城市与酒厂废弃物源PHA富集单细胞蛋白作为水产饲料添加剂的潜力研究

推荐：本研究针对有机废弃物资源化利用和水产饲料可持续性问题，通过发酵城市食物垃圾-市政污泥(FW-MSS)和酒糟(WL)获得短链脂肪酸(SCFA)富集液，利用混合微生物培养(MMC)系统生产含聚羟基脂肪酸酯(PHA)的单细胞蛋白(SCP)。研究发现FW-MSS发酵液CODSCFA/CODSOL达0.77±0.01，所得MMC含15.1 wt% PHA和55.1 wt%蛋白质，其必需氨基酸指数(EAAI)显示适合作为虹鳟鱼饲料添加剂，为循环经济下水产饲料开发提供新思路。

　　

随着全球水产养殖规模超越捕捞渔业成为主要蛋白质来源，传统饲料原料如鱼粉的短缺和价格波动日益凸显。同时，城市有机废弃物和农业副产品如食物垃圾(FW)、市政污泥(MSS)和酒糟(WL)的处理压力持续增加，这些富含碳源的废弃物亟需高效资源化途径。在此背景下，将废弃物转化为高附加值产品——兼具蛋白质和功能性成分的微生物 biomass，成为解决双重挑战的创新思路。

来自中国的研究团队在《New Biotechnology》发表的研究，探索了利用FW-MSS和WL发酵生产富含聚羟基脂肪酸酯(PHA)的混合微生物培养物(MMC)作为水产饲料添加剂的可行性。研究采用两阶段生物工艺：首先通过半连续搅拌槽反应器(CSTR)进行中温酸性发酵获得SCFA富集液；随后在序批式反应器(SBR)中通过"盛宴-饥荒"策略富集PHA储存菌株。关键技术创新点包括采用高有机负荷率(OLR 7.0-7.5 g COD_SOL/(L·d))的快速筛选工艺，以及首次系统评估了WL发酵液对PHA积累的影响机制。

酸发酵性能差异显著
FW-MSS混合发酵展现出优异的稳定性，COD_SCFA/COD_SOL达0.77±0.01，SCFA产率0.44 g COD_SCFA/g VS₀，以丁酸(43% COD/COD)和乙酸(31%)为主。相比之下，WL发酵液SCFA浓度波动大(平均14.7±0.9 g COD/L)，且含20% COD/COD的乙醇，推测其多酚类物质抑制了发酵效率。这种差异直接影响了后续MMC的质量。

SBR选择压力塑造菌群结构
FW-MSS系统PHA储存效率显著更高，特定储存速率(r_PHA)达200 mg/(g X_A·h)，最终生物量含15.1 wt% PHA。微生物群落以PHA储存菌Hydrogenophaga(28.5%)和Brevundimonas(9.7%)为主。WL系统则因底物限制仅积累7.2 wt% PHA，优势菌变为Thauera(18.6%)和Paracoccus(11.2%)。值得注意的是，两组均未检出已知鱼类病原菌，但约15%未分类菌群提示需进一步生物安全性评估。

营养特性呈现梯度差异
FW-MSS源SCP蛋白质含量达55.1 wt%，必需氨基酸(EAA)占比32%，特别是赖氨酸(3.2%)含量显著。其针对虹鳟鱼的必需氨基酸指数(EAAI)达0.90，化学评分(CS)显示仅色氨酸(Trp)和组氨酸(His)低于参考标准。而WL源SCP蛋白质(45.8 wt%)和EAA比例(22%)较低，甲硫氨酸+半胱氨酸(Met+Cys)成为第一限制性氨基酸，EAAI仅0.77。统计过程控制(SPC)分析证实FW-MSS产品一致性更优，非符合率仅0.14%，远低于WL组的53.65%。

这项研究开创性地建立了废弃物-发酵液-PHA/SCP-水产饲料的技术链条，特别是揭示了COD_SCFA/COD_SOL比值与PHA含量的线性关系(PHA=0.278565×(COD_SCFA/COD_SOL)-0.054145)，为工艺优化提供了量化指标。FW-MSS源SCP展现出作为虹鳟鱼饲料主蛋白源的潜力，其3 wt%的PHA含量恰好处于已知免疫增强剂量范围(0.2-5 wt%)。而WL源SCP虽性能稍逊，但作为补充蛋白源仍具应用价值。该成果不仅为有机废弃物高值化利用开辟新途径，更为水产养殖业提供了兼具营养和功能特性的新型饲料解决方案，对推动循环经济和蓝色食品系统发展具有重要意义。