原位定向酶解耦合两级发酵强化餐厨垃圾与剩余污泥微生物油脂生产

为解决微生物油脂(MLs)产率低及原料成本高的问题，研究人员创新性地开发了原位定向酶解耦合两级发酵工艺，利用餐厨垃圾(FW)和剩余污泥(WAS)共发酵生产MLs。通过定向制备高活性复合酶(DMEs)实现底物高效水解，并基于C/N差异设计两级发酵策略，最终MLs浓度提升47.62%，工程分析证实该技术兼具经济性与可行性。

　　

全球能源危机与资源短缺背景下，生物柴油因其环境友好特性成为研究热点，但传统原料（动植物油）占用耕地且成本占比超50%。微生物油脂(MLs)虽可通过微生物发酵快速生产，却面临原料适配性差、产率低的瓶颈。餐厨垃圾(FW)富含淀粉但碳氮比(C/N)过高，剩余污泥(WAS)含丰富微量元素但C/N过低，单一使用均难以兼顾微生物生长与油脂积累。更棘手的是，两者所含大分子有机物（淀粉、蛋白质等）难以被微生物直接利用，传统酸碱/热处理又易产生抑制物。

针对上述问题，西安交通大学的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表研究，提出原位定向酶解耦合两级发酵的创新策略。通过让Aspergillus oryzae分别以FW和WAS为底物产定向复合酶(DMEs)，实现淀粉、蛋白质等成分的高效水解——FW-DME的淀粉酶活性达2287.5 U/g，WAS-DME蛋白酶活性达39.88 U/g，使FW水解液(FWH)的可溶性化学需氧量(SCOD)提升至83,500 mg L^?1
。基于FWH（C/N=38）与WASH（C/N=5.06）的特性差异，设计两级发酵：第一阶段利用WASH低C/N促进Rhodosporidium toruloides 2.1389增殖，第二阶段切换至高C/N的FWH驱动油脂合成。

关键技术包括：1）以FW/WAS为底物定向培养Aspergillus oryzae产酶；2）酶解产物理化性质分析（SCOD、TN等）；3）两级发酵工艺参数优化。

研究结果显示：
定向多酶(DMEs)生产：FW-DME与WAS-DME分别对同源底物展现特异性水解效果，淀粉酶与蛋白酶活性显著高于文献报道的通用型复合酶。
水解性能强化：DMEs处理使FW与WAS的SCOD分别提升至83,500 mg L^?1
和4,860 mg L^?1
，且未生成抑制性副产物。
两级发酵优势：相比单级工艺，两级系统使生物量浓度、MLs浓度和MLs含量分别提升23.39%、47.62%和19.65%，证实底物协同效应。

该研究的意义在于：1）建立低成本酶解-发酵耦合技术路线，每吨干基混合废物可产20 kg MLs；2）为有机固废资源化提供新思路，避免与粮争地；3）工程分析显示该工艺具备工业化潜力。未来需优化酶解效率并解决残液处理问题，但其"以废治废"的理念为生物能源可持续发展提供了重要参考。