编辑推荐：
为解决细菌纤维素（BC）生产成本高、产量低的问题，研究人员以木葡糖酸醋杆菌（Komagataeibacter xylinus）MS2530 为对象，探究与酵母共培养及酿造废弃物（BSY）培养基的应用。结果表明共培养显著提升 BC 产量，BSY 可替代传统 HS 培养基降低成本，为工业化生产提供新路径。
细菌纤维素（Bacterial Cellulose, BC）作为一种具有高纯度、高强度和优良生物相容性的天然高分子材料，在食品、医药、电子和纺织等领域展现出广阔应用前景。然而，其工业化生产面临两大核心挑战：一是传统培养基（如 Hestrin-Schramm 培养基，HS）依赖葡萄糖等高价原料，导致生产成本占比高达 30%-65%；二是发酵周期长、产量低，制约规模化应用。此外，酿造、食品等工业每年产生大量有机废弃物，如啤酒酵母残渣（BSY），其处理不仅增加环境负担，还造成资源浪费。如何通过微生物代谢优化和废弃物资源化利用突破 BC 生产的成本与效率瓶颈，成为当前生命科学与生物制造领域的研究热点。
为攻克上述难题，亚美尼亚国家科学院下属研究机构的科研团队开展了系统性研究。他们以化学诱变获得的木葡糖酸醋杆菌（Komagataeibacter xylinus）MS2530 为核心菌株，结合酵母共培养策略与酿造废弃物培养基替代技术，探索低成本、高效率的 BC 生产新路径。相关成果发表于《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》，为工业生物合成领域提供了重要参考。
研究采用的关键技术方法包括：
- 共培养体系构建：将K. xylinus MS2530 与克鲁维酵母（Kluyveromyces marxianus）、发酵毕赤酵母（Pichia fermentans）等 6 种酵母菌株以 1:1 比例混合接种，通过静态发酵比较单培养与共培养的 BC 产量差异。
- 废弃物培养基应用：以啤酒酵母残渣离心 supernatant（未灭菌）作为 BSY 培养基，与传统 HS 培养基对比，分析其对 BC 合成的影响。
- 结构与性能表征：利用扫描电子显微镜（SEM）观察 BC 膜微观结构，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析化学官能团，同时测定水 Holding Capacity（WHC）、拉伸强度等物理机械性能。
3.1 发酵条件优化与产量影响因素
通过单因素实验确定最优发酵参数为：30℃、pH 5.5、接种量 10%、发酵时间 7 天。在此条件下，HS 培养基中 BC 产量达 12.6 g/L。研究发现，pH 和温度通过影响菌株代谢活性显著改变产量，而接种量过高会导致营养竞争抑制纤维素合成。
3.2 酿造废弃物培养基的可行性验证
BSY 培养基无需灭菌即可支持K. xylinus MS2530 生长，第 7 天形成 7 mm 厚 BC 膜，较 HS 培养基（4 mm）显著增厚。BSY 的低成本优势显著（HS 培养基成本 5.52 美元 / L vs BSY 0.13 美元 / L），且其富含蛋白质、B 族维生素和碳源（干重 45%-47%），为菌株提供复合营养。
3.3 共培养策略对 BC 产量的提升
与K. marxianus MDC 10081 共培养时，HS 和 BSY 培养基中 BC 产量分别提升至 20.9 g/L 和 26.4 g/L，较单培养提高 67% 和 101%。酵母代谢产物可能通过提供生长因子或改善微环境促进纤维素合成，而 Candida 属酵母因代谢抑制作用效果不佳。
3.4 BC 膜的结构与性能分析
SEM 显示，BSY 培养基中 BC 纤维直径从 HS 的 42 nm 减小至 38 nm，结构更致密；与P. pastoris共培养时，BSY 培养基 BC 膜孔隙率显著增加，可能赋予其在生物医药领域的独特应用价值。FTIR 证实，不同条件下合成的 BC 均具有典型纤维素官能团（如 3336 cm?1 处的 - OH 伸缩振动），化学结构一致。
3.5 物理机械性能评估
湿态 BC 膜表现出高达 99.9% 的水 Holding Capacity，干态膜拉伸强度为 0.10 MPa，杨氏模量 45.70 MPa，性能与文献报道一致，表明共培养和废弃物培养基未影响 BC 的基本应用特性。
4. 结论与意义
本研究通过微生物代谢工程与废弃物资源化的双重创新，成功建立低成本 BC 生产体系：利用K. xylinus MS2530 与K. marxianus的共培养体系，结合未灭菌 BSY 培养基，实现 BC 产量显著提升（最高 26.4 g/L）和成本降低（减少 97% 培养基费用）。该策略不仅突破了传统 BC 生产的成本瓶颈，还为酿造工业废弃物的环境友好型处理提供了新方向，符合循环经济与绿色制造理念。未来可进一步探索共培养机制及 BC 膜的功能化修饰，推动其在高端医疗敷料、柔性电子材料等领域的实际应用。
