利用Se-纳米粒子@热带假丝酵母生物杂合体系高效生产二羧酸及选择性产物分离方法学进展

推荐 为解决传统石油基二羧酸（DCAs）生产高污染、高能耗的问题，研究人员开发了硒纳米粒子（SeNP@Candida tropicalis）生物杂合体系，显著提升粗十二烷（C??H??）转化为DCAs的效率（产率提高40.87%）。通过真空蒸馏-结晶下游处理，DCA纯度达75%以上。该研究为绿色化工提供了创新解决方案，推动生物炼制技术发展。

　　

论文解读
在全球化工产业向绿色可持续转型的大背景下，传统石油基二羧酸（DCAs）生产工艺因依赖不可再生资源、产生大量温室气体（如一氧化二氮N?O排放占人为总量的近10%^[3]）而面临严峻挑战。此外，现有催化技术存在选择性差、易过氧化等问题，亟需开发新型生物转化路径。针对这一现状，中国科研团队以热带假丝酵母（Candida tropicalis）为宿主，通过负载硒纳米粒子（SeNP）构建生物杂合体系，攻克了粗十二烷（C??H??）在含硫、镍、砷等工业污染物的复杂环境下的定向转化难题，并优化了下游分离工艺。

研究团队采用高分辨透射电镜（HRTEM）与X射线衍射（XRD）验证了SeNP在酵母表面的均匀沉积（粒径约2.5 μm），证实其通过增强细胞色素P450单加氧酶活性及NAD?/NADH循环效率，使DCAs产量较对照组提升40.87%。在下游处理环节，真空蒸馏结合结晶法的DCA纯度达75%以上，回收率超84%，显著优于传统钙沉淀法。该成果为含烷烃工业废料的资源化利用提供了新思路，并推动生物炼制技术向高效化、清洁化方向发展。

关键技术方法
本研究依托三大核心技术：1）SeNP@C. tropicalis杂合体系构建，利用纳米材料增强微生物代谢活性；2）多组学联合分析揭示SeNP对细胞色素P450及醇脱氢酶（ADH）的协同激活机制；3）梯度真空蒸馏与定向结晶耦合工艺开发，实现DCAs的高效分离。实验采用2 L生物反应器进行规模化验证，并通过突变株筛选提升系统耐受性。

研究结果
微生物系统构建与表征
研究团队从ATCC 750株系中筛选出耐受复杂污染物的C. tropicalis突变体，其pH适应范围达3.0-10.0。HRTEM显示SeNP以球形结构紧密附着于酵母细胞壁，XRD证实其结晶度良好。SeNP的引入显著提升了细胞内NADH氧化效率，促进电子传递链活性。

产物合成优化
在含200 ppm硫、30 ppm镍、5 ppm砷的粗十二烷底物中，SeNP@C. tropicalis体系经72小时发酵后，DCAs总产量达18.7 g/L，较对照组提高40.87%。其中辛二酸（suberic acid）、癸二酸（sebacic acid）占比超60%，选择性符合工业需求。机理研究表明，SeNP通过稳定细胞色素P450活性中间体，抑制副产物生成。

分离工艺开发
对比四种分离策略后，真空蒸馏联合梯度降温结晶法表现最优。该工艺通过控制真空度（0.08 MPa）与温度梯度（60-30℃），实现DCAs与副产物的高效分级析出，纯度达75.3±1.8%，回收率84.6±2.1%。相比传统钙法，废水量减少76%，符合绿色化工标准。

研究结论与意义
本研究成功构建了首个兼具高耐受性与高转化效率的SeNP@C. tropicalis生物杂合体系，突破性地实现了复杂环境下DCAs的高效生物合成。下游分离工艺的创新使产物纯度与回收率双提升，为工业级应用奠定基础。该技术不仅降低了对化石原料的依赖，更通过纳米材料与微生物的协同作用，为高值化学品绿色制造提供了范例。研究成果发表于《Enzyme and Microbial Technology》，标志着我国在生物炼制领域的技术突破，对推动全球碳中和目标具有重要战略价值。