H₂途径被反向抑制乳酸/乙酸↑Propionibacterium细菌培养实景MICROBIOME·H₂REGULATION肠道微生物组中H₂对丁酸产生菌的调控效应Campbell等人（2023）的研究证实：高H₂浓度刺激肠道丁酸产生菌增加丁酸、乳酸和甲酸的合成，以牺牲乙酸和H₂排放为代价；这一发现揭示了H₂作为肠道发酵调控因子的重要角色，对理解肠道健康和代谢疾病具有深远意义。含氢化酶的丁酸产生菌在高H₂气氛或添加氢化酶抑制剂CO的条件下，含氢化酶的丁酸产生菌显著增加丁酸、乳酸和甲酸的产量H₂积累抑制氢化酶的H₂释放功能，迫使糖酵解产生的还原力通过丁酸/乳酸/甲酸途径再氧化NADH通过调节分支代谢途径中的酶表达水平，在不同H₂浓度下实现代谢产物的最优分配HYDROGENASE·NADH·BUTYRATE无氢化酶的丁酸产生菌F.prausnitziiA2-165菌株不含氢化酶，其发酵产物分布不受H₂浓度或CO处理的显著影响通过丁酸激酶/丁酰辅酶A:乙酸辅酶A转移酶途径产丁酸，NADH再氧化不依赖氢化酶氢化酶的存在与否是决定丁酸产生菌对H₂响应差异的关键分子标记F.PRAUSNITZII·COA-TRANSFERASEGutMicrobiome·Methanogenesis产甲烷菌消耗H₂对肠道丁酸产生的抑制效应M.smithii等产甲烷菌消耗H₂降低肠道H₂分压，使丁酸产生菌代谢从丁酸途径回转至乙酸途径，导致丁酸产量下降；该效应在高H₂产量条件下最为显著。01合成群落实验：添加M.smithii后H₂浓度显著降低，同时丁酸产量下降，验证了"H₂消耗→丁酸减少"的因果链02人群队列分析：M.smithii代谢活性与粪便丁酸含量呈负相关，但仅在摄入抗性淀粉补充剂时该关联具有统计学显著性03机制解释：M.smithii消耗H₂后H₂分压降低，丁酸产生菌氢化酶重新活跃，碳流从丁酸途径回转至乙酸+H₂途径04附加效应：M.smithii促进E.rectale生长，同时降低F.prausnitzii的相对竞争适合度，改变了群落结构人体肠道微生物群落·荧光染色显微图像SYSTEMATICREVIEWH₂分压对主要发酵产物影响的系统性总结H₂分压升高统一促进还原性产物积累、抑制氧化性产物，核心驱动力为胞内NADH/NAD⁺比值变化H₂分压变化对发酵产物分布的影响发酵产物低H₂分压高H₂分压核心机制乙酸↑增加↓减少低H₂下NADH经氢化酶氧化，碳流优先走乙酸途径（ATP产率高）乙醇↓减少↑增加高H₂下NADH积累，乙醇脱氢酶途径成为NADH再氧化替代出口丁酸↓减少↑增加丁酸合成需消耗2NADH，高H₂下成为热力学有利的NADH汇乳酸↓减少↑增加乳酸脱氢酶直接利用NADH还原丙酮酸，高NADH/NAD⁺促进反应丙酸↓减少↑增加琥珀酸途径中还原步骤需NADH，高H₂下碳流偏向丙酸途径甲酸↓减少↑积累甲酸裂解酶复合体将甲酸分解为H₂+CO₂，高H₂抑制该反应正向进行NADH/NAD⁺比值是调控发酵产物分布的核心氧化还原开关CHAPTER03H₂对微生物群落的影响从种间竞争到群落演替的生态学视角H₂分压与群落演替H₂对不同耗H₂微生物群落的选择性塑造三类耗H₂微生物对H₂的利用遵循热力学优先序列：硫酸盐还原菌（ΔG=-152kJ/mol）>产甲烷菌（-131kJ/mol）>产乙酸菌（-95kJ/mol）；H₂浓度和电子受体可用性共同决定了耗H₂群落的组成，进而影响整个发酵体系的代谢终产物谱。热力学竞争优势硫酸盐还原菌利用H₂的ΔG最负（-152kJ/mol），在SO₄²⁻浓度>2mM时完全压制产甲烷菌对H₂的利用产甲烷菌的H₂利用阈值最低（<10Pa），能在极低H₂分压下存活，使其在H₂受限环境中具有竞争优势同型产乙酸菌的H₂利用ΔG相对最不利（-95kJ/mol），但在低温（<20℃）条件下热力学优势超过产甲烷菌动力学特性差异产甲烷菌H₂半饱和常数Ks为1-10μM，表明其对低浓度H₂的亲和力极高，适合H₂受限环境硫酸盐还原菌Ks为5-50μM，在高H₂浓度下Vmax更高，但低H₂时竞争不过产甲烷菌H₂浓度梯度变化可导致耗H₂群落的演替：高H₂阶段以硫酸盐还原菌为主，低H₂阶段转为产甲烷菌主导浓度驱动ELECTRONTRANSFERH₂介导的种间共生与DIET替代机制传统H₂介导的种间氢传递（IHT）正在被直接种间电子传递（DIET）所补充——后者通过导电菌毛或导电材料实现电子直传，绕过H₂中间步骤，在特定条件下可将厌氧消化效率提升20-40%，这为优化发酵体系提供了新的工程思路。01传统IHT模型：产H₂菌释放H₂→液相扩散→耗H₂菌摄取利用，传质距离<10μm时效率最高，受H₂溶解度和扩散系数限制02DIET机制：Geobacter等产电子菌通过OmcS细胞色素修饰的导电菌毛，直接将电子传递至Methanosaeta等耗电子菌表面03导电材料促进DIET：添加颗粒活性炭（GAC）、磁性纳米颗粒或碳布可使DIET替代IHT成为主导电子传递方式，CH₄产率提高20-40%04IHT与DIET共存：实际厌氧消化器中两种机制通常共存，H₂浓度高时IHT主导，H₂浓度低且导电材料丰富时DIET占优厌氧消化反应器中添加颗粒活性炭（GAC）促进DIETMETABOLICCOMPETITIONH₂浓度变化重塑肠道丁酸产生菌的竞争格局M.smithii通过消耗H₂改变了合成群落中的代谢环境：含氢化酶的E.rectale在低H₂下转向高ATP产率的乙酸途径获得生长优势，而不含氢化酶的F.prausnitzii代谢不受影响，相对竞争适合度下降——H₂浓度变化通过差异化的代谢响应重塑了种间竞争格局。E.rectale的响应策略含氢化酶，M.smithii降低H₂后其氢化酶重新活跃，碳流从丁酸途径回转到乙酸途径乙酸途径ATP产率更高（3molvs1mol/mol葡萄糖），生长速率加快，在群落中的相对丰度上升体现了含氢化酶丁酸产生菌对H₂浓度变化的代谢灵活性，能根据环境调整碳流分配策略Advantage3:1F.prausnitzii的竞争劣势不含氢化酶，发酵产物分布不受H₂浓度变化影响，代谢策略相对固定在E.rectale生长加速后面临更激烈的底物竞争，相对竞争适合度下降提示不含氢化酶的丁酸产生菌可能在H₂波动的肠道环境中处于长期竞争劣势Disadvantage—MICROBIALECOLOGY·H₂DYNAMICSH₂驱动的厌氧消化器微生物群落演替规律厌氧消化器中微生物群落的演替与H₂浓度动态密切相关：启动期H₂积累→产酸菌主导；稳态期H₂被消耗→产甲烷菌主导；过载时H₂急升→酸化风险。H₂分压的急剧变化可作为系统失衡的早期预警指标，比pH和VFA提前2-6小时响应。1000–5000Pa启动期H₂启动阶段：产甲烷菌群尚未建立，H₂分压可达1000–5000Pa，发酵型细菌和同型产乙酸菌快速增殖占据生态位10–50Pa稳态期H₂稳态阶段：产甲烷菌群成熟后H₂分压降至10–50Pa，乙酸营养型和H₂营养型产甲烷菌共存，群落结构趋于稳定10×↑2–6HWARNING过载响应：有机负荷突增导致VFA和H₂同步积累，H₂分压可在2–6小时内升高10倍以上，早于pH下降的预警信号Ni·Co·FeRECOVERY恢复策略：降低进料负荷、添加微量元素（Ni、Co、Fe）促进氢化酶活性、接种高效产甲烷菌可加速群落恢复工业级UASB厌氧消化反应器CHAPTER04H₂浓度的检测与监控从离线分析到在线传感的技术体系AnalysisMethodsH₂浓度的离线检测与常规分析方法气相色谱法（GC-TCD）是H₂检测的金标准，精度可达ppm级但无法连续监测；电化学传感器响应快（30-60s）适合半在线应用；钯合金光纤传感器适合防爆场景；液相溶解H₂测定需依赖MIMS或Clark微电极等技术。气相H₂检测气相色谱法（GC-TCD）：精度±1%FS，检测限<10ppm，需离线取样，分析周期3-5min/样，是实验室基准方法，广泛应用于标准定量分析电化学传感器：响应时间30-60s，检测范围0-100%vol，可半在线使用，但电极寿命通常仅1-2年需定期校准，维护成本较高钯合金光纤传感器：利用H₂与Pd反应导致折射率变化，本质安全防爆，检测范围10ppm-4%vol，适合高风险场景和工业现场液相溶解H₂检测膜导入质谱（MIMS）：通过疏水膜将溶解H₂导入质谱仪，响应时间<10s，检测限<0.1μM，是液相H₂检测最灵敏方法，适用于痕量分析Clark型H₂微电极：尖端直径<50μm，可在生物膜和颗粒污泥内部原位测定溶解H₂浓度分布，实现高空间分辨率测量顶空平衡法：取液样密封振荡使H₂在气液两相重新平衡后测定顶空H₂浓度，反算液相浓度，操作简便但精度较低CHALLENGES&SOLUTIONSH₂检测中的关键挑战与技术注意事项H₂检测面临四大核心挑战：传感器交叉敏感性、水蒸气干扰、空间异质性取样问题、以及爆炸下限安全合规；每个挑战都需要针对性的技术方案来解决。CROSS-SENSITIVITY交叉敏感性电化学和热导式传感器对CO、CH₄、H₂S均有响应，需配备选择性滤膜、双通道补偿或色谱预分离消除干扰。CO/CH₄/H₂SMOISTURE水蒸气干扰发酵排气含水量高（>90%RH），需在传感器前端安装冷凝器或Nafion干燥管将湿度降至<10%RH。>90%→<10%RHHETEROGENEITY空间异质性大型工业罐（>100m³）搅拌死区H₂分压可达主体区域5–10倍，建议多点取样或CFD辅助优化取样位置。5–10×分压差EXPLOSIONSAFETY防爆安全H₂爆炸下限4%vol（LEL），罐区和排气管路所有设备须满足ATEX/IECEx防爆认证，配置H₂泄漏报警联锁系统。4%volLELCHAPTER05H₂调控策略与工程应用从物理化学方法到生物工程的综合调控体系PHYSICALMETHODS降低H₂浓度的物理调控方法物理法是降低发酵体系H₂浓度最直接的手段，核心原理是强化气液传质和稀释气相H₂分压；四种主要方法各有适用场景。气相调控强化排气：增大排气流量或降低罐顶压力（如降至0.8atm），加速H₂从液相逸出，操作简单但受限于气体处理系统容量N₂/CO₂吹扫：以0.3–0.5vvm速率通入惰性气体稀释气相H₂，可降溶解H₂60–80%，但会增加尾气处理负荷变压操作：周期性降低罐压（如每2h从1.2atm降至0.8atm维持10min），脉冲式释放溶解H₂，减少持续低压对菌体的应力液相脱气真空脱气：将10–20%发酵液循环引出至真空脱气室（<0.3atm），强制释放溶解气体后回流，脱H₂效率>90%膜脱气：疏水中空纤维膜组件（PP或PTFE材质），发酵液管内流动、壳侧抽真空，H₂选择性渗透移除，无气体稀释超声辅助脱气：利用超声空化效应在局部产生微气泡核，促进溶解H₂聚集析出，可作为辅助手段提升其他方法效率工艺控制维持/升高H₂浓度的方法与化学调控手段当目标产物需要高H₂环境时（如丁酸、乙醇发酵），可通过密封加压、外加H₂或添加代谢抑制剂来维持高H₂分压；化学调控的核心在于选择性抑制特定耗H₂或产H₂途径，实现H₂代谢流的精确重定向。发酵罐加压操作与背压阀设备实景01密封加压操作：通过背压阀将罐压提升至1.5–2.0atm，H₂分压成比例升高，需注意高压对菌体生长和溶质传递的综合影响。02外加H₂/合成气：通过气体分布器向罐内通入纯H₂或H₂/CO₂混合气，精确控制H₂分压在目标范围，常用于合成气发酵。03CO选择性抑制：低浓度CO（0.1–1%）抑制[NiFe]-氢化酶的H₂氧化活性，保留[FeFe]-氢化酶的H₂合成功能，净H₂产率提高。04BES抑制产甲烷菌：溴乙烷磺酸钠（BES，10–50mM）是辅酶M的结构类似物，可特异性抑制产甲烷菌甲基还原步骤，使H₂在体系中积累。MetabolicEngineering基因工程与代谢工程调控H₂代谢的策略基因工程提供了最精准的H₂调控手段——通过敲除耗H₂基因（hya/hyb）、过表达产H₂基因（hydA/fdx）、引入外源代谢途径或构建光驱动产H₂系统，可从分子层面重塑微生物的H₂代谢网络，实现定向调控。基因敲除与过表达01敲除大肠杆菌hya/hyb基因（编码摄取型[NiFe]-氢化酶），消除H₂氧化能力，净H₂产率提高2-3×02过表达[FeFe]-氢化酶hydA和铁氧还蛋白fdx，增强丙酮酸→H₂途径通量，需同步过表达成熟蛋白HydE/F/G03敲除乳酸脱氢酶ldh基因减少乳酸副产物，将碳流重定向至丙酮酸→H₂途径，H₂摩尔产率从1.2→2.1mol/mol葡萄糖合成生物学前沿01将梭菌PFOR-氢化酶途径导入非产H₂宿主（如枯草芽孢杆菌），构建全新的H₂合成能力02蓝细菌光驱动产H₂：过表达bidirectional氢化酶hoxH并利用光能裂解水，理论转化效率可达10%太阳能→H₂03无细胞体系产H₂：纯化多酶体系（如G6PDH+6PGDH+氢化酶）在体外催化葡萄糖完全氧化产12molH₂/mol葡萄糖INDUSTRIALAPPLICATION暗发酵产H₂的工业应用与示范案例暗发酵产H₂是目前最接近工业化的生物制H₂技术，日本、韩国和中国均有示范或中试项目餐厨垃圾生物发酵处理设施实景01日本福冈示范工厂：以餐厨垃圾为原料，日处理3吨，H₂产率150L/kgVS，产H₂用于PEM燃料电池发电系统02韩国连续流系统：食品废水底物，CSTR反应器HRT=8h、pH=5.5，稳定产H₂速率2.5LH₂/L/d，H₂纯度经PSA提纯达99.97%03中国哈工大中试：啤酒废水底物，厌氧折流板反应器（ABR），最佳HRT=6h时H₂产率达3.2L/L/d，COD去除率>60%04经济性分析：当底物成本<20元/吨且H₂售价>30元/kg时，暗发酵产H₂可与电解水制H₂在成本上具有竞争力BIOGASENGINEERINGH₂调控在厌氧消化沼气工程中的应用核心洞察：H₂分压调控是优化厌氧消化产甲烷效率的关键手段，通过维持适宜的氢气分压（10⁻⁴~10⁻⁶atm），可促进产甲烷菌与产氢产乙酸菌的协同代谢，显著提升沼气产量与品质。技术原理与机制🔬热力学平衡调控产甲烷反应（ΔG°'=-135.6kJ/mol）在标准条件下自发进行，但实际反应受底物浓度与产物分压影响。通过H₂调控维持反应自由能在适宜范围，确保产甲烷菌代谢活性最大化。⚡种间氢转移强化产氢产乙酸菌与产甲烷菌形成互营共生关系。H₂作为电子载体在种间传递，低H₂分压驱动产氢反应正向进行，高H₂分压则抑制产氢，需动态平衡以维持系统稳定。🎯代谢途径优化适宜的H₂分压促进乙酸型产甲烷（占沼气产量70%），抑制丙酸、丁酸等中间产物积累，避免酸化风险，提升系统抗冲击负荷能力。工程应用策略💨原位H₂脱除技术采用膜分离、变压吸附或化学吸收法实时调控反应器气相H₂浓度，维持微正压环境（0.5-2kPa），促进产氢产乙酸菌活性，COD去除率提升15-25%。🔄外源H₂补加调控针对高固含量或难降解底物，适量补充H₂可激活氢营养型产甲烷途径，缩短启动期30-50%，甲烷纯度提升至95%以上。📊智能监控反馈集成在线H₂传感器与PLC控制系统，实现H₂分压的实时监测与自动调节，响应时间<5分钟，保障厌氧消化过程稳定运行。15-30%沼气产量提升95%+甲烷纯度可达<5min系统响应时间10⁻⁴~10⁻⁶atm最优H₂分压ApplicationProspectsH₂调控在肠道健康与微生态领域的应用前景基于H₂对肠道丁酸产生的正向调控效应，通过膳食干预或抑制产甲烷菌可提高肠道H₂浓度、促进丁酸合成，为炎症性肠病和结直肠癌的预防提供了新思路。肠道微生态与膳食营养干预示意膳食干预策略：摄入抗性淀粉补充剂增加肠道H₂总产量，高H₂环境下丁酸产生菌代谢向丁酸途径偏移，粪便丁酸含量升高产甲烷菌抑制：通过利福昔明等肠道不吸收抗生素选择性抑制产甲烷菌，减少H₂消耗，维持较高肠道H₂分压促进丁酸合成益生菌组合策略：将产H₂的双歧杆菌与丁酸产生菌联合使用，构建人工IHT微生态模块增强丁酸产量氢医学研究：口服富H₂水（0.8mM）在多项临床研究中显示出抗氧化和抗炎效果，为H₂的全身性健康效应提供了独立证据工艺对比H₂调控在丁酸与丙酸工业发酵中的工程实践工业丁酸发酵通过密封加压（1.2-1.5atm）和间歇排气策略维持高H₂分压，使丁酸/乙酸比从1:2提高至3:1、浓度达60-80g/L；丙酸发酵则在微正压条件下利用H₂积累促进琥珀酸还原途径，H₂调控已成为有机酸工业发酵过程优化的核心参数之一。H₂调控在主要有机酸工业发酵中的应用对比目标有机酸主要菌种H₂调控策略核心效果丁酸Clostridiumbutyricum密封加压1.2-1.5atm，间歇排气维持H₂分压>200Pa丁酸浓度60-80g/L，丁酸/乙酸比从1:2升至3:1丙酸Propionibacteriumfreudenreichii微正压1.1atm，N₂吹扫除CO₂但保留H₂丙酸产率提高25-35%，丙酸/乙酸比达4:1乳酸Lactobacillusspp.常压排气，H₂浓度不作为主要调控参数乳酸为同型发酵产物，H₂调控效应相对有限琥珀酸ActinobacillussuccinogenesCO₂气氛（10-20%CO₂）促进羧化反应琥珀酸浓度>100g/L，CO₂固定率