创新预处理技术提升入侵性褐藻Rugulopteryx okamurae生物炼制效率的研究

本研究针对入侵褐藻Rugulopteryx okamurae的环境治理与资源化难题，创新性地采用等离子体活化水(PAW)、生物预处理(Aspergillus oryzae)及嗜酸菌(Acidithiobacillus thiooxidans)酸化培养液等绿色预处理技术，显著提高酶解糖化效率（葡萄糖产量最高达19.21 g·L?1），为海洋入侵物种的循环经济利用提供了可持续解决方案。

　　

在地中海沿岸，一种名为Rugulopteryx okamurae的入侵性褐藻正引发严重的生态和经济危机。这种原产于太平洋的藻类在直布罗陀海峡迅速蔓延，不仅排挤本地物种，还严重影响渔业和旅游业。传统处理方法如海滩清理耗资巨大，而该藻类富含碳水化合物（27.3%干重）且木质素含量低（4.49%干重），使其成为生物炼制的理想原料。然而，现有酸热预处理方法存在设备腐蚀、抑制剂生成等问题，亟需开发更高效环保的预处理技术。

来自国内研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的研究，首次将等离子体活化水(PAW)、真菌固态发酵(SSF)和嗜酸菌酸化培养液等创新技术应用于R. okamurae预处理。研究通过比较不同季节采集的藻体成分差异，系统评估了各预处理对酶解效率的影响。关键技术包括：1）嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)培养液酸化预处理；2）米曲霉(Aspergillus oryzae)产酶生物预处理；3）PAW非热等离子体处理；4）双阶段酶解动力学模型分析。

研究结果

3.1 纤维成分比较
十月采集的藻体可溶性膳食纤维(SDF)含量比四月样本高42%（19.46% vs 13.70%干重），但木质素含量增加25.8%。酸预处理使四月藻体的总膳食纤维(TDF_C)提升47%，而十月藻体因富含酸敏感多糖（如昆布多糖），TDF_C反而降低5.95%。

3.3 酸化培养液预处理
使用初始pH 2.5的培养基培养A. thiooxidans，144小时内pH降至0.7，细胞浓度达1.2×10⁸ cells/mL。酸化培养液预处理使酶解反应速率(k₁)提升285%（0.767 h^?1），显著优于合成酸处理。

3.4 等离子体活化水预处理
PAW处理使藻体多糖含量达74.20 g/L（模型预测值），葡萄糖产量达19.21 g/L，但因其富含非葡聚糖多糖，实际转化率(23.5%)低于生物预处理。

3.5 预处理对酶解的影响
米曲霉预处理因产藻酸盐裂解酶(alginate lyase)和木聚糖酶(xylanase)，使葡聚糖可及性提高，转化率达32.7%，较对照组提升46.5%。PAW处理虽产量最高，但因S₀值过高导致相对效率降低。

结论与意义
该研究首次证实：1）季节变化显著影响藻体成分，四月采集更利于糖化；2）米曲霉预处理通过特异性降解藻酸盐和褐藻糖胶(fucoidan)，成为提高转化率的最佳方案；3）酸化培养液可完全替代合成酸，处理5000吨藻体预计节省成本近千万欧元；4）PAW技术为多糖富集提供了新思路。这些发现不仅为入侵藻类治理提供了循环经济模式，其预处理策略对其它海洋生物质资源化也具有重要参考价值。研究特别指出，未来可探索PAW与生物酶的联合处理，以进一步提升非葡聚糖多糖的利用率。