《Journal of Water Process Engineering》：Influence of storage conditions on the metabolic flexibility of winery wastewater in a two-stage dark fermentation–methanogenesis process
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本研究针对季节性酿酒废水储存过程中组分变化影响生物能源回收的难题，系统评估了冷藏（4°C）与室温储存对废水组成、微生物群落及暗发酵（DF）-产甲烷两阶段工艺性能的影响。结果表明，储存26周时氢产量达峰值498.9 mL H2/L，主要产氢菌为Prevotella_7和Clostridium sensu stricto 1；延长储存至35周则促使代谢转向链延长途径生成己酸等中链脂肪酸。甲烷产量最高达3439 mL CH4/L，且储存条件对COD标准化后的甲烷潜能无显著影响。该研究揭示了DF可通过代谢灵活性适应废水组分变化，为季节性废水能源化工艺优化提供理论依据。
每年葡萄收获季节，酿酒厂都会产生大量高浓度有机废水，这些废水若直接排放会造成严重环境污染，但其富含的有机物也蕴含巨大能源潜力。传统厌氧消化技术虽可转化有机物产生甲烷，但面对酸性强、负荷高的酿酒废水时易受抑制，且单一产甲烷模式未能充分挖掘废水的能源价值。更棘手的是，酿酒生产具有明显季节性，废水常需储存数月后再处理，而储存温度与时间如何影响废水特性及后续能源回收效率，至今缺乏系统研究。
为此，墨西哥国立自治大学的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表论文，首次揭示了储存条件驱动酿酒废水代谢途径转变的机制。研究团队从红酒（RW）、粉红酒（PW）和白葡萄酒（WW）酿造过程的清洗废水中取样，设置冷藏（4°C）和室温两组储存条件，跟踪监测35周内废水组分、微生物群落结构变化，并通过批式实验评估暗发酵（DF）产氢和后续产甲烷效能。
研究采用的关键技术包括：利用高效液相色谱（HPLC）分析有机酸、醇类等代谢物浓度；通过16S rRNA基因测序解析微生物群落演变；基于修正Gompertz模型拟合氢气和甲烷产气动力学；采用非度量多维尺度分析（NMDS）和典型对应分析（CCA）统计储存时间与微生物、代谢物的关联性。
3.1 储存时间对酿酒废水组成的影响
研究发现，冷藏条件下废水组分保持相对稳定，乳酸、乙酸等主要有机物浓度变化微弱；而室温储存时，微生物活动显著改变代谢谱：初期乳酸积累，随后被消耗，伴随丙酸、己酸等中链脂肪酸生成。非度量多维尺度分析显示，储存早期（0-7周）样品聚集紧密，后期（26-35周）组分显著分化，表明储存时间与温度共同驱动废水化学特征演变。
3.2 储存时间对暗发酵产物的影响
暗发酵产氢量呈现明显时间依赖性：储存26周时产氢达峰值（红酒废水498.9 mL H2/L），且产气曲线呈现双峰特征，显示微生物分阶段利用碳源。相关性分析表明，初始乳酸浓度与产氢量正相关，暗示乳酸代谢路径对氢产量贡献显著。至35周时，个体废水样本几乎停止产氢，转而生成己酸等产物，表明代谢方向由产氢转向链延长。
3.3 微生物群落特征解析
微生物群落结构随储存条件剧烈演变：冷藏样品中丙酸杆菌（Propionibacterium）占主导；室温储存26周时，产氢菌群（如Clostridium sensu stricto 1、Prevotella_7）丰度上升，与产氢峰值吻合；35周时乙酸氧化菌（Acetobacter）成为优势属，同时Caproiciproducens（己酸生产者）丰度增加，从微生物层面证实了代谢路径转向链延长的现象。
3.4 甲烷生产潜力评估
尽管储存条件改变暗发酵产物谱，但后续甲烷生产表现稳定：酸化 effluent 在厌氧消化中均实现高效甲烷转化（最高3439 mL CH4/L），COD去除率达90%。能量核算表明，两阶段工艺总能量回收以甲烷为主导（148 kJ/L），凸显工艺整合价值。
本研究系统阐明了酿酒废水在储存过程中的“自我改造”机制：微生物群落通过代谢灵活性动态调整碳流方向，初期优先产氢，长期储存后转向链延长生成高值中链脂肪酸。这一发现为季节性废水管理提供了新思路：通过调控储存条件，可定向引导废水能源化路径——短期冷藏利于稳定产氢，室温储存则促进化学品合成。研究不仅深化了对厌氧微生物生态功能的认知，更为开发适应性生物精炼工艺奠定了理论基础，助力酿酒行业实现废水处理从“负担”向“资源”的转变。
