挥发性脂肪酸的甲烷生成降解过程可以通过使用高导电性材料，或在非导电性材料上形成电活性生物膜来得到增强

《Science in One Health》：Methanogenic degradation of volatile fatty acids can be enhanced by using highly conductive materials or by forming electroactive biofilms on non-conductive materials

挥发性脂肪酸（VFAs）降解与甲烷产率受导电（不锈钢丝网、碳 felt）和非导电（聚酯 felt、玻璃纤维网）载体材料影响。实验表明，聚酯 felt因表面亲水性和粗糙度促进高密度生物膜形成，甲烷产量达243.5 mL/g COD，与不锈钢丝网相当（224.7 mL/g COD），且COD去除效率达88%。电化学分析显示，聚酯 felt生物膜电容增加20%，导电性提升230%，归因于电子传递蛋白（如c型细胞色素）和胞外聚合物（EPS）的富集。微生物组学揭示聚酯 felt富集氢乙酸氧化菌（如Acetomicrobium）和甲烷菌（Methanothermobacter），协同代谢增强。研究表明非导电材料通过优化生物膜结构实现DIET，与导电材料机制不同。

　　本研究探讨了不同添加剂对直接种间电子传递（DIET）的促进作用，特别关注了在厌氧消化（AD）过程中挥发性脂肪酸（VFA）的降解效率以及由此产生的甲烷产量。通过对比使用导电材料（如碳毡（CF）和不锈钢网（SM））与非导电材料（如聚酯毡（PF）和玻璃纤维网（FM））的AD表现，研究人员希望揭示非导电材料在促进DIET方面可能存在的潜力。这项研究采用了牛粪作为接种物，通过实验评估了这些材料对AD过程的影响，包括微生物组成、生物膜形态、电化学特性等。

研究结果显示，非导电材料PF和导电材料SM在甲烷产量方面表现出相似的性能，而CF组的甲烷产量仅比对照组高出7%。这表明，尽管导电性在某些情况下对DIET有促进作用，但非导电材料的某些物理化学特性也可能对促进DIET有积极影响。例如，PF材料具有较大的表面积和酯基团，这可能促进了微生物的附着和生物膜的形成，进而增强了电子传递效率。此外，PF组的生物膜表现出更高的电化学性能，包括显著提高的电导率和电容值，这表明即使在非导电材料中，也能通过生物膜的形成实现电子传递的增强。

研究还发现，生物膜的结构和电化学特性与材料的表面性质密切相关。导电材料如SM和CF能够促进微生物之间的直接电子传递，而非导电材料如PF和FM则通过促进生物膜的形成和增强细胞间的相互作用来间接支持DIET。PF组的生物膜表现出更高的密度和粘稠度，这可能与材料表面的酯基团促进微生物附着和生物膜形成有关。相比之下，SM组的生物膜由于材料本身的导电性，表现出更高的电子传递效率。

在微生物组成方面，研究发现PF和SM组的生物膜中，某些微生物如Hydrogenispora和Limnochordia MBA03的相对丰度较高。这些微生物可能在促进VFA降解和甲烷生成过程中发挥了重要作用。此外，研究还检测到了与DIET相关的蛋白质和酶基因，如c型细胞色素，这些基因在PF组中尤为丰富。这表明，非导电材料PF在促进DIET方面可能具有与导电材料SM相似的效果。

研究还通过电化学方法评估了生物膜的性能，结果显示PF组的生物膜具有较高的电导率和电容值，表明其在促进电子传递方面表现出色。这可能是因为PF材料的表面特性促进了微生物的附着和生物膜的形成，从而提高了电子传递效率。同时，研究发现生物膜的形成可能改变了材料的电化学行为，使其表现出伪电容特性，而非真正的电容行为。

通过扫描电子显微镜（SEM）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）的分析，研究人员观察到了不同材料表面生物膜的结构差异。PF和SM组的生物膜显示出更复杂的结构，包括较多的细胞和细胞间连接，这可能促进了微生物间的直接电子传递。相比之下，CF和FM组的生物膜结构较为松散，这可能与材料本身的物理化学性质有关。

此外，研究还通过宏基因组分析揭示了不同材料对微生物群落的影响。PF组的生物膜中，某些微生物如Acetomicrobium和Syntrophaceticus的相对丰度较高，这些微生物可能在促进VFA降解和甲烷生成过程中发挥了重要作用。同时，研究发现，某些微生物如Bacillus和Ureibacillus在导电材料SM和FM组中表现突出，这些微生物可能通过其独特的代谢途径促进了电子传递。

研究的局限性在于，虽然初步证明了非导电材料在促进DIET方面的潜力，但具体的机制仍需进一步探索。例如，通过同位素分析可以更深入地了解代谢产物的分布和能量平衡。此外，c型细胞色素的表达分析将有助于揭示DIET的分子机制。尽管非导电材料在某些方面表现出色，但其长期使用中的性能变化和维护需求仍需关注。

综上所述，本研究揭示了非导电材料在促进DIET和提高AD效率方面的潜力，特别是在生物膜形成和微生物附着方面。这为未来在厌氧消化系统中使用非导电材料提供了理论依据和实验支持。同时，研究也指出了导电材料在促进DIET方面的优势，强调了材料选择对AD性能的重要影响。未来的研究应进一步探讨非导电材料促进DIET的具体机制，并评估其在实际应用中的可行性和经济性。