酶解优化预处理甘蔗渣促进巨大芽孢杆菌PNCM 1890生产聚羟基丁酸酯（PHB）

为解决传统塑料污染问题，研究人员通过响应面法优化甘蔗渣酶解工艺，显著提升还原糖产量（0.46 g/g干生物质），并利用巨大芽孢杆菌PNCM 1890发酵获得6.11 g/L PHB，为农业废弃物资源化及生物塑料低成本生产提供新策略。

　　

全球塑料污染危机日益严峻，传统石油基塑料难以降解，导致生态环境持续恶化。聚羟基脂肪酸酯（PHA）作为可生物降解的微生物聚酯，尤其是聚羟基丁酸酯（PHB），因其性能接近聚丙烯而备受关注。然而，高昂的生产成本阻碍其商业化，主要源于依赖纯糖类碳源。如何利用廉价可再生资源（如农业废弃物）生产PHB成为研究热点。甘蔗渣作为糖业副产物，富含纤维素（43.6%）和半纤维素（33.8%），是理想的低成本原料。但木质纤维素结构复杂，需通过预处理-酶解-发酵三步转化，其中酶解效率直接影响糖产量和后续PHB合成。

为突破这一瓶颈，研究人员聚焦于优化甘蔗渣酶解工艺。通过数值因子实验和响应面法（RSM），系统评估固体负载量、酶用量和水解时间对还原糖产量（RSY）的影响。研究发现，酶用量（102.98 FPU/g）和水解时间（70.44 h）对RSY呈正向效应，而固体负载量（4.94%）过高会抑制糖释放。优化后RSY达0.46 g/g干生物质，较前人研究显著提升。进一步利用巨大芽孢杆菌PNCM 1890发酵优化水解液，20小时内PHB浓度达6.11 g/L，且菌株优先利用葡萄糖而非木糖。

关键实验技术

1. 甘蔗渣预处理：采用蒸汽爆破-稀H₂
   SO₄
   序贯法（Barrameda等，2023）；
2. 酶解优化：基于中心复合设计的响应面法（RSM）分析三因素交互作用；
3. 发酵监测：通过高效液相色谱（HPLC）定量PHB产量及糖消耗动态。

研究结果

1. 预处理原料特性：甘蔗渣经切割（0.5 mm）和60-70°C烘干后，纤维素暴露度提高；
2. 酶解参数影响：ANOVA显示酶用量（p<0.01）和水解时间（p<0.05）为显著性变量；
3. 发酵性能：PHB产量达6.11 g/L，占细胞干重49.31%，与Burkholderia sp. F24（Lopes等，2014）相当。

结论与意义
该研究首次将本地甘蔗渣与巨大芽孢杆菌PNCM 1890整合为PHB生产体系，通过精准优化酶解步骤，实现还原糖产量和PHB浓度的双重突破。相比模拟水解液（Da?ez等，2020），实际水解液的直接应用更具工业可行性。研究成果为菲律宾等甘蔗产区提供了农业废弃物高值化方案，推动生物塑料从实验室走向规模化生产。未来需进一步优化菌株代谢通路（如增强木糖利用效率）以提升经济性。论文发表于《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》，为可持续材料领域贡献重要数据。