鑒于有機固廢產(chǎn)量隨工業(yè)化和城市化推進而逐年增長，有機固廢資源化成為當(dāng)前生態(tài)環(huán)境保護領(lǐng)域的研究熱點。其中，利用微生物碳鏈延長技術(shù)將有機固廢轉(zhuǎn)化為高附加值的中鏈脂肪酸( Medium-Chain Fatty Acids，MCFAs)備受關(guān)注。該技術(shù)既能解決當(dāng)前緊迫的環(huán)境污染問題，又能提升產(chǎn)品的經(jīng)濟價值，兼具環(huán)保和經(jīng)濟性雙重優(yōu)勢，符合我國減污降碳和無廢城市建設(shè)的要求。綜述了有機固廢生物轉(zhuǎn)化制備MCFAs的厭氧發(fā)酵和碳鏈延長技術(shù)的反應(yīng)機理以及關(guān)鍵微生物，分析了影響合成效率的主要因素，包括 pH、溫度、底物類型與濃度、水力停留時間(HRT)、固體停留時間(SRT)以及其他影響因素，總結(jié)了有機固廢生產(chǎn)MCFAs所面臨的底物生物利用難、電子供體缺乏、高效產(chǎn)酸體系構(gòu)建難和產(chǎn)物分離提取難題等挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)解決策略，為今后相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展研究提出了建議。

我國是世界上最大的有機固廢生產(chǎn)國，隨著工業(yè)化和城市化的推進，有機固廢產(chǎn)量(廚余垃圾、市政污泥、農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便等)呈逐年增長的態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計，2022年我國生活垃圾清運量為2.45x10⁸t，干污泥產(chǎn)量為1.58x10⁷t，秸稈產(chǎn)量為8.65x10⁸t。有機廢棄物若不能得到有效處理，則會帶來環(huán)境污染問題。在氣候變化和資源短缺的背景下，有機固廢處理儼然成為我國生態(tài)環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)的新熱點。近年來，國家陸續(xù)提出無廢城市、垃圾分類和循環(huán)經(jīng)濟等系列行動計劃，并對有機固廢資源化提出了明確的要求。有機固廢是“放錯位置的資源”，對其進行資源化利用，將其“變廢為寶”，既可解決資源短缺問題，又能減少碳排放，緩解全球變暖。

鏈延長技術(shù)是厭氧發(fā)酵的一個重要分支，利用乙醇、乙酸和乳酸等易獲取底物合成已酸、庚酸和辛酸等中鏈脂肪酸( Medium-Chain Fatty Acids，MCFAS)，從而實現(xiàn)廢棄物的處理和資源回收。目前，MCFAs可被用作食品添加劑、抗菌劑、生物柴油和香料等的前驅(qū)體，由于原料有限、提取工藝復(fù)雜，當(dāng)其主要來源于工業(yè)生產(chǎn)中的植物油時，已酸生產(chǎn)價格高達20000~27000元/t。因此，基于微生物合成的碳鏈延長(Chain Elongation，CE)生產(chǎn)MCFAs具有很大的發(fā)展前景。有機固廢種類繁多，其中農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便、餐廚垃圾和剩余污泥等是典型的有機廢棄物，有機質(zhì)含量高，可通過厭氧發(fā)酵生產(chǎn)短鏈脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids，SCFAs)，其中包含乙酸、丙酸、丁酸、戊酸，再通過CE技術(shù)生產(chǎn)MCFAS。目前，已有諸多研究實現(xiàn)從有機固廢中生產(chǎn) MCFAs，其中，剩余污泥、餐廚垃圾為底物的碳鏈延長技術(shù)已被廣泛研究。近年來，部分學(xué)者驗證了畜禽糞便、纖維素類廢棄物生產(chǎn)MCFAs的可行性。例如，ZHANG等通過兩階段發(fā)酵工藝將豬糞和玉米秸稈轉(zhuǎn)化為MCFAS，MCFAs最大產(chǎn)量為890mg COD/(L·d)；YIN等采用剩余污泥與木質(zhì)纖維素廢棄物共發(fā)酵生產(chǎn)MCFAs，獲得了 89.5mmol C/L的已酸產(chǎn)量。利用有機固廢作為碳鏈延長的發(fā)酵底物得到越來越多的關(guān)注。

本文圍繞微生物利用有機固廢進行鏈延長生產(chǎn)MCFAs，梳理有機固廢作為微生物碳鏈延長底物的技術(shù)機理和主要影響因素，總結(jié)有機固廢生產(chǎn)MCFAs的限制難題與解決方法，以期為有機質(zhì)固廢資源化和微生物碳鏈延長技術(shù)研究提供參考。

圖1  有機固廢生產(chǎn)MCFAs的合成途徑