Water Research | 宏基因组学和生理、热力学研究联合揭示了剩余污泥碱性发酵液中链脂肪酸产生的机理(国人作品)
推荐：江舜尧
编译：Frank
编辑：小菌菌
文章摘要
随着废水处理过程产生大量剩余污泥（WAS），利用生物能源生产进行有效的污泥处理越来越引起人们的关注。本文研究了通过链延长（CE）将WAS碱性发酵液（WASAFL）转化为有价值、易分离的中链脂肪酸（MCFA）的新生物技术工艺，这可能为污泥处理提供新的见解。在此过程中，乙醇作为电子供体（ED），WASAFL是主要的电子受体（EA）。在三种不同的ED与EA比率（即1:2、1:1和2:1）下研究了MCFA的产量。
结果表明，随着ED与EA比例的增加，MCFA的产量从2.88±0.01增加到5.28±0.18 g COD/L。但是，当ED与EA的比例为1:1时，最高的MCFA选择性达72.9％。在高ED:EA比率下，选择性的降低主要归因于高级醇（即正丁醇和正己醇）的产生。
热力学分析证实，从WASAFL生产MCFA的所有CE过程都是放热反应，反应的自发性和能量释放随乙醇水平的增加而增加。
微生物群落分析表明：梭状芽胞杆菌属、颤杆菌克属、纤绳菌属和Exilispira与MCFAs产量呈正相关。宏基因组学分析表明，反向β-氧化途径和脂肪酸生物合成途径均对所研究系统的CE过程有贡献。功能酶主要与梭状芽胞杆菌相关，克氏梭菌、肉毒梭菌和大梭菌可能是CE过程中的关键物种。
文中重要图片说明：
图1 | 使用乙醇作为ED和WAS碱性发酵液作为EA的三组CE实验中，SCFA（乙酸、丙酸、丁酸和戊酸），MCFA（正己酸、正庚酸和正辛酸）和醇（乙醇、正丁醇和正己醇）的浓度。a-b，ED与EA的比例为1:2；c-d，ED与EA的比例为1:1；e-f，ED与EA的比例为2:1。
图2 | 在以乙醇为ED和WAS碱性发酵液为EA的三组CE实验中，最终产物的比例。a，ED与EA的比例为1:2；b，ED与EA的比例为1:1；c，ED与EA的比例为2:1；d，三种ED与EA比率下血清瓶顶部空间中H2的百分比。
图3 |随着体系中乙醇浓度的变化，不同CE过程的每个反应（Re）中转化的吉布斯自由能Δ'rGT与电子转移数的比率变化。
图4 |初始接种污泥（R0）和三个CE污泥样品（R1、R2和R3）微生物群落纲水平（a）和属水平（b）的相对丰度。
图5 | 以乙醇为ED和以WASAFL为EA的潜在代谢链延长途径。绿色实心圆圈表示酰基载体蛋白，橙色实心圆圈表示辅酶A。
图6 | 在乙醇与WASAFL碳摩尔比为1：1的反向β-氧化途径（a）和脂肪酸生物合成途径（b）中检测到的关键酶的分类学。
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