普洛赛克葡萄酒酒糟资源化利用：Cupriavidus necator DSM 545与Hydrogenophaga pseudoflava DSM 1034可持续生产聚羟基脂肪酸酯的创新研究

为解决葡萄酒产业废弃物酒糟的环境污染问题及传统塑料的不可降解性，研究人员首次利用普洛赛克酒糟作为培养基，通过Cupriavidus necator DSM 545和Hydrogenophaga pseudoflava DSM 1034菌株成功合成聚羟基脂肪酸酯(PHAs)。结果显示，两菌株在酒糟中分别积累PHAs达42.9%和40.42%细胞干重(CDW)，性能优于葡萄糖对照组，为生物塑料生产和农业废弃物资源化提供了可持续解决方案。

　　

葡萄酒产业每年产生大量酒糟，这种富含有机质、酚类化合物且pH偏低的废弃物，传统处理方式既不符合经济原则又加剧环境负担。尽管已有研究探索酒糟用于沼气生产或抗氧化剂提取，但其在生物塑料领域的潜力长期被忽视。与此同时，全球每年消耗4.6亿吨石油基塑料，这些难以降解的材料已在地球生态系统中形成"新型地质层"，迫使科学界寻找替代方案。聚羟基脂肪酸酯(PHAs)作为微生物合成的天然聚酯，具有完全生物降解性和生物相容性，但其生产成本高昂——50%来自碳源费用，制约了大规模应用。

在这一背景下，意大利Castagner Acquavite SpA提供的普洛赛克二次发酵酒糟成为研究焦点。研究人员通过离心分离酒糟固液成分，蒸馏降低乙醇浓度至16.17 g/L，并采用121°C高压灭菌预处理。实验选用两株工业菌株：Cupriavidus necator DSM 545（已知能利用多种有机酸）和Hydrogenophaga pseudoflava DSM 1034（可合成3HB/4HB共聚物），在30°C、150 rpm条件下培养72小时。通过HPLC分析代谢物，GC测定PHAs单体组成，发现：

1. 化学表征显示酒糟含22.24%灰分、18.49%粗蛋白及6363.7 mg/kg磷，铝含量异常高（5348.54 mg/kg），可能与葡萄酒澄清工艺有关。蒸馏后液体相保留2.31%总碳和82.72%总凯氏氮(TKN)，主要碳源为甘油(6 g/L)和有机酸（酒石酸2.88 g/L）。

2. 菌株性能方面，C. necator DSM 545在纯酒糟中达到2.97 g/L CDW，PHAs积累1.27 g/L（42.9% CDW），并意外产生0.13% 3HV；H. pseudoflava DSM 1034则实现3.96 g/L CDW和1.60 g/L PHAs（40.42% CDW），但仅合成3HB。两菌株对酒石酸、柠檬酸的利用率均超85%，且稀释后对丁酸的耐受性显著提升。

3. 与葡萄糖对照组相比，酒糟培养基的PHAs产率更高，研究者推测残留乙醇（9.35 g/L）可能作为应激因子促进积累。这一发现与Obru?a等报道的乙醇诱导效应相符。

该研究首次实现未添加辅助碳源的纯酒糟直接转化PHAs，相比Dimou等需添加25 g/L甘油的研究更具工业可行性。通过ICP-OES和Van Soest纤维分析法揭示的酒糟元素组成，为后续工艺优化提供数据支撑。研究证实农业废弃物替代传统碳源的可行性，将葡萄酒产业每年1.6 kg/hL的酒糟转化为高值产品，既符合欧盟减少蒸馏补贴的政策导向，又为PHAs生产成本降低50%提供可能。未来需解决酒糟季节性成分波动问题，并探索共培养体系以丰富聚合物多样性。论文发表于《New Biotechnology》，为循环经济模式下的生物材料开发树立了新范式。