近日，中国科学院上海高等研究院研究员史吉平、刘莉团队，在微生物协同强化餐厨垃圾厌氧发酵产甲烷方面取得进展。相关研究成果以Synergistic bioaugmentation with Clostridium thermopalmarium and Caldibacillus thermoamylovorans improved methane production from thermophilic anaerobic digestion of food waste为题，发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。该研究探讨了热棕榈梭菌Clostridium thermopalmarium与热淀粉芽孢杆菌Caldibacillus thermoamylovorans协同生物强化餐厨垃圾高温厌氧发酵产甲烷的性能，证实了多菌株协同生物强化比单菌株生物强化具有更显著的产甲烷效果，并通过微生物群落结构和宏基因组学分析剖析了多菌株协同生物强化厌氧发酵机制，揭示了多菌株协同生物强化可有效提高微生物群落的均匀度和多样性，富集微生物菌群中的碳水化合物降解菌和蛋白质降解菌，提高大分子有机物水解、三羧酸循环以及氢营养型产甲烷途径关键酶的基因丰度。这一成果为餐厨垃圾处理提供了可以有效提高甲烷产量的协同生物强化策略。

  高温厌氧发酵可以将餐厨垃圾中的大分子有机物通过微生物的生长代谢转化为甲烷，同时有效杀灭致病菌和虫卵，是实现餐厨垃圾资源化、无害化、减量化的常用处理技术之一。而高温厌氧发酵系统存在功能微生物种类少、浓度低、活性差的问题，形成产气率低、稳定性差的技术瓶颈。

  针对上述问题，该团队提出了热棕榈梭菌与热淀粉芽孢杆菌协同生物强化厌氧发酵产甲烷的策略，旨在通过增加餐厨垃圾高温厌氧发酵系统中功能微生物的数量，调节微生物群落结构，提高厌氧发酵系统稳定性，从根本上改善高温厌氧发酵系统的性能。同时，研究将两种功能微生物的优势结合起来，突破单一菌种功能的局限性。研究表明，协同生物强化组相比于对照组提高了24.77% ± 1.98%，强化效果优于单一强化组。微生物群落结构组成分析显示协同生物强化增加了碳水化合物降解菌Lentimicrobium和Caldicoprobacter，以及蛋白质降解菌Fastidiosipila和Keratinibaculum的相对丰度。此外，与有机物水解，特别是碳水化合物、蛋白质水解，以及三羧酸循环和氢营养型产甲烷途径相关的关键基因丰度，在协同生物强化组中得到了提高。该研究利用不同功能微生物协同强化厌氧发酵产甲烷的策略，为有机固废处理和生物能源生产提供了技术支持。

  研究工作得到国家重点研发计划“固废资源化”专项“城镇易腐有机固废生物转化与二次污染控制技术”的支持。

             图1. 多菌株协同生物强化提高厌氧发酵产甲烷性能示意图

             图2. 多菌株协同生物强化对关键代谢途径的功能基因的影响