水热预处理强化餐厨垃圾乳酸发酵：性能提升机制与微生物组解析

本研究发现水热预处理（80-140°C）结合离心上清回收技术可显著提升餐厨垃圾（FW）水解效率与乳酸产量。通过宏基因组分析揭示，120°C预处理条件下乳酸产量达12.4 g/L（较对照组提升68%），并促使微生物群落由乳酸杆菌（Lactobacillus amylolyticus/L. delbrueckii）主导，同时抑制丙酸/丁酸代谢通路基因表达。该策略为餐厨垃圾高值化资源回收（如聚乳酸前体生产）提供了关键技术支撑。

　　

Highlight

水热预处理显著提升餐厨垃圾有机质溶出率（140°C时tCOD回收率达63.8%）

120°C预处理使乳酸产量达到12.4 g/L，较对照组提升68%

宏基因组揭示乳酸杆菌成为优势菌群（相对丰度>95%）

关键基因分析显示丙酸/丁酸代谢通路基因缺失

Food waste and inoculum（餐厨垃圾与接种物）

本研究采用实验室配制的标准化餐厨垃圾基质，其组成依据文献中真实数据设定：蔬菜41%、土豆16%、苹果14%、米饭11%、猪肉9%、大豆3%、鸡蛋2%、油脂4%及盐1%。

Hydrothermal pretreatment for the enhanced organic matter dissolution and recovery in the FW supernatant（水热预处理增强餐厨垃圾上清液中有机物溶解与回收）

水热预处理有效促进了餐厨垃圾有机质向液相溶出（图1a），使上清液中总有机质和可溶性有机质浓度同步上升（图1b）。对照组上清液有机质仅占餐厨垃圾总有机质（以tCOD计）的39.6%，而140°C处理组该比值提升至63.8%。随着液相有机质分配比例增加，预处理后上清液固体含量显著降低，这有利于后续离心分离过程中油脂的有效脱除（图1c）。经120°C预处理后，上清液油脂浓度降至最低（0.5 g/L），同时碳水化合物成为主要有机组分（占比超60%），为乳酸发酵提供了理想底物。

Conclusions（结论）

水热预处理结合离心技术成功制备出富含多糖的上清液底物，通过增强水解效率与油脂回收率，显著提升了餐厨垃圾发酵产乳酸的效能。预处理组始终优于对照组，其中120°C条件获得最高乳酸浓度（12.4 g/L）。宏基因组分析表明，这种改善源于低pH环境下由乳酸杆菌主导的简化微生物群落通过异型乳酸发酵途径实现高效转化。乳酸杆菌（Lactobacillus amylolyticus和Lactobacillus delbrueckii）的优势地位以及相关功能基因的富集，共同促使乳酸生产通路占据主导，同时抑制了丙酸和丁酸等副产物的生成途径。