上海交大刘荣厚团队发表高有机负荷下产酸相气体产物对促产甲烷影响的研究论文

　　

2024年6月21日，上海交通大学农业与生物学院生物质能工程研究中心长聘教授刘荣厚研究团队在绿色可持续发展领域知名期刊《Renewable and Sustainable Energy Reviews》（SCI，中科院一区，Top期刊，影响因子为16.3）正式发表了题为“Acidogenic gas utilization improves methane production in high-load digestion: Underlying mechanisms”（高有机负荷下产酸相气体产物利用对促产甲烷的潜在机理）的研究论文。

脂肪酸累积问题仍是高有机负荷厌氧发酵的重大挑战。虽然将产酸相气相产物加入后续产甲烷相反应器能够促进厌氧发酵产甲烷，但在高有机负荷条件下，产酸相气相产物对产甲烷相稳定性的影响及作用机制仍不清楚。因此，本研究通过缩短水力停留时间提升有机负荷，研究了在高有机负荷共发酵系统中产酸相气体利用对提高甲烷产量和系统稳定性的潜力，并探究了产酸相气体产物利用对厌氧发酵系统生物途径的调控作用。产酸相气体产物加入到产甲烷相后，能有效控制挥发性脂肪酸的积累，且随着水力停留时间的降低（16-8 天），产甲烷相甲烷产量从 0.042 L/L h 增加到 0.066 L/L h。然而，产甲烷相甲烷产率从 611 mL/g VS降低至 460 mL/g VS。微生物群落分析结果显示，随着 HRT 的降低，氢营养型产甲烷菌以及一些产酸和互营脂肪酸氧化菌群的丰度出现增加。在两相系统总水力停留时间为10.67天时，在产甲烷反应器中的发酵液表现出最高的微生物物种多样性和丰富度。代谢组学分析表明，产酸相气体产物利用减少了与三羧酸循环和氧化磷酸化相关的能量合成，同时显著调节了氨基酸、脂质、脂肪酸、膜转运蛋白和抑制物质的代谢，从而加强了甲烷代谢途径。这项研究为解析产酸相气体利用在调节能量代谢以提高甲烷产量中的作用提供了有价值的见解，并为改善脂质和蛋白质降解提供了潜在的机会。

论文的通讯作者为上海交通大学农业与生物学院长聘教授刘荣厚。上海交通大学农业与生物学院博士生Dominic Yellezuome和朱献濮为论文的共同第一作者。论文合作者还包括：上海交通大学农业与生物学院硕士生刘栩薇，嘉兴大学副教授孙辰，埃及艾斯尤特大学教授Mohamed Hemida Abd-Alla，埃及苏伊士大学教授Abdel-Hamied M. Rasmey。该项研究工作得到国家重点研发计划项目（2021YFE0104600）的资助。

论文链接：Dominic Yellezuome, Xianpu Zhu, Xuwei Liu, Ronghou Liu*, Chen Sun, Mohamed Hemida Abd-Alla, and Abdel-Hamied M. Rasmey. Acidogenic Gas Utilization Improves Methane Production in High-Load Digestion: Underlying Mechanisms. Renewable and Sustainable Energy Reviews,2024, 202, 114698.  https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114698

作者：

农业与生物学院

供稿单位：

农业与生物学院