综述：红酵母属：知识广博但商业化受限——阻碍因素何在？

《Fungal Biology Reviews》：Rhodotorula genus: vast knowledge, limited commercialization – What's holding us back?

本综述系统阐述了红酵母（Rhodotorula）作为可持续生物技术微生物在产类胡萝卜素和脂质方面的独特优势及其在食品、饲料、医药、化妆品和能源等领域的应用潜力，重点剖析了其产业化面临的高成本、技术瓶颈及安全顾虑等关键障碍，并探讨了利用低成本原料等解决方案以推动其商业化进程。

　　

Rhodotorula genus: vast knowledge, limited commercialization – What's holding us back?

引言

微生物生物技术利用微生物巨大的代谢多样性，为食品、饲料、医药、化妆品及环境管理等多个行业提供了变革性的解决方案。酵母，特别是红酵母属（Rhodotorula），因其能够通过多种代谢途径将化学输入转化为生物形态而备受关注。红酵母属于担子菌门（Basidiomycota），其独特的生理特性使其能够合成高价值的生物活性物质，如类胡萝卜素和脂质。尽管红酵母在学术研究中展现出巨大潜力，但其商业化应用仍面临显著挑战。

Rhodotorula属：分类学、形态学和生理学特征

红酵母属是一类担子菌门酵母，细胞通常呈球形或椭球形，直径在2至10 μm之间。菌落表面光滑，质地呈奶油状，由于细胞内富含类胡萝卜素的脂滴存在，颜色常呈现从粉色到橙色的变化。红酵母物种，如R. glutinis、R. mucilaginosa和R. toruloides，能够在多种环境中生长，包括污染水体，并显示出对多种碳源和氮源的利用能力，这为其在低成本培养基上的培养奠定了基础。

红酵母菌的潜在应用

红酵母的生物质、类胡萝卜素和脂质在多个领域具有应用前景。在食品工业中，其产生的类胡萝卜素如β-胡萝卜素（β-carotene）、圆酵母烯（torulene）和红酵母红素（torularhodin）可作为天然着色剂和抗氧化剂。在饲料领域，红酵母生物质可提供蛋白质和脂质。此外，其在医药和化妆品行业作为活性成分的潜力，以及在能源领域作为生物柴油原料的可能性，都显示出红酵母的多样化应用价值。

类胡萝卜素：类型、结构和生物合成途径

类胡萝卜素是一类结构多样的亲脂性色素，呈现出黄、橙、红色。它们是由40个碳原子构成的异戊二烯衍生物，其共轭双键的数量决定了其颜色和生物活性。在红酵母中，主要的类胡萝卜素包括β-胡萝卜素、圆酵母烯和红酵母红素。它们的生物合成途径始于甲羟戊酸途径（MVA），经过一系列酶促反应形成类胡萝卜素前体，最终合成各种类胡萝卜素分子。

红酵母中的脂质

红酵母菌株以其高脂质积累能力而闻名，脂质含量可超过细胞干重的60%。其主要脂肪酸包括棕榈酸（C16:0）、棕榈油酸（C16:1）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1）和亚油酸（C18:2）。这种高脂质含量使得红酵母成为微生物油脂（Microbial Oils）生产的理想候选者，其脂质可用于食品、饲料、化工原料乃至生物燃料的生产。

用于可持续生产生物质和代谢物的低成本底物

红酵母工业化的一大障碍是传统生产培养基的高成本。为应对这一挑战，研究探索了使用低成本可再生原料，如木质纤维素残渣、农业工业副产品、废油或废水，作为替代的碳源和营养源。这些策略不仅降低了生产成本，也符合循环生物经济的原则，实现了废弃物的资源化利用。

红酵母中生物质、类胡萝卜素和脂质生产的优化策略

提高红酵母工业可行性需要优化其生物质、类胡萝卜素和脂质的产量。关键策略包括优化培养基组成（如碳氮比）、培养条件（如pH、温度、溶氧）以及采用两阶段培养策略。此外，诱变和基因工程等遗传改良手段也被用于构建高产菌株。过程强化技术，如补料分批发酵，也有助于提高最终产物的产率。

红酵母工业化面临的挑战与知识缺口

尽管潜力巨大，红酵母的商业化仍受到多种因素的限制。高生产成本是主要障碍，涉及培养基成本和下游加工过程。技术限制包括需要针对红酵母细胞壁结构开发高效、经济的提取方法。法规方面，红酵母衍生产品在食品和饲料中的应用需要获得“新型食品”或“一般认为安全”（GRAS）等监管批准，这是一个耗时且昂贵的过程。此外，工业界对红酵母产品好处的认知不足，以及供应链和市场开发的不完善，也阻碍了其商业化进程。

结论与未来研究展望

红酵母菌株因其生产类胡萝卜素和脂质等有价值产品的能力，成为一个适应性强且灵活的微生物平台。要充分发挥其在大规模、成本效益高的应用中的潜力，需要在多个领域取得进展。在遗传学方面，需要开发更先进的基因编辑工具（如CRISPR-Cas9）来改造红酵母代谢途径。在过程工程领域，应探索新型生物反应器设计和集成下游加工策略。进一步研究应致力于利用更广泛的农业和工业废弃物作为底物。最终，通过跨学科合作解决技术、经济和监管障碍，将是释放红酵母属全部工业潜力的关键。