近日，我校生物工程学院徐岩教授团队任聪副研究员在利用厌氧发酵技术处理酿酒废水制备己酸方面取得重要进展，研究结果“Constructing simplified microbial consortia that couple lactic acid and ethanol utilization to highly produce caproic acid from liquor-making wastewater”正式发表于Water Research。该团队创新采用 “Top-down” 厌氧微生物群落构建策略，从浓香型白酒窖泥中筛选出高效产己酸的简化微生物群落，成功将酿酒废水中的可降解碳转化为高价值中链脂肪酸 —— 己酸，为酿酒废水资源化利用与低碳生物炼制提供了重要解决方案。
利用厌氧发酵技术将低值食品加工副产物转化为高附加值化学品已成为近年来研究热点，尤其以己酸的生物法合成受到广泛关注。克氏梭菌（Clostridium kluyveri）是优良己酸生产菌，但仅能利用醇类作碳源，无法利用糖类、合成气、乳酸等。由于厌氧菌菌群构建复杂，目前尚难通过 “Bottom-up” 策略构建稳定菌群，因此基于 “Top-down”策略 的菌群精简方法成为构建含该菌的厌氧菌群、实现多碳源共利用合成己酸的重要方法。酿造副产物废水含有高浓度乳酸与乙醇，借助厌氧微生物发酵技术将其高效转化为己酸等高附加值平台化学品，具有重要的应用价值。
基于厌氧菌群定向精简技术，该课题组实现了白酒酿造副产物（富含乳酸与乙醇的酿造废水）中多种碳源的降解与己酸的高效合成，并揭示了主要功能微生物之间的交叉喂养机制。首先通过“Top-down”策略从浓香型白酒窖泥构建出产己酸精简菌群，并利用新一代宏基因组学技术解析了其物种构成；然后通过连续继代发酵测试，确认了构建的菌群具有良好的菌群结构稳定性与代谢稳定性；最后将精简菌群用于发酵酿造废水高效生产己酸。典型菌群SimpCom3 的高效产己酸能力源于群落内物种的协同作用：克氏梭菌（Clostridium kluyveri，相对丰度 30.69%-50.46%）、丁酸梭菌（C. butyricum，6.71%-13.98%）与酪丁酸梭菌（C. tyrobutyricum，37.11%-58.07%）为核心物种，通过反向β-氧化途径协同转化乳酸和乙醇生成己酸。更关键的是，因丁酸梭菌与酪丁酸梭菌转化乳酸为丁酸的过程为升pH式发酵，赋予了该精简群落具备自主 pH 调节能力，发酵过程中 pH 可稳定维持在 6.45-8.29 之间，发酵过程无需在线pH控制，大幅降低了工业应用成本。团队在 3 L 发酵罐中采用 fed-batch 发酵策略，发酵过程中，乳酸与乙醇同步利用，总短、中链脂肪酸产量 33.33 g/L，其中己酸为22.13 g/L，己酸产率提升至 3.4 g/L/d，且奇数链脂肪酸（丙酸、戊酸）生成量显著降低。
我国是白酒生产大国，每年产生数百万吨的酿酒废水，其高 COD、高乳酸 与高乙醇含量的特点导致处理难度大、成本高。本研究提出的简化微生物群落构建技术，相比传统人工合成菌群（需纯菌株培养、稳定性差）与复杂自然菌群（启动周期 30-100 天、奇数链脂肪酸干扰多），具有操作简便（无需在线 pH 控制），效率高（己酸生产效率是现有酿酒废水处理技术的 2~6 倍）的优势。该研究成果不仅为酿酒废水资源化利用提供了可规模化应用的技术方案，对实现 “双碳” 目标具有重要意义。
上述研究工作发表于Water Research，江南大学生物工程学院教育部工业生物技术重点实验室为第一完成单位，江南大学2022级硕士生向金凤为第一作者，江南大学生物工程学院徐岩团队任聪副研究员为通讯作者。上述工作得到了“十四五”国家重点研发计划（2022YFD2101201）与中国博士后基金（2018M640454）的资助。近年来徐岩教授团队任聪副研究员植根传统酿造产业，同时服务现代工业生物技术，围绕厌氧微生物资源挖掘开展了系统性的研究，并取得了一系列原创性研究成果，部分成果已发表在mSystems（2022）、 Food Microbiology（2023）、Applied and Environmental Microbiology（2021）、Food&Function（2024）、International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology（2022）本领域权威期刊，相关专利技术陆续在国内外知名企业推广应用。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123973
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