厌氧发酵中硝态氮和亚硝态氮对己酸巨球菌产酸性能的影响机制

目前有机废弃物在厌氧发酵方面引起了极大的关注,然而在发酵过程中不可避免地会积累硝态氮(NO_(3)^(-)-N)和亚硝态氮(NO_(2)^(-)-N),它们对链延长微生物在脂肪酸合成过程中的影响尚鲜见报道.为了揭示无机氮污染对厌氧发酵过程可能产生的影响及其机理,探究了1、3、5 g/L的NO_(3)^(-)-N和NO_(2)^(-)-N对Megasphaera hexanoica(己酸巨球菌)厌氧发酵过程中己酸生产性能的影响.结果表明:①1、3、5 g/L的NO_(3)^(-)-N对菌株的生长代谢特性无明显促进或抑制作用,而同浓度的NO_(2)^(-)-N则严重抑制了菌株的生长代谢和己酸产生,其中5 g/L的NO_(2)^(-)-N导致菌株最大生长量仅为2.21 g/L,显著低于对照组的5.83 g/L,同时菌株的乳酸消耗量和己酸产量也分别从5.9和3.8 g/L降至2.2和1.1 g/L.②进一步的代谢活性实验表明,5 g/L的NO_(2)^(-)-N抑制了碳源氧化〔还原型辅酶Ⅰ产量为6.2 nmol/(mg·protein)〕和能量运输〔电子传递系统活性为0.04 mg/(g·protein·min)〕,且导致了菌株膜完整性受到破坏(乳酸脱氢酶释放量为92 mU/mL)以及胞外聚合物分泌增加(多糖含量为94 mg/L).③己酸巨球菌的基因表达结果显示,NO_(2)^(-)-N显著降低了链延长相关功能基因的表达丰度.研究显示,NO_(2)^(-)-N作为厌氧发酵液中的常见污染物,通过抑制己酸巨球菌中链延长相关基因和酶的代谢活性,从而显示出对己酸合成的明显抑制作用.

多孔炭对己酸巨球菌的产酸特性及碳通量的影响机制

利用微生物的碳延长过程用于高经济产物己酸的生成是一项绿色环保的可持续技术,然而产己酸菌的底物代谢路径复杂导致目标产物己酸的选择性不高,而最近研究表明炭材料可以作为提升菌株产酸性能的一种有效策略.因此探讨活性炭(activated charcoal,AC)和生物炭(biochar,BC)对己酸巨球菌(Megasphaera hexanoica)生长代谢和产酸性能的影响.结果显示,AC组显著促进了底物乳酸的氧化过程,伴随其生物量的明显增多(最大生物量提升27.2%),而BC组则显著地提升己酸的产量(由2.5 g/L提升至4.3 g/L).通过分析产物分布及底物碳通量,揭示了AC加速了丙酮酸途径中乙酰辅酶A向细胞合成的碳流量(碳通量由10.6%提升至19.5%),而BC则促进了乙酰辅酶A向乙酸及逆β氧化循环过程中的丁酸、己酸的合成(碳通量由37.2%提升至61.1%).与之对应,AC的乳酸消耗比滴度极大提高(由4.17 g/g提升至5.56 g/g)和己酸生成比滴度的极大下降(由3.08 g/g减少至1.72 g/g),BC则恰好相反.进一步,关键的代谢指标活性NADH、EPS、丙酮酸脱氢酶和乙酸激酶验证了这一推论,即AC组中负责催化丙酮酸氧化为乙酰辅酶A的丙酮酸脱氢酶活性提升了77.9%,而BC组中负责催化乙酰辅酶A向逆β氧化过程转化的乙酸激酶活性提升了41.6%.本研究表明AC和BC对己酸巨球菌的生长代谢和产酸性能有不同的影响机制,为发酵领域中的己酸合成的提升策略提供了一定的理论参考和技术支撑.(图5表1参37)