奶酪乳清酸发酵耦合紫色光养细菌生产单细胞蛋白：废弃物资源化与高值饲料开发新策略

本研究针对传统蛋白质生产的环境压力问题，创新性地采用两阶段酸发酵（AF）耦合紫色光养细菌（PPB）技术，将脱蛋白乳清（DCW）转化为高值单细胞蛋白（SCP）。通过1-L和9-L厌氧序批式反应器（AnSBR）优化挥发性脂肪酸（VFA）产率，PPB混合培养实现64%蛋白质含量及显著高于豆粕的消化率，为农业废弃物资源化与可持续饲料开发提供新路径。

　　

随着全球人口增长，传统蛋白质生产面临土地资源紧张、温室气体排放等严峻挑战。畜牧业依赖的豆粕和鱼粉存在价格波动与生态破坏问题，而每年超过2亿吨的奶酪乳清（CW）副产物因高化学需氧量（COD）处理成本高昂。紫色光养细菌（PPB）因其80%的蛋白质含量和碳固定能力，成为单细胞蛋白（SCP）生产的理想候选，但如何利用复杂有机废弃物规模化培养PPB仍是技术瓶颈。

意大利研究团队在《Bioresource Technology》发表的研究中，设计了两阶段工艺：首先通过1-L和9-L厌氧序批式反应器（AnSBR）将脱蛋白乳清（DCW）酸发酵为VFA混合物，随后利用PPB混合菌群（含84% Rhodobacter和5% Rhodopseudomonas）进行批次培养。研究采用16S扩增子测序分析菌群结构，通过HPLC测定氨基酸组成，并创新性建立虹鳟鱼体外消化模型评估蛋白质利用率。

酸发酵优化
9-L AnSBR在SRT=5.7 d时实现74%的VFA转化率，其中乙酸和丙酸占比超80%。相较1-L反应器，低有机负荷（OLR=1.66 gCOD?L^-1?d^-1）促进丙酸积累至28%，而丁酸降至28%。

PPB培养性能
以9-L反应器VFA为底物时，PPB生物量达630 mg?L^-1，蛋白质生产率379.4 mg?L^-1?d^-1。代谢分析显示PPB优先同化乙酸和丙酸，丁酸存在底物抑制延迟现象。

菌群与蛋白特性
PPB占比91%的混合菌群中，Rhodobacter在不同底物下保持优势（72-84%）。凯氏定氮法测得粗蛋白（CP）含量64.9%（干基），显著高于豆粕（51.4%）。氨基酸谱显示组氨酸、异亮氨酸等必需氨基酸在DCW组显著提升（p<0.05）。

消化率突破
体外消化实验表明，DCW组PPB总消化率超80%，蛋白质消化率显著高于乙酸组（p<0.05）。这种差异可能与Rhodobacter/Rhodopseudomonas比例变化引起的细胞壁结构改变有关。

该研究首次证实乳清发酵液作为PPB底物的可行性，其蛋白质含量介于豆粕与鱼粉之间，且消化性能优异。工艺创新点在于：1）通过AnSBR参数调控VFA组成；2）实现混合菌群稳定培养；3）建立动物营养评价新方法。未来需验证连续流生产的稳定性，并探索PPB蛋白在饲料中的最佳添加比例。这一技术路线为乳清处理与蛋白生产双重挑战提供了闭环解决方案，符合循环经济理念。