利用产油酵母和绿色溶剂实现消费后生物塑料废弃物的循环微生物油脂生产与提取

本研究针对微生物油脂生产成本高、环境负担重的难题，创新性地利用PLA/PHB等生物塑料水解产物为碳源，通过产油酵母（如Cryptococcus curvatus）发酵生产微生物油脂，并系统评估了1,3-Dioxolane等绿色溶剂的提取效率。结果表明，PLA水解物发酵可获得8.5 g/L油脂，1,3-Dioxolane在80°C下提取率达93.6%，为生物塑料废弃物资源化提供了可持续解决方案。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，生物塑料作为传统化石基塑料的替代品备受关注。然而，当前欧盟国家约79%的塑料仍通过填埋或环境丢弃处理，仅有9%被回收利用。更令人担忧的是，生物塑料在降解过程中可能产生甲烷等温室气体，其环境优势大打折扣。与此同时，微生物油脂作为生产表面活性剂、环氧树脂等高附加值产品的原料，长期面临生产成本高昂（4.1-5.79美元/千克）和碳排放量高（7.2-11.6 kg CO₂
-eq/kg油）的双重挑战。如何通过技术创新实现生物塑料废弃物的高值化利用，同时降低微生物油脂的生产成本与环境足迹，成为摆在研究者面前的重大课题。

针对这一系列问题，国外研究团队在《Waste Management》发表的最新研究中，开发了一套整合生物塑料废弃物水解、产油酵母发酵和绿色溶剂提取的循环生物工艺。研究人员首先通过热化学方法将聚乳酸(PLA)和聚羟基丁酸酯(PHB)转化为乳酸(LA)、3-羟基丁酸(3HB)等单体，随后利用Cryptococcus curvatus等三种产油酵母进行发酵优化，最终采用1,3-Dioxolane等新型溶剂进行油脂提取。关键技术包括：1）PLA/PHB水解物的制备与成分分析；2）摇瓶和分批补料生物反应器发酵工艺优化；3）超声辅助提取(UAE)与传统溶剂提取的对比评估；4）溶剂回收系统的环境效益分析。

微生物菌株与预培养过程
研究选取Cryptococcus curvatus ATCC 20509、Lipomyces starkeyi DSM 70296和Rhodosporidium toruloides NRRL Y-27012三种产油酵母，在含葡萄糖的培养基中进行预培养。实验发现，C. curvatus对所有测试碳源（除10 g/L巴豆酸外）均表现出优异的油脂积累能力，为后续生物塑料水解物利用奠定基础。

商业有机酸的摇瓶培养
以乙酸(AA)、乳酸(LA)等商业有机酸为碳源时，C. curvatus在LA培养基中生物量达7.3 g/L，油脂含量34.2%，显著优于其他菌株。这一结果证实生物塑料水解产物的主要成分可作为有效碳源。

PLA和PHB水解物的发酵性能
PLA水解物在摇瓶中实现2.5 g/L油脂产量，PHB水解物为1.3 g/L。在5L分批补料生物反应器中，C. curvatus利用PLA水解物使油脂产量提升至8.5 g/L，胞内含量达43.6%，创下生物塑料衍生碳源发酵的新纪录。

绿色溶剂提取评估
突破性发现1,3-Dioxolane在80°C、超声辅助15分钟后提取24小时，可获得93.6%的油脂回收率。生命周期分析显示，乙酸乙酯循环使用比1,3-Dioxolane减少28%能耗和34%CO₂
排放，为工业化应用提供关键数据。

该研究首次系统论证了生物塑料废弃物-微生物油脂-绿色溶剂提取的全链条循环技术可行性。通过将PLA/PHB等生物塑料转化为高值微生物油脂，不仅为解决塑料污染提供了生物回收新路径，更将微生物油脂生产成本降低至接近植物油水平（1美元/千克）。特别值得注意的是，研究揭示的1,3-Dioxolane高效提取机制和溶剂循环策略，为生物精炼行业提供了环境友好的下游处理方案。这项成果对推动欧盟"生物塑料10%回收含量"政策目标具有重要实践意义，也为全球碳中和背景下的循环经济发展提供了创新范式。