生物能源副产物高值化利用：以Cupriavidus necator合成PHB的培养基优化研究

本研究针对生物能源生产过程中产生的低价值副产物（粗甘油和液态厌氧消化液LAD）的资源化利用问题，通过优化处理工艺开发了适用于PHB合成菌Cupriavidus necator生长的培养基体系。研究人员采用过滤、离心和pH稳定化技术处理LAD，在生物反应器中验证了处理后的LAD与粗甘油组合培养基的可行性，最终获得与矿物盐培养基相当的细胞干重（8.8 gCDW /L）和生长速率（0.1 1/h）。该研究为生物塑料规模化生产提供了低成本原料解决方案，对推动循环经济发展具有重要意义。

　　

随着全球对可持续材料需求的增长，聚羟基脂肪酸酯(PHA)作为可生物降解的塑料替代品备受关注。然而，高昂的生产成本制约其商业化进程，其中培养基成本占比高达30-40%。与此同时，生物能源产业每年产生大量低值副产物—— biodiesel生产中的粗甘油和 biogas生产中的液态厌氧消化液(LAD)，这些富含碳氮元素的废弃物目前主要被废弃或简单堆肥。如何实现这些副产物的高值化利用，成为解决PHA生产成本与废弃物处理双重难题的关键突破口。

来自德国研究团队在《New Biotechnology》发表的研究，创新性地将这两种副产物整合为PHB合成菌Cupriavidus necator的培养基。研究首先建立了LAD的标准化处理流程：通过酸化至pH5促进碳酸盐分解，结合1:4稀释、离心(5752 g)和阶梯过滤(12μm→1μm)使浊度降低97%；粗甘油则经300/106μm双级过滤去除固体杂质。在4L规模生物反应器实验中，处理后的LAD与粗甘油(30 g/L)组合培养基展现出与矿物盐对照组相当的培养性能，比生长速率达0.1 1/h，细胞干重8.8 g_CDW
/L，且PHB含量均为5%左右。

关键发现包括：1）pH稳定化部分：LAD初始pH8.8经酸化至5后，通过曝气驱除CO₂
可实现灭菌后pH稳定，避免氨挥发损失；2）固形物去除部分：离心使LAD干物质从5 g/L降至0.05 g/L，满足生物反应器运行要求；3）生长动力学部分：尽管LAD组比生长速率较矿物盐组(0.14 1/h)略低，但其空间时间产率(0.24 g_CDW
/(L·h))反超对照组，且对甘油转化率(Y_X/S
)达0.3 g_CDW
/g_Glycerol
。

该研究的重要意义在于：首次系统验证了生物能源副产物"全组分"替代传统培养基的可行性，为建立区域化PHA生产-生物能源产业共生体系提供了技术原型。特别值得注意的是，LAD所含的2.4 g/L挥发性脂肪酸(VFA)在1:4稀释后仍可能影响代谢，这提示未来需建立原料批次检测机制。研究者建议将LAD处理工艺直接集成到沼气厂，以降低运输成本，同时推荐后续研究重点考察重金属等残留物对PHB积累阶段的影响。这项成果不仅为降低生物塑料生产成本开辟了新路径，更创新性地将线性工业生产模式转变为循环经济范式，对实现碳中和目标具有双重促进作用。