《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Enzymatic Immersion Pretreatment Modulates Lignocellulose Transformation and Humification during Co-Composting of Chicken Manure and Chestnut Burrs
编辑推荐：
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酶浸处理改变了栗壳的形态和纤维素的结晶度。
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第10天时，EP和ED的血糖生成指数（GI
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酶浸处理改变了栗壳的形态和纤维素的结晶度。
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第10天时，EP和ED的血糖生成指数（GI）超过了80%。
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EP显示了最高的最终羟基酸（HA）浓度和HA/FA比值。
引言
农业和林业废弃物的可持续管理已成为全球 priority，这是由于迫切需要减轻环境污染，并从有机残渣中回收有价值的资源 [1]。堆肥是将这些废弃物转化为稳定、富含营养的土壤改良剂的关键策略，从而减少对合成肥料的依赖 [2]。然而，木质纤维素的顽固结构可能会限制堆肥过程中的微生物和酶的作用 [3]、[4]。在这些废弃物中，栗壳尤其具有挑战性，因为它们含有高量的木质素且物理结构较为紧密，这会限制微生物的侵入和酶的水解 [5]。因此，传统的栗壳堆肥方法可能需要较长的处理时间，且可能无法完全转化那些更难处理的有机成分。这些限制凸显了需要有效的预处理策略，以增加木质纤维素的可利用性，从而促进后续的生物降解和腐殖化过程 [6]。
酶预处理作为一种有前景且环保的方法，越来越受到关注，用于应对木质纤维素生物质的顽固性问题 [7]、[8]。外源水解酶，包括纤维素酶和半纤维素酶，可以催化纤维素和半纤维素分解为低分子量的碳水化合物，从而增加后续微生物转化的底物可利用性 [9]。据报道，添加外源木质纤维素酶可以提高堆肥过程中的底物转化率和腐殖酸的形成 [10]。原位定向酶水解可以显著加速堆肥的成熟，并减少食品废弃物系统中抗生素抗性基因的丰度 [11]。然而，外源酶在复杂堆肥基质中的有效性可能受到酶的不稳定性、在不同基质中的扩散受限以及多糖受到木质素保护的约束 [12]。这些限制表明，酶与底物的接触方式和时间可能会影响堆肥过程中顽固残留物的转化情况。
为了补充基于酶的策略，整合功能性微生物菌群可以为有机物质和氮的转化提供额外的生物能力 [13]。据报道，像枯草芽孢杆菌和硝化细菌这样的微生物接种剂可以促进堆肥过程中的木质纤维素转化和氮循环 [14]、[15]、[16]。某些微生物可以产生胞外木质纤维素酶，可能补充外部施加的酶 [17]，而硝化菌群参与氮的转化和保留 [14]。此外，某些微生物种类直接参与腐殖化途径，有助于酚类化合物和氨基酸聚合为稳定的腐殖物质 [18]、[19]。最近的研究表明，漆酶活性和产生漆酶的细菌群落与堆肥过程中的木质素转化和腐殖物质形成有关 [20]。最新证据表明，如Mn2+这样的酶诱导剂可以刺激关键微生物，并增强腐殖前体的利用。这些发现表明，酶预处理和微生物接种可能会影响有机物质转化的多个阶段，之前的研究也讨论了酶和微生物过程之间可能的相互作用 [21]、[22]。
尽管已经分别研究了酶预处理和微生物接种的单独效果，但它们对像与富氮鸡粪共同堆肥的栗壳这样难以处理的底物的综合影响仍不够充分。此外，基于浸渍的预处理与直接添加酶的效果之间也没有在共同的微生物接种背景下进行系统评估。本研究调查了在三种处理条件下鸡粪和栗壳的共同堆肥情况：仅使用微生物菌群的对照组（CK）、酶浸处理组（EP）和直接添加酶组（ED）。我们通过高通量测序评估了温度变化、物理化学性质、酶活性、有机物质和腐殖物质特征、基于傅里叶变换红外光谱（FTIR）的结构变化以及微生物群落动态。基于分类学的功能预测用于表征预测的功能潜力，而酶-微生物相关网络和PLS-PM分析用于探索测量变量之间的统计关联。具体目标是确定在其他条件相同的情况下，酶浸处理是否会导致与直接添加酶不同的堆肥和腐殖化结果。由于EP过程本身包括浸泡、定义明确的酶-底物接触时间和随后的排水，这些因素被认为是导致观察到的处理差异的潜在因素，而不是独立的因果效应。
章节片段
实验堆肥设计
鸡粪（CM）和栗壳（CB）来自河北科技学院的养鸡场和栗树种植园。使用前，栗壳被粉碎至2–3厘米的颗粒大小。本研究中使用的微生物接种剂（MI）是由河北科技学院的实验室（位于中国河北省秦皇岛市）制备的复合接种剂，包含枯草芽孢杆菌和硝化细菌。
酶浸处理后栗壳的结构变化
扫描电子显微镜（SEM）用于观察酶浸处理前后栗壳（CB）的表面超微结构（图1）。未经处理的CB表面相对紧密且光滑，而处理后的材料表面更粗糙且破碎，有明显的裂纹和缝隙。FTIR光谱也发生了变化（图2a）：1510和1248厘米-1处的谱带减弱，1650厘米-1处的谱带略微增强
结论
酶浸处理在鸡粪和栗壳的共同堆肥过程中促进了木质纤维素的转化和腐殖化。与直接添加酶相比，EP处理后的纤维素残留量较低，最终羟基酸（HA）浓度和HA/FA比值更高，且两种酶处理都比CK更快地降低了植物毒性。氮含量的结果进一步显示了两种酶应用策略的不同优势：EP处理表现出更高级的转化效果
CRediT作者贡献声明
Zi-Ru Li：撰写——原始草稿。 Xing Wang：方法论、正式分析、数据管理。 Yue-Hui Wang：验证、调查、数据管理。 Jia-Chang Cao：验证、调查。 Xing-Yao Zhang：资源准备、调查。 Zhi-Qing Duan：方法论、资金申请。 Jing-Zheng Zhang：撰写——审阅与编辑、验证。 Chun-Liang Hou：撰写——审阅与编辑、资金申请。 Xu-lin Lu：监督、项目管理。 Zhi-Wei Zhang：监督、项目
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了河北省中央政府引导的地方科技发展基金（项目编号246Z7301G）的支持，同时也得到了河北省教育厅科研项目（项目编号QN2026465）的资助。我们还要感谢河北科技学院的仪器分析中心提供的支持。
Zi-Ru Li | Yue-Hui Wang | Xing Wang | Xing-Yao Zhang | Jia-Chang Cao | Jing-Zheng Zhang | Zhi-Qing Duan | Xu-lin Lu | Chun-Liang Hou | Zhi-Wei Zhang
