在化妆品行业废水中利用产油酵母降解微塑料：一种废物处理与生物柴油生产的方法

《Bioresource Technology Reports》：Utilization of an oleaginous yeast for degradation of microplastics in cosmetic industry wastewater: An approach to waste management and biodiesel production

　　

Fatemeh Alidoosti|Minoo Giyahchi|Mojtaba Maleki Rad|Hamid Moghimi

伊朗德黑兰大学理学院生物系微生物学实验室

摘要

生物燃料生产的升级回收方法是一种重要的新兴策略，可通过同时处理废弃物并生产高价值产品来实现这一目标。微塑料作为最普遍的环境污染物之一，且极难通过自然方式降解，因此被视作可用于生物系统转化为其生物燃料的候选原料。在本研究中，分离出一种新的酵母菌株——Candida tropicalis EBL70。通过扫描电镜和傅里叶变换红外光谱分析发现，该菌株在合成废水中对LDPE微塑料的生物降解效率可达12.8%，它能通过物理侵蚀和化学氧化的方式分解这些微粒。与此同时，在40天内，该菌株除了去除微塑料外，还能产生670毫克/升的脂质。气相色谱分析显示，这些脂质中的脂肪酸主要以长链饱和脂肪酸为主，包括棕榈酸（39%）、油酸（20%）、亚油酸（16%）和硬脂酸（13%）。所生成的生物脂质的十六烷值、氧化稳定性、碘值以及含有四个以上双键的游离脂肪酸含量均符合欧盟和美国对生物柴油原料的标准。这些研究结果表明，C. tropicalis EBL70在生物柴油生产及LDPE微塑料降解方面具有巨大潜力，为塑料的生物升级回收提供重要解决方案。

引言

微塑料是最新兴且增长最快的环境污染物之一。它们会破坏水生生态系统，影响各类生物的生长与行为，进而改变食物网结构。在土壤中，微塑料也会改变土壤性质，影响植物健康。无论是在土壤还是水生环境中，它们都能通过吸附和转运农药、重金属和药物等有害物质，提高这些物质的生物可利用性（Hoang等人，2024；Wang等人，2024）。

微塑料的一个重要来源是化妆品行业产生的废水。这些微塑料主要来自工业生产过程中塑料颗粒的分解，以及添加在各种化妆品和个人护理产品中的塑料微珠（Liu等人，2023）。含有微塑料微珠的牙膏、洁面产品、防晒霜、沐浴露和染发剂等，都会将微塑料释放到废水中，进而流入土壤和水生系统（An等人，2020；Gamage和Mahagamage，2024；Pugazhendi等人，2025）。研究表明，从化学特性来看，污水处理厂中检测到的主要聚合物为聚乙烯（22.59%）、聚丙烯（21.33%）和聚苯乙烯（13.38%）。

控制和清除废水及自然环境中的微塑料的一种有效方法，是利用全细胞微生物或其酶进行生物降解。能够降解塑料的微生物会分泌特定酶，将复杂的塑料聚合物分解为更简单的单体，这些单体随后可被纳入微生物的代谢途径，形成代谢产物或被完全矿化。有时，这些生成的代谢产物具有工业价值，这一过程被称为生物升级回收（Satti等人，2024）。

现有文献中已有不少关于塑料生物升级回收的案例，其中大多数以聚对苯二甲酸乙二醇酯为反应底物。例如，经过改造的大肠杆菌可将PET单体转化为没食子酸、焦性没食子酸、儿茶酚、粘液酸和香草酸等多种化学品。此外，某些假单胞菌属微生物还能从聚氨酯单体混合物中生成鼠李糖脂（Lee等人，2023）。最近的研究甚至表明，微生物群落能够在膜电极电池系统中将PET转化为生物电能（Pourhosseini等人，2026）。因此，将塑料转化为能源（如生物电能、生物脂质等）是循环经济领域一种新颖有趣的方法。不过，目前针对聚乙烯（废水中最常见的聚合物）的生物升级回收研究还比较有限。

油脂型酵母是一类能积累大量脂质的微生物，其干重中有超过20%为三酰甘油，且其三酰甘油与甾醇酯的比例（约10:1）远高于非油脂型微生物（约1:1）。这类酵母适应性极强，能够利用多种底物，同时对pH值波动、渗透压变化以及常见的木质纤维素衍生的抑制剂也有很强的抵抗力（Adamczyk等人，2025）。因此，油脂型酵母被视为脂质合成生物升级回收的理想候选菌株，在特定条件下，其细胞干重中的脂质含量可超过70%（Lu等人，2024）。 Candida、Yarrowia、Lipomyces、Cryptococcus、Rhodotorula和Rhodosporidium这几种属的微生物构成了大多数油脂型酵母（Dar等人，2024），它们可以通过从头合成或重新利用途径来生产脂质。当烷烃、游离脂肪酸和三酰甘油等疏水性底物进入细胞后，会被多个多基因家族处理，转化为中性脂质（从头合成途径）。Yarrowia lipolytica常被用作研究疏水性底物降解机制的模型油脂型微生物（Sartaj等人，2023a）。

根据其脂肪酸组成，油脂型微生物可被用来生产作为生物柴油原料或其他产品的脂质（Patel等人，2020）。油脂型酵母产生的三酰甘油通常含有较多不饱和脂肪酸，或者具有包含长链脂肪酸（一般为16或18个碳原子）的特殊结构。由于它们的脂肪酸组成与植物油相似，因此酵母脂质似乎是生物柴油生产的理想替代品（Poontawee等人，2023）。

鉴于目前关于聚乙烯生物升级回收以及化妆品行业废水处理的研究还较为有限，而酵母在聚合物降解和脂质积累方面都具有巨大潜力，因此有必要进一步评估它们在这方面的性能。本研究选用了一种能够降解聚乙烯的油脂型酵母，旨在同时从合成化妆品废水中去除微塑料，在代谢过程中将这些微塑料转化为生物脂质，并评估所提取脂质用于生物柴油生产的适用性。

章节节选

LDPE微塑料的制备

本研究使用的低密度聚乙烯颗粒（型号为LF0200，熔点为110℃，密度为0.920克/毫升），是从伊朗大不里士石化公司采购的。这些颗粒通过FRITSCH pulverisette 19型研磨机进行处理。处理后的颗粒使用标准筛子（Atlas牌，12英寸，伊朗产）进行分级，筛孔大小在250到425微米之间。为了对微塑料进行灭菌处理，需将其浸泡在70%的乙醇中，然后置于层流柜中，直到乙醇完全

所选菌株的分子鉴定

在经过测试的70种酵母中，从伊朗某植物油精炼厂废水（坐标为30.098968°，57.055038°）中分离出的EBL70菌株表现最佳。在21天内，该菌株的细胞浓度可达到1.8×10⁵ CFU/毫升，能去除3.3%的微塑料，同时在含 MSM和微塑料的培养基中可产生330毫克/升的胞外蛋白。此外，该菌株还能产生表面活性剂，以甘油为底物时，其脂质含量可达5.2克/升（详见补充数据中的表S1-S4和图S1）。因此，

结论

由于各种化妆品和个人护理产品中都含有微塑料，这就带来了废水中含有微塑料并排放到环境中的问题。本研究分离出的油脂型酵母能在40天内消耗掉化妆品行业废水中的12.8%的微塑料，同时还能消耗其中的油脂，使化学需氧量降低48%。此外，在合成化妆品废水中，C. tropicalis EBL70能产生相当于其干重37%的脂质，浓度为670毫克/升，这些脂质主要以C16和C18结构为主

作者贡献声明

Fatemeh Alidoosti：负责原文撰写——初稿撰写、可视化处理、结果验证、方法设计、实验研究、正式数据分析、数据整理、概念构思。 Minoo Giyahchi：负责原文撰写——审稿与编辑、结果验证、方法设计、概念构思。 Mojtaba Maleki Rad：负责原文撰写——审稿与编辑、资源提供。 Hamid Moghimi：负责原文撰写——审稿与编辑、研究指导、资源提供、项目管理、方法设计、资金筹集、概念构思。

出版许可声明

无需特殊许可。

伦理审批与参与同意声明

无需特殊审批与同意。

资金支持

本研究得到了伊朗国家科学基金会的资助，项目编号为4025751。

利益冲突声明

所有作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

无需特别致谢。