不同厌氧接种物生物合成正己酸的性能比较：链延长机制、动力学及微生物群落演变

　　本研究针对中链羧酸(MCCAs)生物合成中正己酸(n-caproic acid)产率低的问题，通过比较瘤胃液、颗粒厌氧污泥和木薯废水三种接种物在0.6-L/7.0-L反应器中的链延长(chain elongation)性能，发现颗粒污泥组最高产量达10.1 g L?1 ，接近溶解度极限(10.8 g L?1 )。微生物分析揭示Firmicutes门和Clostridium sensu stricto 12为优势菌群，混合培养展现出比纯培养更强的工艺稳定性，为规模化生物精炼提供了新策略。

　　

在全球追求绿色化学的浪潮中，中链羧酸(MCCAs)因其在抗菌剂、生物燃料等领域的应用价值备受关注。传统石油裂解法生产的正己酸(n-caproic acid)不仅收率低(8-15%)，还会造成环境污染。而生物合成路线中，如何通过链延长(chain elongation)将短链羧酸(SCCAs)高效转化为MCCAs，仍是制约产业化的瓶颈。更棘手的是，不同接种物对反应效率的影响机制尚不明确，微生物群落的动态变化与产物积累的关系亟待解析。

针对这些问题，来自巴西的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，系统比较了瘤胃液、颗粒厌氧污泥和木薯废水三种接种物在批次反应器中的表现。研究采用两阶段实验设计：第一阶段在0.6-L反应器中测试单一接种物性能，第二阶段于7.0-L反应器考察混合接种物（颗粒污泥+木薯废水）的放大效应。通过气相色谱监测代谢物浓度，结合16S rRNA测序解析微生物群落演变。

关键实验技术
研究使用0.6-L和7.0-L厌氧批次反应器，以乙酸(acetic acid)和乙醇(ethanol)为底物，分别接种瘤胃液、颗粒污泥和木薯废水。通过pH调控（第二阶段将pH从5.5升至6.5）优化反应条件，采用气相色谱(GC)定量代谢产物，高通量测序分析微生物群落结构。

链延长性能
实验1中，所有接种物在第三批次(12天)均达到峰值产量：颗粒污泥组(10.1 g L^?1
)>木薯废水组(9.6 g L^?1
)>瘤胃液组(9.1 g L^?1
)，接近正己酸在水中的溶解度极限(10.8 g L^?1
)。微生物分析显示，高产阶段Firmicutes门占比超80%，其中Clostridium sensu stricto 12与产量呈正相关。

放大效应验证
实验2中混合接种物在23天产生7.5 g L^?1
正己酸，pH调整后提升至7.8 g L^?1
。尽管放大导致操作波动，但微生物群落展现出更强韧性，但yric acid产量增加。关键功能菌如Caproiciproducens、Enterococcus和Rummeliibacillus被鉴定为链延长的主要驱动者。

结论与意义
该研究首次系统比较了巴西特色接种物的链延长效能，揭示混合培养通过微生物互作提升系统稳定性。木薯废水微生物组的优异表现(9.6 g L^?1
)为农业废弃物高值化利用提供新思路。研究证实非灭菌混合培养的工业化潜力，其建立的微生物群落调控策略可为MCCAs生物精炼提供理论支撑。未来需进一步优化pH控制与菌群协同机制，以突破更大规模生产的瓶颈。