《Food Bioscience》：On-site enzyme regeneration and hydrolysate upcycling through edible fungal fermentation: A circular bioprocess for single-cell tea powder production
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•半封闭生物工艺将STP生产与真菌酶自给自足相结合。•酶解液被完全利用为发酵底物，实现零浪费。•碳/氮可获得性决定了稀释酶解液中的真菌酶分泌。•强化发酵液实现了30.4%的STP得率，与商业酶（32%）相当。•物料平衡：100%酶解液回收，18%生物质共生产，节水效果。引言茶
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半封闭生物工艺将STP生产与真菌酶自给自足相结合。
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酶解液被完全利用为发酵底物，实现零浪费。
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碳/氮可获得性决定了稀释酶解液中的真菌酶分泌。
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强化发酵液实现了30.4%的STP得率，与商业酶（32%）相当。
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物料平衡：100%酶解液回收，18%生物质共生产，节水效果。
引言
茶叶加工产生大量富含结构多糖、蛋白质和生物活性化合物的残留物（Cakmak等，2024；Melikoglu，2025；Xia等，2025）。单细胞茶粉（STP）技术通过利用协同酶解来分解不易降解的植物细胞壁，提供了一种有效的资源化途径，从而将茶叶组织解离成细胞级粉末，蛋白质含量约50%，茶叶残留物蛋白质回收率达88%，并具有出色的乳化性能和丰富的膳食纤维含量，这与有益肠道菌群调节有关（Li等，2022；Zheng等，2026），使其成为有前景的功能性食品原料（C. Zhang等，2024；Zhou等，2025）。然而，STP生产的经济可行性目前受到两个主要瓶颈的限制：(i)严重依赖昂贵的商业酶制剂，约占STP总生产成本的60%；(ii)酶解液利用不足，尽管含有可溶性碳水化合物、氨基酸、肽和酚类化合物（Miao等，2023），但通常在加工后被丢弃。因此，寻找降低酶成本同时实现酶解液资源化的方法是推进STP技术的迫切需求。这与生物质资源化的更广泛范式相一致，农业工业残留物越来越被视为生产高价值材料的可再生原料（Chen等，2025），且正在开发创新技术以最大限度地减少整个食品供应链中的营养损失和资源浪费（Guo等，2026）。
用于STP生产的商业酶通常来源于Aspergillus属（曲霉属）等丝状真菌（Ouedraogo和Tsang，2021），其成本高昂主要是由于广泛的下游处理——包括生物质分离、超滤浓缩以及与稳定剂配伍以确保一致的活性和货架稳定性（Ferreira等，2021；Z. Zhang等，2024）。相比之下，食用菌自然分泌多种多样的细胞壁降解酶，包括纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶，其粗发酵液可直接用于生物质水解，无需昂贵的纯化（Cardoso等，2018；Elhadi Sulieman和Ahmed Bakhit，2026；Kumar等，2022）。这种对比表明，食用菌可以作为STP生产更资源高效的酶来源。为了评估这种可能性，我们使用茶叶残留物进行了初步的固体底物筛选，发现四株食用菌菌株——薛氏拟层孔菌（Fomitopsis schrenkii）、裂褶菌（Schizophyllum commune）、虎皮香菇（Lentinus tigrinus）和灵芝（Ganoderma sinense）——都表现出旺盛的菌丝定殖并伴随明显的底物分解，表明具有强大的固有多糖水解能力（Y. Zhang等，2024）。这四株菌株的选择得到了其报道的分泌组特征的进一步支持：F. schrenkii（一种褐腐真菌）以产生针对纤维素和半纤维素的大量碳水化合物活性酶而闻名（Jiménez等，2025），而其他三种白腐物种（S. commune、L. tigrinus和G. sinense）被记录分泌更广泛的酶组合，包括木质素改性酶和多糖水解酶（Cardoso等，2018；Kumar等，2022）。这种分类多样性——褐腐与白腐——预期将产生不同的酶策略来分解茶叶细胞壁。安全考量也影响了这一选择，因为S. commute和L. tigrinus是公认的低毒食用菌，G. sinense是《中国药典》中官方认可的药用真菌，而F. schrenkii虽然不是传统的食用菌，但属于有记录药用特性的属（Dulay等，2014；Karunarathna等，2025；Kumar和Xu，2025）。这些观察促使系统研究它们在STP工艺相关条件下的酶产生潜力。
除了酶成本之外，使用食用菌还为酶解液资源化开辟了可能性，这是一种尽管含有可溶性碳水化合物、氨基酸、肽和酚类化合物（可作为真菌培养的碳氮源）但目前被丢弃的副产品（Miao等，2023）。大量研究证明食用菌可以将农业工业副产品转化为有价值的生物质和酶（Khatami等，2026；Kumla等，2020）。平菇属（Pleurotus）和灵芝属（Ganoderma）物种已成功在液体农业工业副流中培养以生产菌丝生物质和多糖（Pilafidis等，2024）。然而，由于营养密度低，STP酶解液对液体发酵构成具有挑战性的底物，通常含有少于3 mg/mL的总糖和低于1 mg/mL的蛋白质——远低于传统深层发酵系统常用的浓度（例如，20-40 g/L碳源和2-8 g/L氮源）（Chuangming等，2023；Du等，2020；Joshi等，2013）。食用菌是否能在如此稀薄条件下维持生长和酶分泌，以及这种限制是否仅通过营养强化就能克服，因此成为需要解决的前提问题。鉴于STP酶解液中的多酚浓度低于报道的真菌最低抑制浓度（0.5-6.25 mg/mL）（Koech等，2013；Owino等，2025；Sitheeque等，2009），且所选菌株已表现出对富含多酚底物的耐受性（Y. Zhang等，2024），多酚不太可能成为该系统中主要的生长限制因素。澄清碳氮可获得性如何决定发酵性能是回答这个问题的关键，而这对于确定酶再生和酶解液资源化是否能在整合工艺中同时实现至关重要。
基于这些考虑，本研究构建了一个将酶解液资源化、现场酶再生和STP水解整合在单个工艺循环中的半封闭生物工艺——这是本研究的关键创新——通过直接利用STP酶解液作为食用菌的发酵底物，并将产生的含酶发酵液回收到水解步骤。在该系统中，主要废物流（酶解液）被完全回收和资源化，实现物料流的闭环回收。允许外部能量输入（例如喷雾干燥浓缩）以克服稀释酶解液的初始营养限制。因此，该工艺被指定为"半封闭"——在物料流方面封闭，同时允许受控的外部输入。在该框架内，系统评估了四株食用菌菌株——F. schrenkii、S. commune、L. tigrinus和G. sinense——在原始酶解液中的生长和酶产生。分析碳氮消耗动态以识别底物转化过程中的营养瓶颈。然后应用底物强化策略，包括喷雾干燥浓缩和氮补充，以调节营养可获得性并增强酶产生。最后，进行物料平衡分析以量化整个整合系统中的物料流和资源利用。总之，本研究为评估单个生物工艺中酶再生和酶解液资源化的可行性提供了系统框架，为推进STP技术提供了资源高效的途径。
章节片段
材料
茶叶残留物取自福建省公泰茶业有限公司。从Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）购买了来自尖顶曲霉（Aspergillus aculeatus）的碳水化合物活性多酶复合体（具有阿拉伯糖苷酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶、半纤维素酶、果胶酶和木聚糖酶活性，120 FBGU/g）。食用菌菌株F. schrenkii、S. commune、L. tigrinus和G. sinense取自北京佰博威生物科技有限公司。酸水解酪蛋白，
不同真菌菌株胞外酶产生的比较
为了确定STP加工过程中产生的酶解液是否能直接作为发酵底物，原始酶解液——不进行营养补充或浓缩——被用作F. schrenkii、S. commune、L. tigrinus和G. sinense的唯一培养基。在7天的深层发酵期间监测了胞外纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶活性（图1）。
所有四株菌株都能在此...中生长和分泌酶
结论
本研究开发并验证了一个整合STP生产与食用菌发酵的半封闭生物工艺，实现酶解液资源化和现场酶再生的同时。尽管含有可溶性碳氮源，原始酶解液被证明是稀薄的、营养受限的底物，限制了持续的酶分泌并仅产生适度的STP得率（11.4%）。通过喷雾干燥系统调节碳氮可获得性
CRediT作者贡献声明
Yimin Lin：验证、方法学、调查。Yongxin Teng：写作——初稿撰写、可视化、验证、概念化。Qun Gao：写作——审阅与编辑、写作——初稿撰写、方法学、形式化分析、数据整理、概念化。Chen Zhang：写作——审阅与编辑、监督、资源、项目管理、资金获取、概念化。Mengyi Zhang：可视化、软件、数据整理
未引用参考文献
Zhang等，2024；Zhang等，2024。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文报告工作的竞争经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到GFI咨询公司（上海）有限公司（GFICRG202401）支持。
Qun Gao|Yongxin Teng|Yimin Lin|Mengyi Zhang|Chen Zhang
