有机生物质废弃物组分对厌氧酸发酵的影响：基于碳蛋白比的新型评估模型

针对传统碳氮比(C/N)在预测厌氧发酵性能时的局限性，研究人员创新性提出碳蛋白比指标，排除木质素和半纤维素干扰，揭示其对挥发性脂肪酸(VFAs)产量的调控机制。通过微生物菌群强化，将转化率提升96.9%，为食品工业废弃物的高值化利用提供新策略。

　　

随着全球对可持续发展目标(SDGs)的重视，食品工业有机废弃物的资源化利用成为研究热点。当前处理方式如焚烧、填埋不仅造成资源浪费，还加剧温室气体排放。虽然厌氧发酵可将废弃物转化为挥发性脂肪酸(VFAs)等高值产品，但传统碳氮比(C/N)评估存在重大缺陷——木质素和半纤维素等难降解组分被计入碳源，而总氮包含微生物无法利用的非蛋白氮，导致预测偏差。更棘手的是，不同原料中这些成分含量差异显著，使得工业规模发酵难以稳定控制。

针对这一瓶颈，来自经济部能源局资助的研究团队创新性提出"碳蛋白比"概念，通过排除木质素/半纤维素、以蛋白质替代总氮，建立更贴近实际代谢的评估体系。研究发现固定碳蛋白比能稳定酸产量，添加蛋白水解菌群使转化率从0.274跃升至0.425。特别值得注意的是，当碳蛋白比接近1时VFAs产量最高，而低比值促进丙酸生成。该成果发表于《Biomass and Bioenergy》，为混合生物质共发酵提供了普适性调控指标。

关键技术包括：1) 采用牛粪(富集纤维素分解菌)和猪粪(富集蛋白水解菌)构建功能菌群；2) 通过0.22 μm过滤空气预处理抑制产甲烷菌；3) 分析五种台湾典型食品废弃物(茶渣、两种豆渣、污泥、肉屑)的组分；4) 建立排除木质素/半纤维素的碳蛋白比计算公式。

【微生物接种物】
研究选用两种功能特异性接种物：富含纤维素分解菌的牛粪和富含蛋白水解菌的猪粪。通过0.22 μm过滤空气处理三天，有效抑制产甲烷菌活性，确保实验聚焦于VFAs生成阶段。

【有机废弃物的碳氮组成】
选取台湾地区五种代表性食品工业废弃物：茶饮料厂的茶渣、两家豆制品厂的豆渣(Okara I/II)、食品厂污水处理污泥和肉类加工厂的肉屑。成分分析显示这些物料木质素含量差异显著，验证了传统C/N比的局限性。

【结论】
碳蛋白比指标能准确预测实际可发酵组分，将豆渣(蛋白含量38.7%)与茶渣(木质素含量32.4%)等差异显著的废弃物成功共发酵。当碳蛋白比降至1时，VFAs产量达到峰值0.425 g/g，较基础水平提升96.9%。该发现使工厂能快速评估废弃物配伍效果，显著缩短下游应用(如生物塑料或沼气)的研发周期。

【讨论】
研究首次证实生物质组成而非微生物差异是决定酸产量的核心因素。通过排除木质素(含抗降解的β-O-4和β-5键)和半纤维素，新指标克服了原料变异性难题。Chun-Ching Lu团队提出的方法可直接指导工厂优化废弃物配比，例如添加肉屑(碳蛋白比0.8)可定向提高丙酸产量。这种"即插即用"式的评估框架，为生物经济时代废弃物的精准转化提供了关键技术支持。