利用产油酵母及培养策略将农业工业碳废料高效转化为优质生物柴油原料的研究

为解决生物柴油原料成本高和农业废弃物资源化问题，研究人员筛选了四株产油酵母（Candida tropicalis X37、Rhodotorula mucilaginosa G43等），以糖蜜、粗甘油等工业废料为底物，通过分批补料培养和生物反应器优化，使C. tropicalis X37的脂质产量达6.55 g/L（含量41.6%）。其脂肪酸组成（C16-C18占比>60%）与植物油脂相似，燃料特性符合国际标准（CN>54，IV<83），为绿色能源供应和废弃物可持续管理提供了可行方案。

　　

化石燃料的过度使用正面临两大挑战：温室气体排放和全球供应短缺。生物柴油作为可再生燃料的替代品备受关注，但其生产仍受限于原料供应。传统植物油脂和废弃食用油作为原料存在竞争性不足，而产油微生物（Oleaginous microorganisms）因其能积累超过20%干重的脂质，且脂肪酸谱与植物油相似，成为极具潜力的替代选择。其中，产油酵母（Oleaginous yeasts）因其生长快速、无内毒素、适合大规模培养等优势脱颖而出。然而，高昂的培养成本阻碍了其商业化进程。如何利用低成本农业工业废料（如糖蜜、粗甘油）作为营养源，成为突破这一瓶颈的关键。

针对这一问题，泰国宋卡王子大学的研究团队开展了一项系统性研究，旨在通过筛选高效菌株、优化培养策略和评估燃料特性，建立从农业废料到生物柴油原料的全流程解决方案。相关成果发表在《Carbon Resources Conversion》上。研究首先从四株产油酵母（Candida tropicalis X37、Rhodotorula mucilaginosa G43、Trichosporonoides spathulata JU4-57和Kluyveromyces marxianus X32）中筛选出对糖蜜适应性最强的菌株；随后通过碳氮比(C/N)调控、分批补料培养(Fed-batch)和生物反应器放大等策略提升脂质产量；最后通过气相色谱(GC)分析脂肪酸组成，并计算碘值(IV)、十六烷值(CN)等关键燃料参数。

3.1 碳源筛选
研究发现，在糖蜜、粗甘油和乳清乳糖三种废料中，糖蜜最适合作物酵母生长。C. tropicalis X37在糖蜜中表现最优，生物量和脂质产量分别达4.40 g/L和1.86 g/L（脂质含量40%），脂质产率高达70.22 mg/g碳源。相比之下，粗甘油仅适合T. spathulata JU4-57生长（脂质产量1.55 g/L），而乳清乳糖因氮含量过低（0.02%）抑制了所有菌株生长。

3.2 氮源影响
添加廉价氮源硫酸铵((NH₄)₂SO₄)可提升菌体生长，但会降低脂质积累。C. tropicalis X37在未添加氮源（C/N=26）时脂质含量保持40%，而R. mucilaginosa G43在C/N=18时达到最佳平衡（生物量7.7 g/L，脂质产量1.9 g/L）。

3.3 碳源浓度优化
提高糖蜜浓度至10%可使C. tropicalis X37脂质产量提升至2.02 g/L，而R. mucilaginosa G43在4%浓度下即达峰值（2.23 g/L），高浓度可能因毒性物质抑制其代谢。

3.4 分批补料培养
间歇补料策略显著提升产量：C. tropicalis X37在120小时培养后，生物量和脂质分别达14.98 g/L和6.13 g/L（脂质含量56%），而R. mucilaginosa G43在补加氮源时脂质产量提高至3.45 g/L。

3.5 生物反应器放大
在3L搅拌釜反应器中，1.0 vvm（体积比通气量）的优化条件下，C. tropicalis X37的脂质产量达6.55 g/L（产率106 mg/g）。脂肪酸分析显示其主要为棕榈酸(C16:0，17-22%)、油酸(C18:1，38-52%)和亚油酸(C18:2，9-18%)，C16-C18占比超过97%。

燃料特性评估
计算得出的十六烷值(CN=54-56)、碘值(IV=76-83)和氧化稳定性(OS=8-13小时)均符合EN14214标准，冷滤点(CFPP=8-13°C)显示其低温适用性。特别是高油酸含量（>50%）在2 vvm条件下的出现，表明通气速率可调控脂肪酸去饱和酶活性。

这项研究通过整合菌种选育、工艺优化和产物评估，证实了农业废料生物转化生产生物柴油的可行性。C. tropicalis X37在糖蜜中的高效脂质合成能力（无需外加氮源），结合其燃料特性与植物油的相似性，为降低生物柴油生产成本提供了新思路。未来研究可进一步探索代谢工程改造（如过表达脂肪酸合成酶基因ACC1）或混合废料共利用策略，以提升经济性和可持续性。该成果对推动绿色能源转型和实现"碳中和"目标具有重要实践意义。