新型副蕈状芽孢杆菌AAR-6优化生产聚(3-羟基丁酸酯)的生理机制与工艺研究

本研究针对生物可降解材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)生产成本高的行业痛点，通过优化新型副蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides)AAR-6的生理参数(pH 9.0时产量达0.142 g·L-1)和氮源组合(NH4NO3与酵母提取物1:1混合使产量提升至0.620 g·L-1)，创新性开发三阶段补料发酵工艺，最终使PHA产量提升至1.12 g·L-1，占生物量干重的50%。该研究为低成本生产热稳定性良好(耐热130.9°C)的聚(3-羟基丁酸酯)(PHB)提供了新策略。

　　

随着"白色污染"问题日益严峻，寻找石油基塑料的替代品成为全球共识。聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates, PHA)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，在医疗植入物、包装材料等领域展现巨大潜力。然而，当前PHA生产成本居高不下，主要受限于菌株产量低、底物转化率差以及复杂的提取工艺。传统生产菌株如重组大肠杆菌存在基因操作风险，而常见芽孢杆菌属菌种又面临底物利用局限等问题。如何发掘具有天然优势的野生型菌株，并通过工艺优化实现工业化生产，成为突破行业瓶颈的关键。

来自尼日利亚的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的研究，从拉各斯垃圾填埋场分离获得一株能直接利用蔗糖的新型副蕈状芽孢杆菌(Bacillus paramycoides)AAR-6。研究人员采用Taguchi实验设计方法，系统考察了pH、氮源类型等生理参数对菌株生长和PHA合成的影响，开发出三阶段补料发酵工艺。通过16S rRNA测序鉴定菌种，结合气相色谱-质谱(GC-MS)和差示扫描量热法(DSC)对产物进行表征。

Enrichment for hydrocarbon-degrading bacteria
从含原油的土壤样品中分离出36株烃类降解菌，通过尼罗蓝染色筛选获得PHA高产菌株AAR-6，其16S rRNA序列与Bacillus paramycoides相似度达99%。

PHA-producing hydrocarbonoclastic bacteria
研究发现碱性条件(pH 9.0)显著促进PHA积累，产量达0.142 g·L^-1，是中性条件的2倍。创新性采用NH₄NO₃与酵母提取物1:1复合氮源，使培养pH稳定在6.5-6.96，PHA产量提升至0.620 g·L^-1。

Conclusion
三阶段补料发酵工艺使生物量和PHA产量分别达到2.2 g·L^-1和1.12 g·L^-1。产物经鉴定为低结晶度(11%)的聚(3-羟基丁酸酯)(PHB)，热分解温度261.3°C，熔点为130.9°C，满足工业加工要求。

该研究的突破性在于：首次报道Bacillus paramycoides直接利用蔗糖生产PHB的能力，避免了传统底物预处理成本；通过复合氮源策略解决了发酵过程pH波动问题；建立的优化工艺使产量达到工业化生产门槛。特别值得注意的是，该菌株的基因组含有完整的PHA合成基因簇(phaA/B/C/R)，为后续代谢工程改造提供了理想平台。研究成果为开发具有自主知识产权的PHA生产工艺提供了重要参考，对推动生物基材料替代石油塑料具有现实意义。