《Frontiers in Microbiology》：Anaerobic sequencing batch reactor enhances short-chain fatty acids productivity while facilitating downstream processing
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厌氧发酵（AF）作为一种生产短链脂肪酸（SCFAs）的潜力技术而兴起。然而，由于AF出水具有高固体含量的复杂性，SCFAs的下游处理往往具有挑战性且成本高昂。序批式反应器（SBRs）促进出水分离为两相（固体与上清液），这一优势可便于SCFAs下游处理。本研究评
厌氧发酵（AF）作为一种生产短链脂肪酸（SCFAs）的潜力技术而兴起。然而，由于AF出水具有高固体含量的复杂性，SCFAs的下游处理往往具有挑战性且成本高昂。序批式反应器（SBRs）促进出水分离为两相（固体与上清液），这一优势可便于SCFAs下游处理。本研究评估了SBRs在不同水力停留时间（HRT）（20、15和10 d）下的运行配置性能。在HRT为20 d时达到最大SCFAs浓度28.3 g/L，而在HRT为10 d时达到最大生物转化效率（60.7%）和产率（1.8 g SCFAs/L·d）。无论HRT如何，稳态下主导SCFAs为丁酸和乙酸（>70% w/w），这与所有细胞裂解物中乙酸激酶和丁酸激酶的检测一致。SBR配置使上清液相比固体相的SCFAs产率（g SCFAs/g TSeffluent）提高1.3倍。分析了不同HRT的影响以建立SCFAs产率与反应器中发展的不同微生物种群之间的相关性。尽管HRT不同，梭菌属（Clostridium）、奇异菌属（Atopobium）和Bulleidia属在所有情况下均为优势属，证明了其在SCFAs生产中的关键作用。这些结果揭示了HRT效应在SBR配置下促进高SCFAs积累和生物转化效率，同时简化SCFAs回收并改善废物再增值。
研究背景方面，全球人口增长导致食品废物（FW）大量产生，厌氧发酵（AF）可将复杂有机物转化为短链脂肪酸（SCFAs），后者可用于生物燃料、生物塑料等。连续搅拌釜式反应器（CSTR）虽常用，但出水高固体含量使可溶性SCFAs提取的下游处理占总成本高达50%。序批式反应器（SBR）通过进料、反应、沉淀、滗析四步实现固液分离，有望降低出水固体含量、简化下游。然而既往SBR用于AF产SCFAs多基于合成底物，缺乏以真实农业FW为原料并系统评估HRT影响的研究。因此研究人员以富含碳水化合物的农业果蔬废物为底物，在25℃、pH 5.8–6.0、有机负荷率（OLR）3 g VS/L·d下，设置HRT 20、15、10 d三套SBR，考察过程效率、微生物群落及酶活，论文发表于《Frontiers in Microbiology》。
关键技术方法上，研究人员使用西班牙农业公司提供的黄瓜、番茄、红椒、西葫芦、甜瓜混合果蔬废物（碳水化合物占70.3% w/w）作为底物，以马德里Mostoles污水处理厂厌氧污泥为接种物；建立3套3 L工作体积SBR，通过差异滗析实现固液两相分离；采用标准方法测定TS、VS、COD、SCFAs（HPLC-RID）；利用16S rRNA V3–V4区测序（Illumina MiSeq）分析细菌与古菌群落，以Greengenes数据库注释；通过细胞裂解物测定乙酸激酶（AK）与丁酸激酶（BK）活性；以单因素ANOVA与Tukey检验评估显著性。
研究结果部分，3.1节“HRT对靶向SCFAs生产过程性能的影响”显示，三HRT下VS去除率40–45%，酸化效率>94%，HRT20获最高SCFAs浓度28.3 g/L，HRT10获最高生物转化60.7%与产率1.8 g/L·d；丁酸比例随HRT延长升至53.5%，乙酸反之；表明长HRT提浓度、短HRT提产率，OLR固定时生物转化不受HRT限制。3.2节“SBR配置的下游益处”指出，HRT15/10上清液SCFAs/TSeffluent达0.72 g/g，较固体相高1.3倍；初步经济分析表明SBR较CSTR可省去离心除固步骤，降低下游能耗与搅拌时间。3.3节“微生物种群丰度与统计分析”中，接种污泥Shannon指数7.734，SBR中降至3.084–4.678，优势门为Firmicutes与Actinobacteria；属水平Clostridium、Atopobium、Bulleidia跨HRT恒定主导；CCA分析显示长HRT与丁酸/总SCFAs浓度正相关。3.4节“AK与BK在乙酸和丁酸生产中的参与”表明，AK活性随发酵时间上升，62 d达5.3–6.1 U/mg蛋白，不受HRT显著影响；BK活性受HRT影响显著，HRT15高于HRT20，印证Clostridium等属经乙酰-CoA路径合成丁酸。
讨论与结论翻译：SBR配置在维持高生物转化（>54%）同时，借沉淀步骤分离低固体上清液，使SCFAs产率（g/g TS）提升1.3倍，缓解下游提取负担；HRT是平衡浓度与产率的关键旋钮——HRT20最大化滴定度，HRT10最大化空间时间产率。微生物方面，尽管α多样性因筛选而下降，功能冗余使Clostridium–Atopobium–Bulleidia轴心在三种HRT下保留，保障酸化稳健性；AK/BK酶活动态与SCFAs分布吻合。该研究证明以真实农业FW为料的SBR可在比CSTR更短HRT下取得可比甚至更优生物转化，并将固液分相直接嵌入反应器周期，为SCFAs导向的废物增值提供工艺与经济双重依据。
