上期回顾：上期讲座沼气博士介绍了沼气细菌工作的必要条件及工作环境，使读者对沼气发酵有了基本了解。本期讲坛沼气博士将对沼气发酵所需要的发酵原料、液化及产甲烷过程进行详细介绍，使读者能充分了解沼气细菌发酵的整个流程。
沼气发酵需要的原料
沼气发酵原料是产生沼气的物质基础，又是沼气细菌赖以生存的养料来源。沼气细菌在沼气池内正常生长繁殖过程中，必须从发酵原料里吸取充足的营养物质，如水分、碳素、氮素、无机盐类和大量的硫、磷、钠、钙、镁等元素，用以生命活动，成倍繁殖细菌和转化沼气。
在地球上，可作为沼气发酵原料的有机物质相当丰富，其产生沼气的潜力是十分可观的。除矿物油和木质素外，所有的有机物如人畜粪尿、作物秸秆、青草、垃圾、含有机质的工业废水、污泥等都可以作为沼气发酵原料（基质）。不同的发酵原料，由于所含的化学成分不同，其产气潜力和特性（如消化分解速度）也存在很大差异。
在我国农村，人畜粪便和作物秸秆是主要的发酵原料。人、畜和家禽粪便富含氮元素，称“富氮原料”。这类原料经过人和动物肠胃系统的充分消化，一般颗粒细小，含有大量低分子化合物（即人和动物未吸收消化的中间产物），含水量较高。因此，在进行沼气发酵时，它们不必进行预处理，就容易厌氧分解，产气很快，发酵期较短。秸秆和秕壳等农作物的残余物，富含纤维素、半纤维素、果胶以及难降解的木质素和植物蜡质，称“富碳原料”。干物质含量比富氮的粪便原料高，且质地疏松，比重小，进沼气池后容易飘浮形成发酵死区——浮壳层，发酵前一般需经预处理，富碳原料其厌氧分解比富氮原料慢，产气周期较长，产气量高。
氮素是构成微生物细胞质的重要原料，碳素不仅构成微生物细胞质，而且提供生命活动的能量。发酵原料的碳氮比不同，因发酵细菌消耗碳的速度比消耗氮的速度要快25～30倍。在其他条件具备的情况下，碳氮比例配成25～30∶1，可以使沼气发酵在合适的速度下进行。如果比例失调，就会使产气和微生物的生命活动受到影响。因此，制取沼气不仅要有充足的原料，还应注意各种发酵原料碳氮比的合理搭配。
沼气发酵过程的液化阶段
用作沼气发酵原料的有机物种类繁多，如禽畜粪便、作物秸秆、食品加工废物和废水，以及酒精废料等，其主要化学成分为多糖、蛋白质和脂类。其中多糖类物质是发酵原料的主要成分，它包括淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质等。这些复杂有机物大多数在水中不能溶解，必须首先被发酵细菌所分泌的胞外酶水解为可溶性糖、肽、氨基酸和脂肪酸后，才能被微生物所吸收利用。发酵性细菌将上述可溶性物质吸收进入细胞后，经过发酵作用将它们转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类及一定量的氢、二氧化碳。在沼气发酵测定过程中，发酵液中的乙酸、丙酸、丁酸总量称为中挥发酸(TVA)。蛋白质类物质被发酵性细菌分解为氨基酸，又可被细菌合成细胞物质而加以利用，多余时也可以进一步被分解生成脂肪酸、氨和硫化氢等。蛋白质含量的多少，直接影响沼气中氨及硫化氢的含量，而氨基酸分解时所生成的有机酸类，则可继续转化而生成甲烷、二氧化碳和水。脂类物质在细菌脂肪酶的作用下，首先水解生成甘油和脂肪酸，甘油可进一步按糖代谢途径被分解，脂肪酸则进一步被微生物分解为多个乙酸。
沼气发酵过程的产甲烷阶段
在沼气发酵过程中，甲烷的形成是由一群生理上高度专业化的古细菌——产甲烷菌所引起的，产甲烷菌包括食氢产甲烷菌和食乙酸产甲烷菌，它们是厌氧消化过程食物链中的最后一组成员，尽管它们具有各种各样的形态，但它们在食物链中的地位使它们具有共同的生理特性，在缺氧条件下，均以甲烷为主要代谢产物。目前已知的甲烷产生过程由以上两组不同的产甲烷菌完成。
产甲烷菌的生长要求有严格厌氧环境，他们广泛存在于水底沉积物和动物消化道等极端厌氧的环境中，适宜生存在pH值中性条件下，只能代谢少数几种碳素底物生成甲烷且生长缓慢。
