《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Improving methane production from brewery spent grain via thermo-alkaline pretreatment: hydrolysate proportion, process stability, and microbial functional insights
编辑推荐：
•预处理后的啤酒厂废糟（BSG）用量增加25%，甲烷产量提高了57.5%。•100%预处理的基质使甲烷产量降低了81.9%。•观察到高水平的- Cresol，以及较长的滞后阶段。•平衡的比例反映了更高的能量转化路径效率。•控制水解物的添加确保了厌氧消化的稳定性。引言随着监管指南的
- •
预处理后的啤酒厂废糟（BSG）用量增加25%，甲烷产量提高了57.5%。
- •
100%预处理的基质使甲烷产量降低了81.9%。
- •
观察到高水平的- Cresol，以及较长的滞后阶段。
- •
平衡的比例反映了更高的能量转化路径效率。
- •
控制水解物的添加确保了厌氧消化的稳定性。
引言
随着监管指南的加强，以应对日益严重的气候变化问题，全球工业发展面临诸多挑战。各国为了实现能源转型，纷纷采取了大胆的政策措施。在欧盟，根据“下一代欧盟”（NextGenerationEU）恢复计划，将投入约6540亿美元来推动绿色转型（欧洲委员会，2024年）。在美国，2022年通过的《通货膨胀削减法案》拨出了3690亿美元用于促进能源安全（美国参议院，2022年）。在巴西，2025年宣布的投资额为2.6亿美元，用于国内产业的脱碳（发展、工业、贸易和服务部，2025年）。在这些大规模投资背景下，减少对化石燃料的依赖成为最紧迫的任务之一。这一趋势推动了使用多种生物质作为原料的生物炼制厂的发展（Hassan等人，2018年；Singh等人，2022年）。
对可持续解决方案需求的增长，使得啤酒制造等行业受到了关注。啤酒生产过程包括酿造、发酵和过滤等环节，主要使用来自谷物的富含碳水化合物的原料（Mussatto等人，2006年）。因此，会产生大量的有机副产品，其中啤酒厂废糟（BSG）约占啤酒生产固体废物的85%（Zupan?i?等人，2012年）。近年来，BSG作为生物经济和能源转型中的有潜力生物质来源，引起了越来越多的关注，尤其是在生产沼气、生物燃料和增值生物产品的生物炼制厂中（Lima Moraes dos Santos等人，2023年）。
厌氧消化在能源转型中起着关键作用。在这种技术体系中，预处理对于破坏生物质的木质纤维素结构并使微生物能够利用可降解化合物至关重要（Momayez等人，2019年）。其中，热碱预处理方法尤为突出，它结合了热处理和碱性处理来破坏生物质的木质纤维素结构（Dhavaleswarapu等人，2025年；Li等人，2026年）。碱性处理有助于去除木质素。此外，碱性还能减少美拉德反应（这些反应在酸性pH值下更为明显），该反应发生在还原糖和氨基酸之间，生成5-羟基甲基糠醛（5-HMF）和糠醛等化合物（Ahmed等人，2019年；Balasundaram等人，2022年）。因此，热碱预处理提高了酶的利用率，并减少了抑制厌氧消化的化合物的形成，从而使得生物质转化为甲烷的效率高于其他预处理方法，如酸处理和水热处理（Lima Moraes dos Santos等人，2023年）。
尽管热碱预处理在促进碳水化合物、蛋白质和脂质溶解方面取得了成功，但人们对不同水解物比例如何影响BSG的厌氧消化效果仍有待进一步研究。最近的研究表明，在厌氧消化器中使用完全水解的基质可能会降低生物质转化为沼气的效率，因为这会导致水解物过量积累，并产生不利影响，如挥发性脂肪酸（VFA）和游离氨氮（FAN）的积累（Balasundaram等人，2022年；Gomes等人，2022年；Lima Moraes dos Santos等人，2026a）。
平衡可溶性和不可溶性成分对于确保微生物活性和优化沼气生产至关重要。此外，很少有研究探讨水解物如何影响厌氧消化过程中的微生物代谢途径。厌氧消化的效率取决于微生物平衡代谢底物的能力，而代谢负担过重可能导致甲烷生成过程失败（Tabatabaei等人，2020年）。因此，研究水解物对碳水化合物、蛋白质和挥发性脂肪酸降解途径的影响是非常必要的。因此，本研究旨在通过探讨不同比例的水解物如何影响甲烷生产效率、过程稳定性以及涉及的代谢途径，来深入理解热碱预处理对BSG厌氧消化的影响。
章节摘录
生化甲烷潜力（BMP）
实验中使用的啤酒厂废糟（BSG）由Heineken公司在巴西塞阿拉州运营的酿造厂提供。使用前，BSG先经过清洗，在60°C下烘干至恒重，然后研磨至1-2毫米的颗粒大小，并在4°C下储存待用。BSG的热碱预处理采用3% NaOH，在121°C下进行30分钟的高压釜处理，该方法遵循Lima Moraes dos Santos等人（2026b）描述的流程。预处理后...
热碱参数对预处理效率的影响
基质溶解度是评估预处理效率的重要指标。溶解度的主要指标是 CODs 的增加（Bai等人，2023年；Zhou等人，2023年）。表1展示了原始BSG和经过水解的BSG的特性结果。从质量平衡的角度来看，残留固体基质中总固体（TS）减少了83.4%，挥发性固体（VS）减少了88.8%，这直接反映了有机物向液态水解物的转移...
结论
本研究表明，当预处理得当时，可以有效提高甲烷产量。使用25%水解物的条件（ALK-0.25）取得了最佳效果，甲烷产量比使用原始BSG的反应器提高了57.5%。相反，在使用100%水解物的反应器（ALK-1）中，甲烷产量减少了81.9%，并且滞后阶段非常长（21.7天）。检测到超过先前报道的抑制阈值的p-丙酚浓度...
CRediT作者贡献声明
Naassom Wagner Sales Morais：撰写 – 审阅与编辑，监督，概念构思。André Bezerra dos Santos：监督，资源获取，概念构思。Amanda Lima Moraes dos Santos：撰写 – 审阅与编辑，初稿撰写，方法学设计，实验设计，数据分析，概念构思。Amanda de Sousa e Silva：实验设计，概念构思。Bianca Holanda Albano Gir?o：实验设计，数据分析。Isabele Clara Cavalcante Malveira：
Dhavaleswarapu等人，2025年；Dubois等人，1956年；Li等人，2018年；发展、工业、贸易和服务部，2025年。
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢以下巴西机构的支持：巴西国家科学与技术发展委员会（CNPq，项目编号400324/2022-9），塞阿拉州科学和技术发展基金会（Funcap，Rede Verdes），CAPES，FAPEMIG，以及INCT可持续污水处理厂（INCT Sustainable Sewage Treatment Plants）。
Amanda Lima Moraes dos Santos|Amanda de Sousa e Silva|Bianca Holanda Albano Gir?o|Isabele Clara Cavalcante Malveira|Naassom Wagner Sales Morais|André Bezerra dos Santos
