餐厨垃圾开放式高效定向乳酸生物转化：微生物群落变化及生物固碳效能分析

刘 硕，汪群慧，李 媛，马晓宇，朱文彬，王锘涵，孙海曙，高 明

（北京科技大学能源与环境工程学院，北京 100083）

译者：刘 硕；审查：汪群慧；单位：北京科技大学

1 研究亮点

*餐厨垃圾高效生产115 g/L 乳酸，产量为0.97 g/g，最大生产速率为6.08 g/（L·h）；

*糖化和pH 控制对于定向乳酸生物转化至关重要；

*Enterococcus mundtiiCGMCC 2227 适用于开放式餐厨垃圾发酵；

*生物固碳使二氧化碳排放量减少了21 kg/t。

2 背景

高压灭菌在发酵底物培养基中引起美拉德反应，导致糖损失和生产成本增加。无灭菌的开放式发酵系统省去了高压灭菌操作，节省了能源。但开放体系容易被其他微生物污染，产生的乳酸会迅速降解为乙酸。因此，开放系统是不稳定的。本研究旨在探究在绿色低碳战略下实现餐厨垃圾的资源化利用，探索一种开放、高效和定向的乳酸生物转化技术。

3 研究方法

餐厨垃圾取自某高校学生食堂，经分拣除杂、粉碎、糖化后，置于工作容积为400 mL 的发酵罐中，不灭菌但接种Enterococcus mundtiiCGMCC 22227，通过充氮维持厌氧条件，在43 ℃条件下进行乳酸开放发酵，接种比为10%（v/v），以不接菌或不糖化的餐厨垃圾开放式发酵作空白对照，分别采用实时pH 控制或调节初始pH 的调节策略。

4 主要研究结果

糖化处理增加了餐厨垃圾底物中葡萄糖的初始浓度，促进了土著产乳酸菌对底物的利用，未接菌的对照实验组，土著产乳酸菌占优势，抑制了土著产乙酸和乙醇细菌的存活。接种了Enterococcus mundtiiCGMCC 2227 的实验组，显著提高了餐厨垃圾底物中乳酸的产量和总糖的乳酸转化率，并抑制了土著产乳酸菌产生副产物。同时，较高的初始可发酵糖浓度可以大幅提高乳酸的产率，缩短发酵时间，从而降低乳酸的生产成本。连续实时调控pH 为6.8 比仅调控初始pH 的最大乳酸浓度提高了4.2 倍。仅使用餐厨垃圾中的土著产乳酸菌进行发酵，无法使得微生物群落中的土著产乳酸菌一直处于优势菌群的地位，产乙酸和产乙醇菌的生长增加了副产物的产生。

5 结论与展望

本研究以糖化餐厨垃圾为原料，在开放模式下，连续实时控制pH 为6.8，添加蒙氏肠球菌，建立了高效的生物乳酸生产工艺。结果表明，Enterococcus mundtiiCGMCC 2227 能够适应复杂的餐厨垃圾底物，在开放体系中占据优势地位。定向乳酸生物转化表现出生物固碳能力，与未接菌实验组相比，每吨餐厨垃圾至少减少21 kg 的二氧化碳排放。