全球对动物蛋白需求的迅速增长推动了大规模和集约化畜牧业的快速发展。这种集中型动物饲养方式导致在相对封闭的养殖区域内产生和积聚了大量粪便和废水[1]。混合后，新鲜猪粪便废水会因酶的产生（如氨）和高浓度挥发性有机化合物的挥发而产生恶臭[2],[3]。这些物质在封闭养殖区域内的积累严重降低了空气质量，并因对附近居民的影响引发了社区投诉[4]。
在中国，畜牧业主要以养猪为主，猪粪便废水会释放多种恶臭物质，包括挥发性硫化合物（VSCs）、酚类化合物、吲哚和粪臭素[5],[6],[7]。尽管VSCs和酚类化合物通常被认为是主要的气味来源，但粪臭素对猪粪便刺鼻特有气味的贡献往往被低估[6],[8],[9]。粪臭素的气味检测阈值最低（< 0.00309 mg/m3），赋予了猪粪便独特的强烈粪便气味，这种气味在其他牲畜或工业废水中并不常见[3],[5],[9],[10]。利用气味活性值（OAVs）的研究表明，在新鲜猪粪便废水（通常含有5.0 - 10.6 mg/L的粪臭素）中，粪臭素是主要的气味来源[6],[11]。其OAV比VSCs和酚类化合物高出数十到数百倍，使其成为这一关键阶段周围环境中刺鼻气味的主要贡献者[6],[11],[12]。此外，粪臭素容易吸附在颗粒物上，导致持续的环境污染[13]。除了恶臭外，粪臭素还带来重大的生态和健康威胁。它还会促使蚊子聚集和产卵，从而促进疾病传播，并可能增加猪粪便废水中的抗生素抗性基因（ARGs）的数量[14],[15],[16]。在反刍动物中，粪臭素会引起严重的肺部和血液系统疾病（如水肿、溶血），影响生长[17],[18]。长期暴露于粪臭素还可能对人类健康产生不良影响，包括头痛、恶心和烦躁，甚至有肺部损伤的风险[19],[20],[21]。鉴于其持久性和生物毒性，有效去除粪臭素对于可持续的畜牧业、环境安全和公共卫生至关重要。
先前的研究表明，光催化降解、臭氧氧化、芬顿反应等物理和化学方法可以通过在溶剂中生成高氧化性的羟基自由基来有效降解粪臭素。然而，尽管这些方法具有较高的去除效率，但所使用的催化剂通常寿命较短，在运行过程中消耗大量能量，并且副产品的毒性令人担忧[22],[23]。因此，它们的实际应用面临挑战[24],[25],[26]。相比之下，生物降解已被证明是一种有效的污染物矿化方法，具有成本效益高、操作简单且不会产生二次污染等优点，从而成为环境修复的有希望的策略[27]。多种细菌属，包括乳酸菌、假单胞菌、红球菌、Cupriavidus和鲍曼不动杆菌，已被证明可以降解粪臭素，其降解效率和代谢途径也已被研究[28],[29],[30],[31],[32]。然而，这些细菌在实际粪便废水中的高效应用仍受到多种技术挑战的限制。粪便废水中的许多因素，尤其是原有的微生物群落，会对增强菌株的降解性能产生显著影响；在某些情况下，增强菌株甚至可能无法在复杂的微生物群落中成功定植[33]。迄今为止，只有一项研究记录了Acinetobacter toweneri NTA1-2A和Acinetobacter guillouiae TAT1-6A在禽类垫料中去除粪臭素的应用[34]，关于相关微生物群落的信息有限。另一方面，对于大规模猪粪便废水的实际处理来说，开发具有优异运输性和长期储存稳定性的微生物产品至关重要。固态微生物制剂（特别是通过真空冻干技术制备的制剂）提供了一种有前景的解决方案，具有低包装成本、方便运输和优异的细菌存活率保持能力。这些特点使得冻干制剂广泛适用于保存多种微生物，包括细菌和酵母[35]。因此，识别能够在猪粪便废水复杂环境中存活和繁殖的高效降解气味细菌菌株，并将其开发成高效且生物安全的新型制剂，是当前研究的迫切和关键目标。
此前，我们从猪粪便中分离出了E. hirae IDO5菌株，该菌株表现出显著的吲哚降解效率和广泛的恶臭物质（如酚类和粪臭素）代谢能力[36],[37]。随着研究的深入，我们发现IDO5在降解粪臭素方面也表现出显著效果。尽管Enterococcus是动物体内的常见肠道细菌[38],[39]，但迄今为止尚未有研究报道其降解粪臭素的能力。因此，本研究的目标是：（1）通过代谢组和转录组阐明粪臭素降解的潜在机制；（2）通过正交试验确定冻干粉的最佳配方；（3）通过粪臭素降解测试和微生物组学研究，明确IDO5冻干粉对猪粪便废水的短期影响。这些发现为未来开发经济高效且可持续的生物粪臭素去除方法提供了理论基础，通过使用安全、易于培养和高效细菌菌株来实现。
