综述：耐压的异养硝化-好氧反硝化菌株：氮去除性能、应用及作用机制

《Bioresource Technology》：Stress-tolerant heterotrophic nitrification-aerobic denitrification strains: nitrogen removal performance, applications, and mechanisms

MLB生物复合材料由稻壳和橙皮经灵芝菌丝体培育而成，通过优化1:2的固液比提升其力学性能，并在中温（36℃）和高温（55℃）条件下进行单级与污泥协同厌氧消化实验，发现中温协同消化甲烷产量达284 mL/g·VS，微生物群落多样性更高，挥发性脂肪酸转化效率优于高温条件。

　　
生物复合材料在资源循环利用中的创新研究

（研究背景与意义）
传统复合材料普遍存在环境负担大、可回收性差等问题。以石油基树脂和玻璃纤维为代表的合成材料不仅生产能耗高，更面临资源枯竭和环境污染的双重挑战。近年来，生物基复合材料因其可持续性优势受到广泛关注，但多数研究仍存在化学添加剂依赖、降解性能受限等缺陷。本研究首次将柑橘类果皮（如橙皮）引入生物复合材料体系，突破了传统以单一农残材料为基质的研究局限。通过整合材料制备与厌氧消化技术，构建了从生物质转化到能源回收的闭环系统，为解决农业废弃物资源化提供了新思路。

（技术路线与材料体系）
研究团队构建了由稻壳（结构性支撑材料）和橙皮（功能性增强材料）组成的复合基质体系。这种协同效应既保留了稻壳的机械强度特性，又利用橙皮富含的多酚类物质促进真菌菌丝网络形成。特别值得关注的是，研究采用自然木质素化机制替代传统化学粘合剂，通过灵芝（*G. lucidum*）菌丝体自组装形成三维网状结构。实验过程中系统考察了三个关键参数：水料比（S:W）、温度梯度（中温36℃与高温55℃）、消化模式（单消化与污泥共消化）。通过多维度实验设计，实现了对材料性能与降解效率的协同优化。

（核心研究成果）
1. 基质配比优化
研究发现水料比1:2时材料性能最佳，此时既保证菌丝充分生长形成致密结构，又维持必要的液态环境促进物质交换。该配比使复合材料的拉伸强度达到传统EPS泡沫的78%，孔隙率控制在42-45%区间，既保证结构稳定性又有利于微生物活动。

2. 温度依赖性降解特性
中温（36℃）条件下，单消化体系24天即可完成主要产气阶段，甲烷累积产量达284 mL/g·VS（挥发性固体）。通过16S rRNA测序发现，此时产甲烷菌（如*Methanosarcina*属）与酸化菌（如*Clostridium*属）形成稳定共生关系，实现挥发性脂肪酸（VFAs）的高效转化。共消化模式较单消化体系缩短3-5天启动期，这主要得益于污泥中丰富的前体物质和菌群多样性。

3. 高温处理的悖论效应
在55℃高温条件下，虽然污泥中耐热菌（如*Thermotoga*属）丰度提升37%，但VFAs浓度峰值较中温体系提高2.1倍，导致系统pH值下降至5.8以下。这种环境恶化使甲烷产率下降至中温条件的62%，且出现明显的酸化滞后现象。值得注意的是，橙皮中的有机酸成分在高温下加速木质素降解，导致材料结构稳定性下降，这从XRD分析数据中得到印证。

4. 微生物群落动态分析
通过时间序列测序发现：中温条件下，产甲烷古菌占比从初始的18%逐步提升至稳定阶段的45%，形成以* Methanosaeta*和* Methanosarcina*为主导的产甲烷菌群。共消化体系中，污泥中的* Enterobacter*属细菌通过短链脂肪酸（SCFAs）分泌促进产甲烷菌活性。而高温处理时，尽管耐热菌增加，但产甲烷菌相对丰度下降，反而出现大量产酸菌（如*Acetobacter*属）的过度增殖。

（技术创新点）
本研究在多个层面实现突破：首先，开创性采用柑橘果皮作为生物基复合材料的组分，其富含的果胶和可溶性糖类物质显著改善菌丝粘附性，使材料成型压力降低40%。其次，通过整合工艺参数优化（水料比、温度、共消化），建立材料性能与降解效率的映射关系，发现1:2配比下材料持水率与甲烷产率呈正相关（R2=0.87）。更重要的是，首次揭示温度对污泥共消化体系的非线性影响——在55℃时，污泥中*Throbactrum*属菌种通过产甲烷酸（如丙酸）直接促进产甲烷过程，但超过临界温度（42℃+3℃）后，热应激效应导致菌群功能失衡。

（环境经济价值分析）
该技术体系具有显著的环境效益：单批次MLB生产可减少CO?当量排放2.3吨，较传统EPS材料降低83%。厌氧消化阶段，每吨MLB残渣可回收沼气0.65m3（折标准状态），相当于减少1.2吨碳排放。经济性评估显示，通过政府补贴（韩国MOE资助占比35%）和规模化生产，成本可控制在$120/m3以下，达到商业化应用临界点。

（应用前景与挑战）
研究成果在建筑隔板（抗压强度达12MPa）、包装材料（透氧率<0.5 cm3·m?2·s?1）等领域展现出应用潜力。但实际推广仍需解决三大问题：① 储存稳定性——湿热环境下材料强度月衰减率超过5%；② 消化后处理——残渣中木质素降解不完全（残留率21%）；③ 工艺集成——现有生产设备改造成本约$2000/台。研究建议建立"生产-消化-再生"闭环系统，通过添加5%硅藻土改善材料耐候性，同时利用消化残渣（含20-25% VS）反哺基质制备，形成资源循环利用的良性循环。

（学科交叉启示）
本研究为生物材料与微生物工程交叉领域提供重要启示：① 材料设计应考虑菌群代谢需求，如MLB中添加0.3%柠檬酸可提升产甲烷效率27%；② 工艺参数优化需建立多目标函数模型，研究显示在最优水料比基础上，适当降低原料粉碎粒度（从200目增至300目）可使甲烷产率提升14%；③ 群落调控策略显示，在55℃体系中添加0.1%乙酸钠可使pH稳定在6.5-7.2区间，甲烷产率回升至230 mL/g·VS。这些发现为开发新一代智能生物复合材料奠定了理论基础。