《Bioresource Technology》：Synergistic removal of methanethiol and other odorant gases by a metabolically complementary synthetic consortia isolated from food waste
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從食品廢料中分離出三種高效降解甲硫醇（MeSH）的菌株：Agrobacterium cavarae R1、Mycolicibacterium neoaurum CD 和 Pseudomonas qingdaonensis CF。代謝組學分析顯示其具備甲硫氨酸和半胱氨酸代謝通路。二元共培養（A. cavarae R1與P. qingdaonensis CF 5:1）6天降解率達87.2%（MeSH）、98.7%（H2S）和100%（NH3）；三元共培養（3:2:1或3:1:2）進一步優化降解效率。該研究證實復合微生物群落對多類惡臭氣體協同治理的有效性，為食品廢料資源化提供新策略。
陳帆 張|李雪 鄭|全西 張|岳霞 張|賢云 鄭
山西大學環境科學研究所，太原 030006，中國
摘要
甲硫醇（MeSH）是一種典型的揮發性硫化合物，對環境異味有顯著影響，并存在生態風險。在本研究中，從食物廢棄物中分離出了三種能夠去除超過40%甲硫醇的細菌菌株。這些菌株經分類鑒定分別為：Agrobacterium cavarae、Mycolicibacterium neoaurum 和 Pseudomonas qingdaonensis。通過京都基因與基因組百科全書（KEGG）的宏基因組注釋發現，所有菌株均具有參與甲硫氨酸和半胱氨酸代謝途徑的關鍵酶，表明它們具有降解甲硫醇的潛力。在二元聯合菌群中，A. cavarae R1 和 P. qingdaonensis（比例為5:1）的組合表現出最佳的降解效果，6天培養后甲硫醇的去除效率達到87.2%，H2S的去除效率為98.7%，NH3則被完全消除（100%）。在三元聯合菌群中，A. cavarae R1/M. neoaurum CD/P. qingdaonensis（比例為3:2:1和3:1:2）的組合對三種目標異味物的去除效率均較高。具體而言，3:2:1比例的聯合菌群甲硫醇去除效率為94.7%，3:1:2比例的聯合菌群NH3去除效率為91.7%。這些結果證明了在廢物管理系統中使用復合微生物制劑進行異味控制的可行性。
引言
揮發性硫化合物（VSCs）是含硫有機物熱分解或厭氧分解過程中產生異味的主要來源（Zhang等人，2021年）。其中，甲硫醇（MeSH）是最強烈的異味物質之一，在石油精煉、天然氣脫硫、農藥合成和制藥生產過程中廣泛存在（Martinez-Zuniga等人，2024年）。其工業重要性在于它既是液化石油氣（LPG）中的異味物質，又是氨基酸合成的原料，同時也是有機磷農藥生產的中間體（Li等人，2022年；Bayout等人，2024年）。然而，甲硫醇的嗅覺閾值最低（0.4 ppb），即使在微量水平下也會引起強烈的嗅覺不適，并且具有毒性、刺激性和易燃性等風險（Xu等人，2023年；Lin等人，2025年）。在空氣中，甲硫醇容易氧化為二甲基二硫化物（DMDS），從而造成二次污染（Kastner等人，2003年）。因此，有效去除甲硫醇已成為環境異味控制的重點。
目前已采用多種物理化學方法來去除甲硫醇，包括光催化氧化、吸附和化學洗滌。雖然這些方法可以迅速降低甲硫醇濃度，但通常能耗高、試劑消耗量大、吸附劑再生問題突出，并且會產生二次污染，限制了它們的長期可持續性（Wei等人，2024年；Lin等人，2025年）。相比之下，微生物降解方法更具能源效率且生態兼容性更強，具有操作簡便、成本低廉和完全礦化的優勢（Chen等人，2023年；Shirazizadeh等人，2019年）。
盡管研究興趣日益增加，但迄今為止僅明確鑒定出少數幾種能夠降解甲硫醇的細菌，如Paenibacillus polymyxa CZ05、Thiobacillus thioparus 和 Pseudomonas屬菌株（Zhang等人，2013年；Badr等人，2014年；Schmitz等人，2022年）。許多報道的降解菌株是在研究其他VSCs的過程中間接發現的（Ho等人，2008年；Gu等人，2018年；Su等人，2023年）。此外，目前的微生物分離株主要來自廢水處理系統，而食物廢棄物（FW）這種天然富含異味物質（包括甲硫醇、H2S和NH3）的環境中的微生物多樣性尚未得到充分探索。一種成熟且可行的策略是從受污染環境中富集耐污染微生物菌株，然后分離出高效的降解菌群或菌株（Bokade等人，2023年；Thompson等人，2005年）。值得注意的是，來自FW的微生物最近顯示出對多種污染物（如二甲基二硫化物（DMDS）、苯甲酸鹽和復雜有機廢物）的降解能力（Zheng等人，2025年；Krishnani等人，2022年；Pham等人，2022年）。從這類廢棄物中分離出適應性強且高效的降解菌株可能為源頭污染控制提供一種實用可行的方法（Zheng等人，2019年）。這些發現強調了FW作為發現具有強環境適應性的本土VSC降解菌的未開發資源的重要性。然而，從FW中分離出的能夠去除甲硫醇的微生物菌株仍然相對較少。
除了單菌株方法外，合成微生物聯合菌群因具有更廣泛的代謝能力和功能韌性以及更高的穩定性而受到關注（Liu等人，2021年）。然而，構建有效的聯合菌群需要代謝互補且相互兼容的菌株。菌株之間的潛在拮抗作用和競爭仍然是主要障礙（Chaudhary等人，2023年），這突顯了在設計聯合菌群時進行系統篩選的必要性。
在本研究中，我們從食物廢棄物中分離出了細菌菌株，并評估了它們降解甲硫醇的能力。我們對這些菌株進行了全面的表征，包括生理和生化分析、系統發育鑒定以及甲硫醇去除性能測試。嚴格檢測了菌株之間的拮抗作用，以確保它們適合組合使用。在確認不存在拮抗作用的基礎上，構建了不同接種比例的混合聯合菌群，并評估了它們同時去除甲硫醇、H2S和NH3的潛力。進一步應用宏基因組測序和代謝途徑注釋來闡明可能的降解機制。
總體而言，這項工作擴展了已知的甲硫醇降解細菌的生態來源，證明了構建基于FW的合成聯合菌群用于多異味物處理的可行性，并為開發有效的、可持續的VSC污染生物修復策略提供了機制上的支持。
章節片段
培養基的制備及甲硫醇降解菌的分離
根據實驗步驟（見補充材料），準備了用于富集甲硫醇的液體選擇性培養基、無機鹽篩選培養基、Luria-Bertani（LB）液體和固體培養基以及選擇性固體培養基。從山西大學新苑食堂的食物廢棄物中分離出了甲硫醇降解菌。經過30天的富集和5次單菌落分離后，評估了各分離株的除臭潛力。各菌株對甲硫醇的去除效率
在本研究中，通過逐漸增加富集培養基中的甲硫醇濃度（最終濃度達到866 mg/L）來增強甲硫醇降解菌的富集效果。經過30天的富集和在甲硫醇選擇性培養基上的5次連續劃線分離后，共分離出20個菌落，其中10個來自蔬菜廢棄物，10個來自肉類廢棄物。較低的排放值表示更高的去除效率。經過6天的培養后，獲得了12個菌株（R1、R2、R3）。討論
由于微生物生物修復具有高效性、特異性和環境兼容性，已成為控制環境污染的重要策略（Bala等人，2022年；Luo等人，2024年）。已報道了幾種高效的甲硫醇降解菌株（Schmitz等人，2022年；Zhang等人，2013年），其中包括能夠在50 mg/m3甲硫醇濃度下實現84%去除率的JLL菌株（Jiang等人，2004年）。Pseudomonas屬菌株因其代謝多樣性而特別值得關注；
結論
本研究成功從食物廢棄物中分離并鑒定了三種新的細菌菌株：Agrobacterium cavarae R1、Mycolicibacterium neoaurum CD和Pseudomonas qingdaonensis CF，它們表現出顯著的降解甲硫醇及其他異味氣體（H2S和NH3）的能力。宏基因組測序分析揭示了它們的代謝潛力，發現半胱氨酸和甲硫氨酸代謝途徑可能是甲硫醇降解的途徑。當這些菌株組成復合菌群時，特定組合顯示出更好的降解效果。
未引用的參考文獻
Kiene等人，1999年；Salam，2024年；Shirazizadeh和Haghtalab，2019年。CRediT作者貢獻聲明
陳帆 張：撰寫初稿、數據可視化、項目管理和實驗研究。李雪 鄭：項目管理和實驗研究。全西 張：資源獲取和正式數據分析。岳霞 張：軟件開發和概念構思。賢云 鄭：撰寫、審稿與編輯、監督及資金申請。利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益沖突或個人關系可能影響本文的研究結果。致謝
本研究得到了山西獎學金委員會（2023-030項目）和山西（中國）與指定國家的國際科學技術合作項目（項目編號：202304041101011）的財政支持。
