聚羟基脂肪酸酯 (PHAs) 是一族由众多微生物作为细胞内储存物质产生的线性聚酯，在营养胁迫条件下作为碳和能量的储备 (Getino et al., 2024)。这些生物聚合物作为有前途的可生物降解和可持续的传统塑料替代品，受到了广泛关注。它们来源于可再生资源，并表现出与石化塑料相当的性能 (Thamarai et al., 2024)，使其在食品包装 (Atarés et al., 2024)、农业 (Getino et al., 2024) 和生物医学领域 (Kalia et al., 2023) 的应用中具有吸引力。其中，聚 (3-羟基丁酸酯) (PHB) 是一种短链长度 (scl-PHA)，由含有四个碳原子的重复 3-羟基丁酸酯单体组成，其特征是刚度、脆性和高结晶度 (Seoane et al., 2017)。尽管应用广泛，PHAs 仅占全球可生物降解塑料市场的不到 5%，在整体生物塑料行业中占较小比例 (Pan et al., 2025)。预计全球 PHA 市场到 2030 年将达到 2.652 亿美元，2025 年至 2030 年间的复合年增长率 (CAGR) 为 16.5% (Markets and Markets, 2025)。PHA 表现出相对较高的生产成本，据报道数值在每公斤 4.96 至 6.06 美元之间 (Pan et al., 2025)。纯底物成本是 PHA 制造费用的主要贡献者，约占生产总成本的 50% (Loan et al., 2022)。高昂的成本仍然是 PHA 商业化的关键障碍。为了克服这些限制，利用包括有机废物在内的低成本和可持续原料为制造过程的经济可行性提供了必要的能量和碳源 (Ben Abdallah et al., 2025)。
食物废弃物因其富含可发酵糖和水分，构成了 PHA 积累的高效低成本原料，从而提高了微生物转化效率 (Kuang et al., 2023)。2022 年，全球食物废弃物产生量估计约为 10.5 亿吨，其中 60% 来自家庭，28% 来自餐饮服务，剩余 12% 来自零售 (UNEP, 2024)。在卡塔尔，食物废弃物产生量特别高，据报道每年每人介于 584 至 657 kg 之间 (Bennbaia et al., 2018)，突显了这种废物流作为生物聚合物合成低成本原料的效率。这种废物管理策略为卡塔尔的废物堆积提供了有效的解决方案，并有助于降低原料成本。大多数研究已经证明了极端嗜盐古菌 Haloferax mediterranei 能够从食物废弃物衍生物质 (Wang and Zhang, 2021)、发酵食物废弃物 (Wang et al., 2022) 和废弃面包 (Montemurro et al., 2022) 中生产聚 (3-羟基丁酸酯 - 共 - 羟基戊酸酯) (PHBV)。嗜盐古菌正成为微生物生产聚羟基脂肪酸酯极具前景的候选者，得益于其独特的生理特征。它们需要高盐度条件，这降低了微生物污染风险并实现了下游 PHA 的回收。此外，嗜盐古菌可以有效地代谢多种廉价底物，包括食物废弃物和其他农业工业残留物，从而降低原料成本并提高 PHA 生产的经济可行性。更具体地说，Haloarcula 属成员已被研究用于使用纯碳水化合物 (Ben Abdallah et al., 2024; Hagagy et al., 2021)、原油 (Taran, 2011a)、农业废物 (Kurt-K?z?ldo?an et al., 2023)、农业工业废物 (Pramanik et al., 2012) 生产 PHB，并被确定为具有成本效益的生物塑料积累的理想纯培养系统。尽管已研究了多种源于废物的底物用于 PHB 生产，但它们在化学组成及其对微生物代谢的影响方面差异很大 (Ben Abdallah et al., 2025)。农业工业残留物，包括糖蜜、乳清、淀粉加工废液和木质纤维素水解物，提供了丰富的碳源，但需要物理化学预处理以提高底物可及性 (Amaro et al., 2019; Getino et al., 2024)。农业废物丰富、廉价，富含木质纤维素碳水化合物，经过适当的预处理后可转化为可发酵糖 (Zytner et al., 2023)。相比之下，食物废弃物代表了一种更异质的底物，含有碳水化合物、脂质和蛋白质。其可变的成分需要补充富氮废物流以实现平衡的营养概况并最大化微生物生长和 PHB 积累。据我们所知，这是首次报道 Haloarcula 属细菌使用食物废弃物作为主要碳源结合有机富氮废物流进行 PHB 生物合成。该策略建立了一个可持续的平台，用于将两种废物流共价值化为富含 PHB 的生物塑料薄膜，将可再生原料的范围扩展至纯碳水化合物、农业残留物和农业工业副产品之外。
尽管嗜盐微生物在抗污染 PHB 生产方面具有巨大潜力，但仍有几项挑战继续限制其大规模工业应用。首先，超盐培养媒体的要求产生了高盐发酵废液，带来了废水管理挑战 (Koller, 2015)。其次，从微生物生物质中回收 PHB 仍使用氯仿等氯化溶剂，引发了对溶剂毒性和环境影响的担忧 (Rueda et al., 2024)。此外，实现高聚合物纯度对于生产具有稳定物理化学和机械性能的 PHB 仍然至关重要。尽管使用源于废物的底物提高了资源循环性并降低了原料成本，但这些环境效益应与盐使用、下游溶剂消耗和废水管理相关的负面环境影响一起评估。
为应对这些挑战，本研究描述了一种基于食物废弃物和富氮有机残留物共价值化用于 PHB 生产并支持循环生物经济的可持续生物转化策略。本研究的主要目标是评估所选 Haloarcula sp. PLQ 菌株使用纯有机底物和食物废弃物作为可持续碳源的生长和 PHB 生产性能；调查氮源对细胞生长和 PHB 生产的影响；以及表征 PHB 薄膜的形态、结构和热性能。
