操作参数与反应器配置对厌氧混合木糖发酵产物及微生物群落的影响

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Effect of process parameters and reactor configuration on microbial communities fermenting xylose to carboxylates

　　

摘要

尽管木糖由于在木质纤维素生物质中的高含量而成为地球上第二丰富的糖类，但关于其发酵的文献研究并不像葡萄糖发酵那样全面。本研究考察了在不同pH值、有机负荷率（OLR）、水力停留时间（HRT）和反应器配置条件下的厌氧混合培养物对木糖的发酵过程。两个连续搅拌罐（CSTR）和两个序批式反应器（SBR）均接种了来自同一污水污泥厌氧消化器的生物质，并在37°C下进行运行。CSTR在pH 4.5–6.0、HRT为0.5–1天的条件下运行了最长180天；而SBR则在pH 6、HRT为0.5–1天的条件下运行，有机负荷率分别为12和24 g COD/L·d。通过16S rRNA基因扩增子测序技术对微生物群落进行了分析。较低pH值（4.5）有利于Sporolactobacillus的生长及乳酸的产生；而pH 5.0–6.0条件下则有利于Bifidobacterium主导的丁酸盐生成。SBR在有机负荷过高的情况下能够促进更高的微生物多样性和对中链羧酸的选择性。CSTR具有对水力负荷过高的适应能力，尽管微生物群落组成会发生变化，但对产物成分的影响有限，这表明其具有功能冗余性。这些结果强调了操作参数和反应器设计在调控微生物群落及优化木糖发酵产率方面的重要性。

关键点

• 在pH 5.0–6.0条件下，Bifidobacterium占主导地位，有利于丁酸盐的产生。

• Sporolactobacillus在pH 5条件下生长旺盛，与较高的乳酸产量相关。

• 在有机负荷过高的情况下，SBR中Veillonella、Megasphaera和Pseudoramibacter的数量增加。