给食物垃圾发酵“加点料”可增加化学物质产量

一项新的研究表明，在工业食品垃圾发酵过程中加入电脉冲可以加速发酵过程，并提高平台化学物质的产量，而这些平台化学物质是多种产品中有价值的成分。研究人员还发现，在电发酵混合物中加入两种细菌不仅有助于加速发酵过程，还能实现更有针对性的化学品生产。

　　

俄亥俄州哥伦布市——新研究表明，在工业食品垃圾发酵过程中施加电流可以加速发酵过程，并提高平台化学物质的产量，而这些化学物质是多种产品中有价值的成分。

在开发新系统的过程中，俄亥俄州立大学的研究人员还发现，在电发酵混合物中结合两种细菌不仅有助于加速这一过程，而且还能实现更有针对性的化学生产。

在这项研究中，食物垃圾包括冰淇淋和酸奶油，但研究小组通过使用咖啡渣和湖藻进行实验扩大了研究范围。

最终采用该技术可以带来许多好处：利用原本会被焚烧或填埋，导致温室气体排放的原材料，高效、可持续且经济地生产多用途化学品。

“我们正在利用另一个行业的废弃物创造一个行业，”第一作者、俄亥俄州立大学食品、农业和生物工程研究科学家Beenish Saba说道。

“我们正在利用承包商收费运往垃圾填埋场的废物，这些废物在那里会产生甲烷气体。我们建议企业可以安装一个简单的生物反应器，在其中生产其他重要的副产品。”

该研究最近发表在《环境化学工程杂志》上。

这项工作以萨巴和卡特里娜·康尼什 (Katrina Cornish)先前所做的废物价值化研究为基础，卡特里娜·康尼什是俄亥俄州立大学园艺与作物科学及食品、农业和生物工程名誉教授，也是本研究的共同主要作者。

增值工作涉及分析 46 个食物垃圾样本的物理和化学特性，以确定通过包括发酵在内的各种过程转化为化学品和沼气的良好候选物。

在这项新研究中，Saba 及其同事比较了传统发酵和电发酵的产量和持续时间。传统做法包括将食物垃圾和细菌放入瓶中，调整营养水平，并在 98.6 华氏度（约 38.6 摄氏度）下培养。电发酵在室温下在配备有电极的生物反应器内进行，该电极由最小外部电压供电。

“在传统发酵过程中，细菌会快速生长，并产生一些溶剂和气体，”萨巴说。“在第二步中，我们给它们施加了一点刺激电流，让细菌感受到刺激，新陈代谢就会加快。它们生长发育，快速进食，并产生了更多的副产品——这意味着我们可以提高产量。”

开发这种新型微生物电化学系统还有另一个好处：产生氢气。

实验表明，将梭菌属的两种细菌结合起来有助于产生氢气，同时减少发酵废物——已知常用的梭菌C. bijerinckii在将食物垃圾转化为酒精时会产生二氧化碳，但事实证明另一种梭菌C. carboxidivorans会消耗二氧化碳。

“这意味着一种细菌的废物会被另一种细菌利用，”萨巴说。“它们之间可能存在拮抗关系，但我们测试了它们一起培养，发现这两种细菌之间存在着一种协同作用，效果很好。”

除了消耗二氧化碳外，C. carboxidivorans还会产生氢气和溶剂。

“二氧化碳仍然存在，但大部分都被消耗掉了，它为我们提供了氢气——一种额外的产品。我们现在有两种有价值的产品和一种废弃物，”她说。

萨巴说，这项工作与利用食物垃圾和农业残留物制造生物基产品的日益关注相吻合。

“我们正在努力提高产量、成本效益和可扩展性，”她说。“政府正在呼吁在这方面开展工作，而行业也希望从废物中获取价值，而不是为废物处置付费。”

“很多农业或生物材料都将被浪费。更好的做法是利用它们，制造出有价值的产品。”

这项研究得到了俄亥俄州立大学总统研究卓越催化剂计划资金和俄亥俄州水资源开发局的支持。

其他合著者包括 Stephen Akinola、Ann Christy 和 Thaddeus Ezeji，均来自俄亥俄州立大学。

联系方式：Beenish Saba，[e-mail]

作者：Emily Caldwell，[e-mail]；614-292-8152