近日,环境学院张盼月教授课题组在环境工程与化学工程领域一区Top期刊《Chemical Engineering Journal》(影响因子:13.4)上发表论文:辣椒素对餐厨垃圾暗发酵产氢影响的综合见解:发酵产物、微生物群落和代谢途径(Comprehensive insights into the impacts of capsaicin on food waste dark fermentation for hydrogen production: Characteristics of fermentation products, microbial community and metabolic pathways)。
暗发酵可以同时实现餐厨垃圾处理和氢气生产。辣椒在世界范围内被广泛用于食品添加剂。辣椒素是辣椒中的一种天然抗菌物质,很容易在餐厨垃圾中积聚。然而,辣椒素对餐厨垃圾暗发酵的影响尚未开展研究。为了填补此研究空白,本研究通过添加不同剂量的辣椒素结合宏基因组测序技术,探索了辣椒素对暗发酵过程发酵产物、微生物群落结构和代谢功能影响。结果表明,与对照组相比,辣椒素剂量为40 mg/g挥发性固体时,累积产氢量较对照组降低29.6%。产氢量降低的宏观原因体现为VS降解效率和可溶性有机物转化效率降低。微生物群落结构分析表明,辣椒素减少了产氢细菌(Clostridium、Bacteroides 及Paraclostridium)的相对丰度,并富集了产氢细菌的竞争菌—产乳酸细菌(Bifidobacterium)。KEGG分析表明,辣椒素抑制了产氢途径,包括NADH途径、甲酸盐分解途径和丙酮酸途径,同时增强了产氢的竞争反应乳酸生成途径,这是产氢量降低的微观原因。此外,辣椒素还通过抑制ABC转运蛋白、生物膜形成、核糖体活性和诱导细胞凋亡降低微生物活性。这项研究揭示了辣椒素抑制氢气产生的潜在机制,为餐厨垃圾暗发酵产氢工艺中辣椒素去除的必要性提供了理论依据。
本研究由北京林业大学张盼月教授课题组与中国科学院广州能源研究所李颖研究员课题组合作完成。论文第一作者为我院硕士研究生张家盛,张盼月教授、陈乐博士和中国科学院广州能源研究所李颖研究员为共同通讯作者,北京林业大学为文章第一完成单位。
本研究得到了国家重点研发计划(2023YFC3905800)、国家自然科学基金(52360020)和贵州省基础研究计划(黔科合基础-ZK[2021]一般282)的资助。
