核黄素与胆碱协同增效餐厨垃圾厌氧消化的微生物机制及功能基因调控研究

针对餐厨垃圾(FW)厌氧消化(AD)效率低、稳定性差的问题，本研究创新性引入核黄素(RF)和胆碱(CL)作为强化剂，通过多组学分析揭示了其通过调控微生物群落结构（如提升Pseudomonadota/Bacteroidota丰度）、激活电子传递基因(frdc上调69.6-87.0%)和关键酶活性（乙酸激酶、辅酶F420），显著提升挥发性脂肪酸(VFA)产量61.7%的协同机制，为有机废弃物资源化提供了新策略。

　　

餐厨垃圾处理正成为城市化进程中的环保难题——这些富含碳水化合物、脂肪和蛋白质的有机废弃物，在传统填埋或焚烧处理中易产生二次污染，而生物处理技术中的厌氧消化(AD)虽能转化有机质为能源，却面临水解效率低、系统稳定性差等瓶颈。尤其当处理高碳水化合物含量的餐厨垃圾(FW)时，化学需氧量(COD)去除率易受进水浓度波动影响，导致实际工程应用受限。针对这一挑战，广西师范大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，创新性地将维生素B2（核黄素，RF）和胆碱(CL)引入AD体系，系统解析了这两种添加剂通过不同分子机制协同提升FW处理效率的规律。

研究团队采用多维度技术路线：通过监测溶解性COD(SCOD)和VFA浓度动态评估水解酸化效率；利用酶活性检测（乙酸激酶、辅酶F₄₂₀）分析代谢活性；结合傅里叶红外光谱(FTIR)和胞外聚合物(EPS)表征界面反应；基于高通量测序揭示微生物群落结构变化；最后通过功能基因注释（如frdc等电子传递相关基因）阐明分子机制。

【水解效率分析】数据显示，RF组SCOD和VFA浓度较对照组(CT)分别提升6.4%和61.7%，CL组分别增加4.4%和59.6%。FTIR光谱证实RF通过促进C=O键断裂加速有机物分解，而CL主要改变EPS中蛋白质/多糖比例优化传质效率。

【微生物群落】16S rRNA测序表明RF显著提升Pseudomonadota（变形菌门）丰度，这类微生物具有强大的有机物降解能力；CL则富集了Bacteroidota（拟杆菌门），其擅长复杂多糖分解。二者协同作用形成功能互补的菌群结构。

【功能基因】宏基因组分析发现，RF和CL分别使电子传递链关键基因frdc表达量上调69.6%和87.0%，显著促进种间电子转移。同时，群体感应相关基因表达变化表明添加剂能优化微生物通讯网络。

【代谢活性】生化检测显示，RF组乙酸激酶活性较CT组提高38.5%，辅酶F₄₂₀（产甲烷菌标志物）活性增加更显著，证实RF通过双重调控酸化与产甲烷阶段提升整体效能。

该研究首次阐明RF与CL在AD过程中的协同作用机制：RF作为氧化还原介质激活电子传递链并促进生物膜形成，CL则通过改变细胞膜通透性增强微生物聚集。这种"电子传递-界面调控"双途径强化策略，使FW产酸效率提升超60%，为有机废弃物能源化提供了低成本、高效益的解决方案。更重要的是，研究揭示的微生物功能基因调控规律，为后续开发基于维生素强化的定向调控技术奠定了理论基础，对推动"双碳"目标下的有机固废资源化具有重要实践价值。