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为提升 PHA 工业竞争力，研究人员以 Paracoccus sp. TOH 为菌株，探究副产物乙酸钠、粗甘油、甘蔗糖蜜等废碳发酵性能。发现粗甘油适合 PHB 发酵，优化后浓度达 1.99 g/L（(NH?)?SO?体系）和 1.81 g/L（哌嗪体系），开放式积累 PHB 可行，为废碳利用提供参考。
塑料污染已成为全球性环境难题，传统石油基塑料难以降解，预计到 2050 年全球产量将达 330 亿吨，对生态系统构成严重威胁。在此背景下，生物基可降解材料聚羟基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoates，PHA）因其具有生物降解性、可再生性和生物相容性，被视为理想的传统塑料替代品。然而，当前 PHA 工业化生产面临成本较高、工艺复杂等问题，尤其是碳源成本在生产中占比较大，如何高效利用低成本废碳资源并优化发酵工艺，成为提升 PHA 产业竞争力的关键挑战。
为解决上述问题，河南工业大学的研究人员开展了以副球菌（Paracoccus sp.）TOH 为底盘菌株的废碳生物炼制研究，相关成果发表在《Biomass and Bioenergy》。该研究旨在评估不同废碳源在 PHA 生产中的发酵性能，探索开放式发酵工艺的可行性，为降低 PHA 生产成本、推动废碳资源循环利用提供科学依据。
研究主要采用了以下关键技术方法：选取副产物乙酸钠、粗甘油、甘蔗糖蜜三种废碳源，测定其理化性质（如碳氮含量、价格等）；在灭菌条件下，以 Paracoccus sp. TOH 为菌株进行发酵实验，比较不同碳源的 PHB 生产能力；通过调节哌嗪（piperazine）作为氮源控制元素，探究开放式发酵中 PHB 的积累情况。
三种废碳源的特性评估
研究首先对三种废碳源的特性进行了分析。副产物乙酸钠为黑色液体，来自当地污水处理厂，常用于生物脱氮工艺；粗甘油为棕色液体，购自南京新生德贸易有限公司，主要成分为甘油（81%）、水（15%）、灰分（4%）和少量甲醇（<1%），具有较高的碳含量（1589.9 g-COD?L?1，551.1±4.6 g-TOC?L?1）和较低的氮比例（1.61 g?L?1），价格为 125 $?t?1；甘蔗糖蜜为深棕色粘性物质，富含蔗糖、葡萄糖、果糖等还原糖。
不同废碳源的发酵性能
在灭菌条件下，研究比较了三种废碳源对 Paracoccus sp. TOH 发酵生产 PHB 的影响。结果表明，粗甘油作为碳源时表现出显著优势，其优化后的 PHB 浓度在 (NH?)?SO?体系中可达 1.99 g?L?1，在哌嗪体系中为 1.81 g?L?1。这归因于粗甘油的高碳含量和适宜的碳氮比，能够为微生物提供充足的碳源，同时满足 PHA 合成所需的氮限制条件。
开放式发酵工艺的可行性
研究进一步探索了以哌嗪为氮源控制元素的开放式发酵工艺。通过动态调节哌嗪的进料速率，成功实现了 PHB 在开放式环境中的积累，浓度达到 0.87 g?L?1。这一结果表明，利用碳丰富、氮缺乏的废碳源，结合哌嗪的调控作用，可在非灭菌条件下有效促进微生物合成 PHA，为简化发酵工艺、降低生产成本提供了新途径。
结论与意义
本研究通过评估不同废碳源的发酵性能，证实了粗甘油是 Paracoccus sp. TOH 生产 PHB 的理想底物，并成功建立了基于哌嗪调控的开放式发酵工艺。研究结果不仅为废碳资源的高值化利用提供了技术参考，也为简化 PHA 生产工艺、降低产业成本开辟了新方向，有助于推动 PHA 作为可降解塑料替代材料的工业化应用，对缓解塑料污染、促进循环经济发展具有重要意义。
