基于挥发性脂肪酸生物精炼的混合菌群构建及其在PHBV发酵中的应用：性能、核心菌群与代谢机制

本研究针对聚羟基脂肪酸酯(PHA)生产成本高、底物利用率低等问题，通过好氧动态驯化策略构建了以乙酸和丁酸为底物的混合微生物菌群(MMC)，实现了高效合成聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)。其中丁酸体系PHBV产量达3032.94 mg·L-1，较乙酸体系提高9.3倍，并鉴定出Rhodococcus等核心功能菌群，揭示了β-氧化途径的关键作用，为有机废弃物高值化转化提供了新策略。

　　

随着石油基塑料污染问题日益严峻，可生物降解的聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates, PHA)成为研究热点。其中聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸酯)(Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), PHBV)因优异的材料性能备受关注。然而，传统纯菌发酵存在灭菌成本高、底物特异性强等瓶颈，而利用混合微生物菌群(Mixed Microbial Consortia, MMC)进行开放发酵可显著降低成本。但如何构建高效MMC以实现挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids, VFAs)到PHBV的定向转化，仍是亟待解决的科学问题。

河南工业大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，通过好氧动态驯化(Aerobic Dynamic Feeding, ADF)策略，分别以乙酸和丁酸为底物构建了MMC-A和MMC-B两套菌群系统。采用梯度提升碳氮比(C/N)的方法增强菌群抗逆性，结合宏基因组分析揭示核心菌群代谢机制。研究发现丁酸体系在C/N=80时PHBV产量达3032.94 mg·L^-1，单位总悬浮固体(TSS)含量达596.71 mg·g^-1，较乙酸体系提升9.3倍。鉴定出Rhodococcus、Sphingosinicella和Mesorhizobium为核心功能菌属，证实β-氧化途径是PHBV合成的关键代谢通路。该研究为有机废弃物资源化提供了创新解决方案。

关键技术包括：1）ADF策略驯化MMC；2）梯度提升C/N比(20-80)的耐受性培养；3）气相色谱检测PHBV组分；4）宏基因组功能注释分析。

【Substrate consumption and microbial growth】
研究显示丁酸体系的底物利用速率显著高于乙酸体系，在C/N=80时生物量达5.08 g·L^-1。通过延长饥饿期筛选出具有强碳储存能力的菌株，其中丁酸体系PHBV的3-羟基戊酸(3HV)单体比例稳定在11.3%-15.7%。

【Conclusions】
该研究成功构建了高效转化偶数碳链VFAs的MMC系统，证实丁酸更利于PHBV合成。核心菌群通过富集乙酰辅酶A合成酶等关键酶，将β-氧化途径与PHA合成途径耦合。这一发现为开发低成本、高性能的生物塑料生产工艺提供了理论依据和技术支撑，对推动"碳中和"背景下的废弃物资源化具有重要意义。