环境卫生工程 ›› 2024, Vol. 32 ›› Issue (1): 127-127.
餐厨垃圾开放式高效定向乳酸生物转化:微生物群落变化及生物固碳效能分析
刘 硕,汪群慧,李 媛,马晓宇,朱文彬,王锘涵,孙海曙,高 明
- 北京科技大学 能源与环境工程学院;论文来源: Bioresource Technology. 2023, 370, 128398. Highly efficient oriented bioconversion of food waste to lactic acid in an open system:Microbial community analysis and biological carbon fixation evaluation. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128398
摘要: 1 研究亮点*餐厨垃圾高效生产115 g/L乳酸,产量为0.97 g/g,最大生产速率为6.08 g/(L·h);*糖化和pH控制对于定向乳酸生物转化至关重要;*Enterococcus mundtii CGMCC 2227适用于开放式餐厨垃圾发酵;*生物固碳使二氧化碳排放量减少了21 kg/t。2 背景高压灭菌在发酵底物培养基中引起美拉德反应,导致糖损失和生产成本增加。无灭菌的开放式发酵系统省去了高压灭菌操作,节省了能源。但开放体系容易被其他微生物污染,产生的乳酸会迅速降解为乙酸。因此,开放系统是不稳定的。本研究旨在探究在绿色低碳战略下实现餐厨垃圾的资源化利用,探索一种开放、高效和定向的乳酸生物转化技术。3 研究方法餐厨垃圾取自某高校学生食堂,经分拣除杂、粉碎、糖化后,置于工作容积为400 mL的发酵罐中,不灭菌但接种Enterococcus mundtii CGMCC 22227,通过充氮维持厌氧条件,在43 ℃条件下进行乳酸开放发酵,接种比为10%(v/v),以不接菌或不糖化的餐厨垃圾开放式发酵作空白对照,分别采用实时pH控制或调节初始pH的调节策略。4 主要研究结果糖化处理增加了餐厨垃圾底物中葡萄糖的初始浓度,促进了土著产乳酸菌对底物的利用,未接菌的对照实验组,土著产乳酸菌占优势,抑制了土著产乙酸和乙醇细菌的存活。接种了Enterococcus mundtii CGMCC 2227的实验组,显著提高了餐厨垃圾底物中乳酸的产量和总糖的乳酸转化率,并抑制了土著产乳酸菌产生副产物。同时,较高的初始可发酵糖浓度可以大幅提高乳酸的产率,缩短发酵时间,从而降低乳酸的生产成本。连续实时调控pH 为6.8比仅调控初始pH的最大乳酸浓度提高了4.2倍。仅使用餐厨垃圾中的土著产乳酸菌进行发酵,无法使得微生物群落中的土著产乳酸菌一直处于优势菌群的地位,产乙酸和产乙醇菌的生长增加了副产物的产生。5 结论与展望本研究以糖化餐厨垃圾为原料,在开放模式下,连续实时控制pH为6.8,添加蒙氏肠球菌,建立了高效的生物乳酸生产工艺。结果表明,Enterococcus mundtii CGMCC 2227能够适应复杂的餐厨垃圾底物,在开放体系中占据优势地位。定向乳酸生物转化表现出生物固碳能力,与未接菌实验组相比,每吨餐厨垃圾至少减少21 kg的二氧化碳排放。
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