利用乳清渗透液和乳糖可持续生产聚羟基脂肪酸酯（PHAs）的微生物工艺优化研究

本研究针对乳制品工业副产物乳清渗透液的高值化利用难题，通过优化Hydrogenophaga pseudoflava DSM1034菌株的接种策略和发酵条件，实现了非水解乳糖直接转化为聚羟基脂肪酸酯（PHAs），PHAs产量达52.48%细胞干重，糖转化率0.144 g/g，为乳制品废弃物资源化和低成本生物塑料生产提供了创新解决方案。

　　

随着化石基塑料造成的环境问题日益严峻，寻找可降解替代材料成为全球焦点。聚羟基脂肪酸酯（PHAs）作为微生物合成的天然聚酯，具有与聚丙烯相似的机械性能，且能在自然环境中完全降解。然而，高昂的生产成本制约其商业化应用，其中碳源成本占比高达40%。与此同时，乳制品工业每年产生约1.9亿吨乳清副产物，其高生化需氧量（BOD）特性导致处理成本居高不下。如何将这两大挑战转化为机遇，实现"以废治废"的循环经济模式，成为研究者关注的重点。

意大利的研究团队在《New Biotechnology》发表的研究中，创新性地利用乳清渗透液（含151.96 g/L乳糖）作为底物，通过系统优化Hydrogenophaga pseudoflava DSM1034菌株的发酵工艺，成功实现了非水解乳糖直接转化为PHAs的高效过程。研究采用微生物适应性进化、生长动力学分析、气相色谱定量等技术，通过比较液态/固态培养基预适应、不同接种密度和培养时间对PHAs产量的影响，建立了最优培养方案。

在菌株糖代谢特性研究中发现，该菌株对乳糖的利用效率（PHAs占CDW 52.64%）显著高于单独使用其水解产物葡萄糖和半乳糖的混合体系（42.56%）。通过固态培养基预适应策略，成功将延迟期从40小时缩短至4小时。在乳清渗透液培养中取得突破性成果：细胞干重（CDW）达5.49±0.08 g/L，PHAs含量52.48±3.14% CDW，糖转化率0.144 g/g，且发酵液中未检测残留半乳糖，证实菌株具备完整乳糖代谢能力。

研究结论部分强调，相较于传统水解工艺，直接利用乳糖可避免酶解成本并提高转化效率。该成果为乳制品废弃物高值化利用开辟了新途径，同时将PHAs生产成本降低至更具市场竞争力的水平。特别值得注意的是，在渗透液培养中获得的PHAs产量（2.88 g/L）显著高于合成培养基（1.97 g/L），暗示乳清中的微量营养素可能具有促生长作用，这为后续工艺优化提供了重要线索。

这项研究的创新性体现在三个方面：首次实现H. pseudoflava DSM1034在非水解渗透液中的高效培养；建立了固态预适应这一可规模化应用的菌种制备方法；证实乳糖直接利用比其水解产物更具转化优势。这些发现不仅为乳品加工企业提供了废弃物增值方案，更推动了生物基材料取代传统塑料的产业化进程，完美契合联合国可持续发展目标（SDG）中"清洁饮水与卫生"、"产业创新"和"负责任消费"三大方向。未来研究可进一步探索渗透液成分与PHAs合成的构效关系，以及在工业规模反应器中的工艺放大可行性。