利用入侵性大型藻类Rugulopteryx okamurae生物转化生产聚(3-羟基丁酸酯)的绿色工艺开发

本研究针对地中海入侵藻类Rugulopteryx okamurae的环境治理与资源化需求，创新性地采用固态发酵(SSF)联合酶解技术制备富糖水解液，并利用Paraburkholderia sacchari DSM 17165成功实现聚(3-羟基丁酸酯)(PHB)的高效合成。通过Aspergillus oryzae生物预处理获得24 IU/gbiomass藻酸裂解酶活性，最终在生物反应器中获得43.3 g/L细胞干重和12.3 g/L PHB产量，为海洋入侵物种高值化利用提供了可持续解决方案。

　　

随着海洋生态环境的持续恶化，入侵性褐藻Rugulopteryx okamurae在地中海沿岸的暴发性增殖已成为严峻的生态挑战。这种原产于东亚的大型藻类不仅挤占本地物种生存空间，其夏季海滩堆积更造成高达数百万欧元的经济损失。传统焚烧填埋处理方式既浪费资源又加剧碳排放，而藻体富含的40%蛋白质和60%多糖（其中32%为藻酸盐）却为生物制造提供了理想原料。如何将这种生态威胁转化为可再生资源，成为环境生物技术领域亟待突破的科学命题。

针对这一挑战，国内某研究团队在《Environmental Technology》发表创新性研究成果，开发出基于生物预处理-酶解糖化-微生物发酵的三联工艺，首次实现R. okamurae向生物可降解塑料聚(3-羟基丁酸酯)(PHB)的高效转化。研究通过比较Aspergillus awamori和Aspergillus oryzae两种真菌的固态发酵(SSF)性能，发现A. oryzae能产生24 IU/g_biomass的藻酸裂解酶和20 IU/g_biomass蛋白酶，显著优于前者。结合分批补料酶解策略，最终获得120 mg_TRS/g_biomass的还原糖得率，较传统酸处理工艺提升89.2%。利用Paraburkholderia sacchari DSM 17165进行分批发酵，更创下43.3 g/L细胞干重和28.4% PHB含量的记录，为同类研究最高水平。

研究团队采用多项关键技术：1）藻体采集后经粒径分级（0.063-1.5 mm）优化比表面积；2）双菌株SSF比较生产水解酶；3）温度梯度酶解（37℃转50℃）兼顾藻酸裂解酶与纤维素酶活性；4）3L规模沉降分离替代离心；5）磷限制策略诱导PHB积累。通过HPLC和GC分析糖类组分及PHB含量，结合ANOVA统计验证数据可靠性。

3.1 藻体特性分析
秋季采集的R. okamurae含22.3%非纤维素多糖（主要为藻酸盐）和1.56%纤维素，与春季样本相比，其水溶性糖含量达49%，理论总糖含量61.3%，证实其作为发酵底物的优越性。

3.2 生物预处理效能
A. oryzae在72小时SSF中展现24.36±0.05 IU/g_biomass藻酸裂解酶活性，是A. awamori的2.6倍。蛋白酶产量达20.28±0.82 IU/g_biomass，双菌联用使TRS释放量翻倍。

3.3 酶解工艺优化
采用15%固形物浓度与分批补料策略，A. oryzae预处理组获得18.0±0.2 g/L TRS，葡萄糖占比66.3%。沉降实验显示2.98 cm/min的界面沉降速率，可替代能耗较高的离心分离。

3.5 PHB发酵性能
摇瓶发酵7.9 g/L DCW中PHB含量12.65%。放大至生物反应器后，51.5 g/L TRS底物实现43.3 g/L DCW和12.3 g/L PHB产出，转化效率远超文献报道的酸处理工艺。

该研究开创性地将生态治理与生物制造相结合，其环境效益体现在三方面：1）避免传统酸处理产生的污染；2）沉降工艺降低30%能耗；3）每吨藻体可产123 kg PHB。更值得注意的是，P. sacchari对水解液中甘露醇等特殊碳源的利用能力，为拓展海洋生物质应用提供了新思路。未来通过优化发酵策略（如补料分批）和菌株改造，有望进一步提升PHB产率，推动"蓝色经济"循环模式的发展。