SRT对富集高聚PHA能力嗜盐MMC的影响

崔有为，林小媛，冀思远，施云鹏（北京工业大学环境与能源工程学院，北京 100124）



SRT对富集高聚PHA能力嗜盐MMC的影响

崔有为，林小媛，冀思远，施云鹏
（北京工业大学环境与能源工程学院，北京 100124）

摘要：调控菌群富集过程的工艺参数，富集具有高PHA积累能力的混合菌（MMC）是发酵生产PHA的第一步也是最重要的一步。采用批式培养条件，集中研究了污泥停留时间（SRT）对PHA积累菌群的富集作用。研究结果表明SRT影响富集MMC的底物降解速率（qS），微生物积累PHA的速率（qP）和PHA积累能力。长SRT（SRT= 4 d）导致了较低的qS，qP和PHA细胞含量；过短的SRT（SRT= 1 d）则降低了MMC的PHA转化率（YPHA/S）和PHA积累能力，刺激了非PHA积累菌群的快速增殖。研究确定的最佳SRT为2 d，在此条件下富集的MMC最大PHA积累量可达细胞干重的56%。研究证明了SRT在选择嗜盐MMC中的重要作用，为快速富集PHA积累能力MMC奠定基础。

关键词：SRT；PHA积累菌；聚合物；发酵；生物工程

2015-11-02收到初稿，2016-02-29收到修改稿。

联系人及第一作者：崔有为（1977—），男，博士，副教授。

Received date: 2015-11-02.

Foundation item: supported by the National Natural Science Foundation of China (51478011, 51178004), the Natural Science Foundation of Beijing (8132013) and the Importation and Development of High-Caliber Talents Project of Beijing Municipal Institutions.

引　言

嗜盐微生物是一类分布广泛的极端微生物。自从有生命现象以来，嗜盐微生物在地球生物圈中已存在，适应了地球早期极其恶劣的环境条件生存下来并在长期的进化和演化中形成了普通微生物没有的生物特性。这些特性使得嗜盐微生物在环境治理[1]、生物制药、生物能源以及工农业生产中都有潜在的应用[2-3]。作为重要的生物特性之一，研究发现很多嗜盐菌可以积累高含量的聚羟基脂肪酸酯（PHA）。利用嗜盐微生物生产PHA的优势体现为[4]：①嗜盐微生物具有积累高含量PHA和特殊PHA组分的能力；②高盐环境限制了其他非嗜盐微生物的生长，可以省略严格的灭菌程序；③嗜盐微生物胞内积累的PHA在淡水环境很容易通过溶胞释放，便于下游回收PHA。这些优势对降低PHA生产成本具有重要的意义。很多淡水微生物发酵生产PHA的研究者认为以混合菌（MMC）代替商业用的纯菌（PC）作为发酵主体生产PHA会进一步降低PC发酵过程中的灭菌工艺成本。而且对利用可再生碳源（淀粉，木质素，小麦秆，半纤维素）、工业副产品（糖蜜，乳浆，麦糠）和废水（生活废水和工业废水等）具有优势。MMC替代PC可以减少PHA生产成本近50%[5]。但是，由于嗜盐微生物生产PHA的研究较晚，嗜盐MMC合成PHA的研究未见报道。

目前，以MMC生产PHA普遍采用两步法或者三步法工艺。这些工艺中提高MMC积累PHA能力（包括存储能力和容积产率）的关键在于通过施加选择条件富集能够积累PHA的菌种。在此基础上，利用富集的MMC发酵生产PHA。为此，富集高积累PHA能力的MMC是工艺的基础。富集PHA积累MMC的被广泛接受的是好氧瞬时进料工艺（ADF）[6]。在这个工艺中通过交替的盛宴期和饥饿期富集具有PHA积累能力的菌群，淘汰非PHA积累的菌群[7]。污泥停留时间（SRT）决定了微生物的世代更替，世代周期长于SRT的微生物被淘汰出富集系统。另外，不同的SRT导致体系平衡生物量的不同，最终直接影响ADF的工艺选择压，即盛宴期/饥饿期（feast time /famine time, F/F）[8]。从这个意义上讲，SRT是决定富集的MMC种群结构的重要因素。基于ADF成功富集的案例中普遍采用较短的SRT[SRT =水力停留时间（HRT）]。Albuquerque等[9]和Johnson等[10]采用SRT= 1d成功富集了高积累PHA能力的淡水MMC。研究认为较低的SRT会使富集体系的平衡污泥浓度处于较低的水平，这样体系当中的微生物有机会摄取更多的底物来合成PHA，提供给PHA积累菌群更多竞争优势。Serafim等[11]和Marang等[12]认为较短的SRT不利于PHA的合成和产PHA菌群的富集。较短的SRT会导致相对较长的盛宴期，由于细胞的中间代谢产物诸如乙酰CoA转化为PHA这一反应的平衡常数要远小于其流向同化作用的平衡常数，因此，较长的盛宴期会使细胞的同化响应占据优势[8]。这些研究结论针对的对象都是淡水MMC，嗜盐MMC还未见报道。

基于以上分析，本文接种入海口底泥作为嗜盐接种物以糖蜜酒精废水作为底物研究了不同SRT对富集嗜盐PHA积累能力MMC的影响。

1　材料和方法

1.1糖蜜酒精废水

本研究采用的糖蜜酒精废水参考Barrocal等[13]报道配制。配水浓缩液的碳源成分浓度分别为：乳酸钠 194 ml·L−1，丙三醇 66.4 ml·L−1，葡萄糖9.82 g·L−1，乙酸钠 19.4 g·L−1，进水底物浓度为600 mg COD·L−1。以NH4Cl、KH2PO4浓缩液单独配制作为氮源和磷源。为了控制糖蜜酒精废水中COD:N:P为100:5:1，每个SBR周期的投加的氮磷量按实验所需计算后投加。其他营养元素和微量组成包括：KCl 4.97 mg·L−1，CaCl222.2 mg·L−1，MnCl2·4H2O 5.0 mg·L−1，FeSO4·6H2O 5.0 mg·L−1，MgSO4·7H2O 10.0 mg·L−1，CuSO4·5H2O 0.05 mg·L−1。在底物中加入0.02 g·L−1硫脲以抑制硝化作用。底物中盐度（NaCl盐）稳定在50 g·L−1，为嗜盐微生物提供高盐生存环境，同时抑制非嗜盐菌的生长。

1.2选择富集过程

实验接种的嗜盐污泥来自于实验室内发展的嗜盐污泥。该嗜盐污泥采自入海口底泥。采集的底泥经过去除泥沙并清洗后接种在SBR反应器内，采集过程和处理见文献[14]。利用此接种污泥，在小试SBR系统内，以实际生活污水为碳源发展成具有脱氮能力的嗜盐活性污泥[14]。接种运行稳定的嗜盐污泥到富集SBR系统中，接种的污泥浓度约为3000 mg·L−1。以人工配制的糖蜜酒精废水为底物，采用ADF工艺进行富集选择。富集SBR总体积为6 L，有效容积为4 L。每个运行周期包括：进水0.5 h，曝气12 h，沉淀1 h，排水0.5 h。在排水阶段排掉2 L上清液，系统的冲排比为0.5。在曝气末期进行混合液的排出，分别控制SRT为2 d（phase 1，每次排出1/4泥水混合液），4 d（phase 2，每次排出1/8泥水混合液）和1 d（phase 3，每次排出1/2泥水混合液）。在每个阶段运行至少24个SRT以上，在稳定后进行下一个阶段的转化。反应过程中温度控制在（25±1）℃，DO≥1 mg·L−1，整个周期反应过程中pH均在7～9之间。富集过程中详细运行参数如表1所示。

表1　SBR周期运行参数Table 1　Operational parameters of SBR

1.3Pulse-fed实验确定最大PHA积累能力

为了确定不同SRT选择富集MMC的最大PHA生产能力，采集每个阶段富集稳定后期的MMC用于pulse-fed实验。实验接种的污泥浓度为1200～1500 mg·L−1，以发酵复合糖蜜酒精废水进行PHA积累实验。为保证每次投加碳源足够微生物积累PHA所用，将pulse-fed实验每次投加的糖蜜酒精废水中的碳源浓度提升到900 mg COD·L−1，COD:P仍为100:1，其他营养元素和微量组成不变。此外，发酵底物中不加氮源从而抑制微生物的增殖促进PHA的积累。底物投加依据发酵过程中监测的DO的跃升点作为指示进行（WTW Multi 3420，德国）[7]。即在发酵过程中检测DO的跃升点作为指示盛宴期是否结束的信号。一旦DO迅速跃升至平台段，表明盛宴期结束，开始进行下一次的进料。以此连续进料，直到细胞内的PHA含量不再增加，底物不再降解为止。

1.4PHA的提取和测定

PHA含量在样本经过前处理后采用内标法进行气相色谱（Agilent 7890A气相色谱仪）分析[15]。样品前处理具体操作过程为：取45 ml左右的污泥混合液，离心分离后弃去上清液，向其中加入2 ml次氯酸钠溶液以使微生物失活，使用蒸馏水清洗污泥样品2～3次，主要去除污泥中的盐分；将离心清洗后得到的污泥沉淀物置于冰箱−20℃中冷冻，冷冻后置于真空冷冻干燥机中冻干，得到冻干的污泥样品。称取冻干后的污泥干样品约25 mg于具塞玻璃管中，依次加入2 ml氯仿和2 ml苯甲酸钠溶液，随后在105℃烘箱中消解20 h；消解后的样品，加入1 ml去离子水摇匀、离心，取1.6 ml下层有机相于2 ml塑料离心管中，离心管中盛有0.5 g左右无水硫酸钠，以便进一步去除残留水分的影响，摇匀后以8000 r·min−1的转速离心5 min，随后取1 ml上层有机相到气相瓶中于气相色谱仪上进行色谱分析。

1.5生物过程评价

在实验过程中pH、DO采用便携式测定仪测定（WTW Multi3420，德国）。盐度采用盐度测定仪（GMK 510，韩国）测定。NH+4-N、COD、MLSS等常规的化学测定采用标准方法[16]。采用蒸馏水反复冲洗滤纸方式避免MLSS测定过程中盐度的干扰。

1.6参数计算

F/F是盛宴期与饥饿期时间长度的比值。表观动力学计算方法参照文献[17]。

PHA转化率

PHA 比合成速率

底物比吸收速率

生物质转化率

其中，Tfeast为盛宴期时间，h；PHA0为初始细胞内的PHA含量，mg·L−1；PHAf为盛宴期末期细胞内的PHA含量，mg·L−1；S0为初始COD浓度，mg·L−1；Sf为盛宴期末期COD浓度，mg·L−1；Xa为反应器中平均生物量，mg·L−1。

2　结果与讨论

2.1富集过程分析

接种河口底泥在SBR中实施了3个不同的SRT连续运行了180 d。依据采用的SRT，系统运行分为3个阶段。在整个运行期间连续监测PHA的积累、COD消耗、NH4+-N消耗、F/F变化情况（图1）。接种的河口底泥在阶段1采用SRT为2 d进行富集。接种物逐渐适应反应条件，表现为消耗的COD和氨氮逐渐增大。周期内最大积累的PHA含量也逐渐升高，表明积累PHA的逐渐富集。在此阶段，经长期富集筛选后，系统内PHA积累菌逐渐富集起来，且适应了系统的反应条件。表现出较快的底物降解速率，F/F随之逐渐下降。在连续运行了30 d后，PHA的积累、COD消耗、消耗、F/F的变化保持稳定，说明系统已经进入到稳态。从阶段2升高SRT至4 d，变化初期（前50 d内）系统消耗的COD和出现波动。在连续运行了50周期后逐渐稳定，COD和消耗量高于阶段1。但是相对阶段1，阶段2期间的最大PHA含量下降，暗示着系统PHA积累能力的降低，有更多的碳源用于生物的增殖，对比阶段1，在阶段2系统F/F从0.1升高到了0.15。在阶段3，系统SRT降低至1 d，在经历了短暂的系统调整后，系统消耗的COD量保持不变但是消耗的氨氮量显著升高，这一过程伴随着周期最大PHA含量的显著提升，在此阶段稳态下的F/F保持和阶段2持平。相对SRT= 2 d，较长的SRT和较短的SRT都增加了盛宴期的时间，从而增加了F/F。Albuquerque等[9]也发现了过低SRT导致盛宴期时间过长的问题，但是却未发现长的SRT也具有相同的效果。以ADF模式运行的富集系统中，盛宴期的长度直接取决于底物消耗速率，即取决于进水底物浓度、活性生物量浓度和比底物吸收速率[18]。F/F是富集系统中的重要选择压，F/F越小，盛宴期越短，饥饿期越长，对非PHA合成菌群施加的选择压力就越大，同时PHA合成菌群产生的内在生长抑制效应越显著，从而富集系统内表现出的PHA合成能力越强。已有研究[18]表明富集体系中存在F/F低于0.28可以实现有效的PHA积累菌群的选择。本实验中不同SRT下系统内的F/F均在0.21以下，和报道的最佳F/F阈值相同。在实验过程中，SRT变化虽然没有显著地改变F/F，但是，监测选择过程中的周期动力学可以发现，系统表现出的性能呈现显著差异。

图1　在整个富集期间COD、消耗、最大PHA含量以及F/F的变化情况Fig.1　Variation of COD and ammonium consumption, maximal PHA content and F/F ratio during all enrichment periods● consumption of COD; ▲ maximal PHA content; ★ consumption of; ■ F/F

2.2富集MMC最大PHA积累能力

不同SRT富集条件下系统达到稳定后，分别取其富集阶段末期的剩余污泥进行pulse-fed实验进行最大PHA积累能力的测定。投加底物依据DO的突跃点作为指示，每次投加的底物浓度相同，避免了底物的抑制作用。由于3个系统污泥的底物利用速率不同，每次投加碳源的时间也不相同，达到最大PHA含量的投加的碳源次数也存在差异（图2）。阶段1的富集MMC的pulse-fed实验持续10.5 h，间歇进水6次后系统内的最大PHA合成量不再增加，最大PHA积累量达56%细胞干重。阶段2富集MMC的pulse-fed实验持续14 h，间歇进水7次后系统内的最大PHA合成量不再增加，最大PHA积累量达48%细胞干重。阶段3的富集MMC的pulse-fed实验持续12.5 h，间歇进水7次后系统内的最大PHA合成量不再增加，最大PHA积累量达44%细胞干重。在采用ADF工艺选择富集具有PHA积累能力MMC的研究中，F/F被认为是最重要的选择压。已有研究表明F/F＜0.28是富集筛选MMC最佳的选择压[19]。在本研究中，全部选择过程保持F/F＜0.21，在最佳选择压范围内。但是由于实施的SRT不同，选择富集的MMC的最大PHA积累能力呈现出明显差异，研究发现过短的SRT不利于富集高聚PHA能力的MMC。研究结果证明在采用ADF工艺富集PHA积累MMC过程中，除了F/F外，SRT作为富集PHA高聚MMC的重要参数，需要在选择过程中优化选择。

图2　Pulse-fed模式下3个富集MMCs中最大PHA积累能力测试Fig.2　Determination of maximal PHA storage in three enriched MMCs by pulse-fed mode

2.3富集过程中的表观动力学

图3列出了各运行阶段的表观动力学参数。SRT= 1 d的底物降解速率（qS）是SRT= 2 d的2.5倍，是SRT= 4 d的3.4倍。qS随着SRT的升高而降低，SRT越短越有利于富集具有快速底物降解能力的微生物。对比3个SRT的运行可以发现，SRT影响最显著的是微生物的增殖速率（qX），在阶段1和阶段2， qX基本相同，但是，降低SRT为1d，qX升高了近6倍。可见，采用短SRT促进了微生物的快速增殖。SRT对微生物增殖速率的影响也直接决定了微生物对碳源的利用。在对碳源分配上，微生物转化率（YX/S）在SRT= 2 d，4 d时基本持平，在0.3 mg X·(mg COD)−1。但是，YX/S在SRT= 1 d时迅速升高至0.58 mg X·(mg COD)−1，升高了近1倍。由于低SRT微生物消耗了大量碳源用于微生物的快速增殖，也直接影响了内源PHA的积累，主要表现在微生物积累PHA的速率（qP）和PHA转化率（YPHA/S）。SRT= 2 d和SRT= 1 d的qP均为0.1 mg PHA·(mg X·h)−1，在SRT= 4 d时qP降至0.08 mg PHA·(mg X·h)−1左右，SRT对qP的影响较小。但是，YPHA/S在SRT = 2 d，4 d时保持0.3 mg PHA·(mg COD)−1。当SRT降至1 d时，YPHA/S迅速降低为0.13 mg PHA·(mg COD)−1，下降了近一半。评价PHA合成菌群能力的最重要指标是底物向PHA的转化率。YPHA/S在低SRT的降低说明系统积累PHA能力迅速下降。短SRT不利于PHA积累菌群的选择和富集。对比其他成功选择PHA积累MMC的研究结果可以发现，采用ADF方式富集PHA积累MMC主要采用HRT = SRT[7,12,20]或者HRT=SRT[9,11]两种方式（表2）。富集的MMC积累PHA效果和动力学参数受到参数F/F、底物类型、SRT的影响。对比HRT = SRT（SRT = 1 d）[7]和HRT=SRT（SRT= 10 d）[11]两种方式的选择结果可以发现，在以乙酸为底物的条件下，SRT直接影响了富集MMC积累PHA的能力和动力学参数。短SRT选择的MMC具有较大的PHA细胞含量，但是YPHA/S却较低[7]。但是，本研究却得出了不同结果。研究发现采用短的SRT导致YPHA/S和PHA最大积累量均较低。说明短SRT不利于富集具有高聚PHA积累能力的MMC。此外，MMC积累PHA的动力学参数还受到底物类型的影响。采用乙酸为底物的YPHA/S普遍高于采用可再生废水和复合底物的YPHA/S。本研究采用复合糖蜜酒精废水作为选择底物，其YPHA/S整体偏小。比较不同的表观动力学参数可以发现采用过短SRT富集的MMC的YPHA/S变小而YX/S增高是造成其积累能力下降的主要原因。

表2　本研究与其他研究参数的比较Table 2　Parameter comparison of some research with this study

图3　富集期间qS、qX、qP、YPHA/S以及YX/S的动力学计算Fig.3　Dynamics of qS, qX, qP, YPHA/Sand YX/Sduring enriched periods

2.4SRT在MMC富集中的作用SRT作为富集反应器的重要运行参数，也会对混合菌群施加一种选择作用。这种作用将基于微生物世代时间对MMC实施选择压。微生物世代时间高于特定的SRT的微生物菌群会在富集的过程中被淘汰掉，低于这一特定值的菌群则会留存下来。此外，SRT还决定了微生物的增殖速率。采用较长SRT富集的MMC中更容易积累惰性微生物，其多为一些处于内源呼吸期或衰亡期的菌群。这类菌群的存在将会使盛宴期混合菌群的比底物利用速率下降，并且具有PHA合成能力的惰性微生物会在盛宴期储存更多的物质，从而在饥饿期用于内源呼吸而非细胞增殖。本实验中SRT为4 d的富集系统中随着富集时间的推移，富集系统内的比底物利用速率呈现明显的下降趋势。而采用SRT为2 d和1 d的系统中，随着富集时间的延长，富集系统内的比底物利用速率是呈上升趋势。这说明过长SRT导致富集系统中积累了较多的惰性微生物，致使富集系统中PHA合成菌群所占比例下降。但是，值得注意的是过短的SRT导致混合菌群更新换代快，系统内世代时间短，活性强的微生物保留下来。所以在SRT= 1 d的富集系统中微生物具有最大增殖速率和最大底物降解速率。过短的SRT刺激了微生物的快速增殖而非PHA积累菌群的筛选，因此弱化了选择的效果。此外，SRT越低，每周期排出的污泥量越大，系统内的微生物浓度越低（图4）。在低生物量浓度的条件下，单位生物量所获得的碳源和氮源较多，此时高活性的非PHA合成菌群将利用足够的碳源和氮源快速进行细胞增殖，成为优势菌群，无法将其从系统内淘汰掉。PHA合成菌群所占比例越来越少，即使系统内存在高活性高PHA合成能力的PHA菌群，但由于其基数小，使得富集得到的混合菌群的整体PHA合成能力很低，这一点在本实验中也得到了证实（图3）。本实验中在SRT 为2 d时，富集所得混合菌群的微生物活性高并且具有很高的PHA合成能力。充分证明了SRT为2 d时，富集系统内既淘汰掉了混合菌群中的惰性微生物菌群，也防止了长SRT的对富集系统有消极影响的微生物种群的产生，同时将具有PHA合成能力的微生物菌群保存了下来，并且使其利用碳源优势扩大了其在混合菌群中的比例，成为优势菌群。

图4　整个富集期间MLSS的变化Fig.4　MLSS variation during all enriched periods

3　结　论

ADF是选择富集具有高聚PHA积累能力微生物普遍采用的工艺，在这个工艺中，F/F被认为是唯一的选择压。但是，在此过程中SRT作为生物选择重要选择压没有被重视。以往成功富集高聚PHA积累能力的研究普遍以短污泥龄（HRT= SRT）和长污泥龄（HRT=SRT）两种方式进行。本研究以批式培养条件富集嗜盐MMC为例，考察了SRT对ADF选择过程的影响。研究发现SRT作为重要的选择压，影响了ADF的选择结果和富集MMC的PHA积累能力。过高的SRT导致系统内惰性物质升高，qS和qP很低，细胞的活性和增殖能力降低；过低的SRT增加了微生物的代谢和增殖活性，但是却刺激了非PHA积累菌群的生长，导致qS、qP和YX/S明显提高。YPHA/S降到最低值，富集MMC的PHA积累能力降低。本研究明确了SRT在ADF选择中的重要作用，对实现快速富集高聚PHA能力MMC具有重要意义。

References

[1]崔有为, 彭永臻, 李晶, 等. 盐度抑制下的MUCT处理效能及其微生物种群变化 [J]. 环境科学, 2009, (2): 488-492. CUI Y W, PENG Y Z, LI J, et al. Salt effects on treatment performance and microbial community structure in MUCT [J]. Environmental Sciences, 2009, (2): 488-492.

[2]LITCHFIELD C D. Potential for industrial products from the halophilic Archaea[J]. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 2011, 38 (10): 1635-1647.

[3]GAO X, CHEN J, WU Q, et al. Polyhydroxyalkanoates as a source of chemicals, polymers, and biofuels [J]. Current Opinion in Biotechnology, 2011, 22 (6): 768-774.

[4]QUILLAGUAMAN J, GUZMAN H, VAN-THUOC D, et al. Synthesis and production of polyhydroxyalkanoates by halophiles: current potential and future prospects [J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2010, 85 (6): 1687-1696.

[5]TAN G, CHEN C L, LI L, et al. Start a research on biopolymer polyhydroxyalkanoate (PHA): a review [J]. Polymers, 2014, 6 (3): 706-754.

[6]GOBI K, VADIVELU V M. Aerobic dynamic feeding as a strategy for in situ accumulation of polyhydroxyalkanoate in aerobic granules [J]. Bioresource Technology, 2014, 161: 441-445.

[7]JOHNSON K, JIANG Y, KLEEREBEZEM R, et al. Enrichment of a mixed bacterial culture with a high polyhydroxyalkanoate storage capacity [J]. Biomacromolecules, 2009, 10 (4): 670-676.

[8]MOROLEJO-GARATE H, PALMEIRO-SANCHEZ T, KLEEREBEZEM R, et al. Influence of the cycle length on the production of PHA and polyglucose from glycerol by bacterial enrichments in sequencing batch reactors [J]. Biotechnology and Bioengineering, 2013, 110 (12): 3148-3155.

[9]ALBUQUERQUE M, EIROA M, TORRES C, et al. Strategies for the development of a side stream process for polyhydroxyalkanoate (PHA) production from sugar cane molasses [J]. Journal of Biotechnology, 2007, 130 (4): 411-421.

[10]JOHNSON K, KLEEREBEZEM R, VAN LOOSDRECHT M. Influence of the C/N ratio on the performance of polyhydroxybutyrate (PHB) producing sequencing batch reactors at short SRTs [J]. Water Research, 2010, 44 (7): 2141-2152.

[11]SERAFIM L S, LEMOS P C, OLIVEIRA R. Optimization of polyhydroxybutyrate production by mixed cultures submitted to aerobic dynamic feeding conditions [J]. Biotechnology and Bioengineering, 2004, 87 (2): 145-160.

[12]MARANG L, JIANG Y, VAN LOOSDRECHT M C M, et al. Butyrate as preferred substrate for polyhydroxybutyrate production [J]. Bioresource Technology, 2013, 142: 232-239.

[13]BARROCAL V M, TERESA GARCIA-CUBERO M, GONZALEZBENITO G, et al. Production of biomass by Spirulina maxima using sugar beet vinasse in growth media [J]. New Biotechnology, 2010, 27 (6): 851-856.

[14]CUI Y W, DING J R, JI S Y, et al. Start-up of halophilic nitrogen removal via nitrite from hypersaline wastewater by estuarine sediments in sequencing batch reactor [J]. International Journal of Environmental Science and Technology, 2014, 11 (2): 281-292.

[15]OEHMEN A, KELLER-LEHMANN B, ZENG R J, et al. Optimisation of poly-beta-hydroxyalkanoate analysis using gaschromatography for enhanced biological phosphorus removal systems [J]. Journal of Chromatography A, 2005, 1070 (1/2): 131-136.

[16]APHA. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater [M]. New York: American Public Health Association, 1995.

[17]崔有为, 张宏宇, 冀思远, 等. 容积负荷变化模式对嗜盐混合菌发酵乙酸合成PHB的影响 [J]. 化工学报, 2015, 66 (10): 4177-4184. DOI: 10.11949/j.issn.0438-1157.20150287. CUI Y W, ZHANG H Y, JI S Y, et al. Influence of organic loading rate change modes on PHB production by halophilic sludge fermenting acetate acid [J]. CIESC Journal, 2015, 66 (10): 4177-4184. DOI: 10.11949/j.issn.0438-1157.20150287.

[18]ALBUQUERQUE M G E, TORRES C A V, REIS M A M. Polyhydroxyalkanoate (PHA) production by a mixed microbial culture using sugar molasses: effect of the influent substrate concentration on culture selection [J]. Water Research, 2010, 44 (11): 3419-3433.

[19]DIONISI D, BECCARI M, DI GREGORIO S, et al. Storage of biodegradable polymers by an enriched microbial community in a sequencing batch reactor operated at high organic load rate [J]. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 2005, 80 (11): 1306-1318.

[20]MORALEJO-GARATE H, KLEEREBEZEM R, MOSQUERACORRAL A, et al. Impact of oxygen limitation on glycerol-based biopolymer production by bacterial enrichments [J]. Water Research, 2013, 47 (3): 1209-1217.

Influence of SRT on enriching halophilic MMC with capacity of PHA storage

CUI Youwei, LIN Xiaoyuan, JI Siyuan, SHI Yunpeng
(College of Environmental and Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

Abstract:Enriching mixed microbial culture (MMC) with capacity of PHA storage via controlling the enrichment process parameters is the first and the most important step for the fermentation production of PHA. This paper elucidated the role of sludge retention time (SRT) in the enrichment process under batch culture conditions. The results showed that SRT influenced the specific substrate degradation rate (qS), specific PHA accumulation rate (qP) and the PHA storage capacity of enriched MMC. The long SRT (SRT= 4 d) led to the decreased qS, qPand PHA accumulation ability. The short SRT reduced the PHA conversion rate (YPHA/S) and PHA accumulation ability of MMC. The optimal SRT was determined as 2 d for enriched MMC in this study, which presented 56% cell dry weight PHA content. The study proved that the SRT played the important role in enriching halophilic MMC, which laid the foundation on enriching PHA-storage MMC rapidly.

Key words:SRT; PHA storage bacteria; polymers; fermentation; biological engineering

中图分类号：X 703

文献标志码：A

文章编号：0438—1157（2016）06—2575—08

DOI：10.11949/j.issn.0438-1157.20151644

基金项目：国家自然科学基金项目(51478011，51178004)；北京市自然科学基金项目(8132013)；北京市属高等学校高层次人才引进与培养计划项目。

Corresponding author:CUI Youwei, cyw@bjut.edu.cn