Анаеробне бродіння (AF) пропонує багатообіцяючий підхід до переробки вуглецю з надлишкового мулу (ES) шляхом виробництва коротколанцюгових жирних кислот (SCFA) (Chen et al., 2023a, Chen et al., 2023b). Однак низька ефективність гідролізу часто вважається кроком, що обмежує швидкість (Pang et al., 2024b). Попередня обробка мулу перед AF є звичайною стратегією посилення гідролізу, причому ферментативні методи привертають все більше уваги через їх м’які умови та мінімальний вплив на навколишнє середовище (Liu et al., 2019). Попередня обробка ферментами покращує гідроліз, розщеплюючи складні органічні матеріали на простіші субстрати, протеаза, амілаза та лізоцим зазвичай використовуються для обробки одним ферментом (Pang et al., 2024a). Примітно, що комбіновані ферментні обробки, такі як протеаза та α-амілаза, показали перевагу окремих ферментів у покращенні розчинення мулу, про що свідчать високорозчинні позаклітинні полімерні речовини (SEPS) і низькомолекулярні позаклітинні полімерні речовини (LB-EPS). ) значення (Chen та ін., 2015).
Гумінова кислота (ГК), ключовий компонент ES, є стійкою до деградації під час гідролізу та перешкоджає AF, ускладнюючи перетворення органічних молекул у SCFA та рециркуляцію вуглецю (Liu et al., 2022). ГК підвищує стабільність осаду шляхом збільшення щільності частинок, тим самим обмежуючи рухливість органічних субстратів (Xu et al., 2020a). Крім того, ГК пригнічує ефективність гідролізу, взаємодіючи з позаклітинними органічними матеріалами та змінюючи властивості мулу (He et al., 2023). Він може зв’язуватися з гідролазами за допомогою електростатичних сил, ковалентних зв’язків і флокуляції, запобігаючи ефективній взаємодії фермент-субстрат (Li et al., 2019). ГК може затримувати активацію гідролази, причому механізми інгібування змінюються залежно від порогової концентрації ГК (Yap et al., 2018). Отже, стратегії пом’якшення інгібуючої дії ГК є вирішальними для підвищення ефективності гідролізу.
Повідомлялося, що інгібування ГК є оборотним — коли ГК повністю утворюється в комплекс ферментами, вони вивільняються та можуть зв’язуватися зі своїми субстратами (Li et al., 2012). Ферментативна попередня обробка може допомогти пом’якшити інгібування ГК, оскільки вона не тільки посилює органічну деградацію, але також знижує стабільність осаду та збільшує органічну рухливість (Zou et al., 2023). Крім того, аміди ГК можуть розкладатися і служити джерелом вуглецю для мікроорганізмів (Wang et al., 2021). Хоча більшість досліджень зосереджено на впливі ГК на гідроліз, мало відомо про те, як ГК впливає на ферментативну попередню обробку. Зокрема, взаємодія ГК з окремими ферментами або комбінаціями ферментів і механізми, за допомогою яких ферментативна попередня обробка послаблює інгібування ГК, залишаються недостатньо вивченими.
Це дослідження мало на меті усунути прогалину в знаннях щодо впливу ГК на ферментативну попередню обробку, включаючи лікування одним ферментом і ферментним коктейлем, а також дослідити, як ферментативна попередня обробка може пом’якшити інгібування ГК. Дослідження було зосереджено на трьох ключових аспектах: (1) оцінці ефективності ферментативної попередньої обробки в умовах інгібування ГК в мулі, (2) дослідженні змін у властивостях мулу під час попередньої обробки та (3) вивченні структурних змін у ГК після обробки ферментами. Результати підкреслили відмінності в інгібуванні ГК між окремими ферментами та ферментними коктейлями, а також уточнили механізми, за допомогою яких ферментативна попередня обробка пом’якшує інгібуючий вплив ГК на гідроліз. Ці висновки дають нове уявлення про підвищення ефективності анаеробного бродіння для виробництва SCFA та відновлення джерела вуглецю.
