《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Hyaluronic acid production by polyurethane-immobilized
Streptococcus zooepidemicus: process optimization, repeated-batch performance, and characterization of the recovered polymer fraction
编辑推荐：
•评价影响CTAB衍生表观透明质酸产量参数的研究•固定化于聚氨酯泡沫中的苏云金芽孢杆菌的反复批次性能•固定化系统在不同温度下的储存性能评估•富含透明质酸的聚合物分级的回收与初步表征引言微生物聚合物因其独特的理化特性以及在工业、生物医学、制药和食品领域的广泛应用而受到显著关注。
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评价影响CTAB衍生表观透明质酸产量参数的研究
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固定化于聚氨酯泡沫中的苏云金芽孢杆菌的反复批次性能
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固定化系统在不同温度下的储存性能评估
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富含透明质酸的聚合物分级的回收与初步表征
引言
微生物聚合物因其独特的理化特性以及在工业、生物医学、制药和食品领域的广泛应用而受到显著关注。其中，透明质酸（HA）是一种由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰-D-葡萄糖胺交替单元组成的线性非硫酸化糖胺聚糖，因其卓越的生物相容性、生物降解性和持水能力而脱颖而出。HA在生物学中发挥着至关重要的作用，包括促进成纤维细胞增殖、加速伤口愈合、调节炎症反应、润滑关节以及凭借其出色的结合水能力维持组织水合状态。因此，不同分子量的HA已被广泛应用于组织工程、眼科制剂、皮肤填充剂、药物递送系统、营养保健品、化妆品和功能食品等领域，成为最具商业价值的微生物生物聚合物之一（Ciriminna等，2021年；Mohammed和Niamah，2022a）。
全球对HA的需求持续增长，这一趋势受到化妆品、制药和再生医学市场扩大的推动，预计未来几年将超过150亿美元。日益增长的需求加剧了对可持续、可扩展且经济可行的生产工艺的探索。尽管HA可以从动物组织中提取，但微生物发酵已成为首选的生产途径，因为它具有更高的工艺可重复性、简化的下游加工、更低的成本，并且消除了病毒感染和朊病毒等动物病原体污染的风险（Brugnoli等，2023年；Marwan-Abdelbaset等，2025年）。在产HA微生物中，兽疫链球菌是研究最为广泛的微生物生产者之一，这得益于其天然的HA高合成能力以及生产适用于不同应用的HA的理化特性（Rohit等，2018年；Marwan-Abdelbaset等，2025年；Hedayat等，2025年）。然而，高效的HA生物合成强烈依赖于碳源和氮源供应、溶解氧浓度、pH值、温度、搅拌和通气之间的微妙平衡，这些因素直接影响代谢通量、分子量和总体HA生产率（Rossatto等，2023年；Mohammed和Niamah，2022b）。
尽管微生物发酵技术取得了 considerable 进展，传统的游离细胞培养系统仍面临重要局限性，包括生物量保留和回收方面的挑战、需要反复接种准备、连续发酵周期中可能出现的生产率损失以及长期连续运行的限制。这些局限性激发了开发固定化细胞系统作为一种替代策略以提高工艺稳健性的需求。固定化技术通过物理包埋或化学结合实现，可提高细胞稳定性，促进细胞回收和再利用，降低污染风险，并可能通过在生物反应器中维持高细胞密度来增强体积生产率（Lu等，2020年）。然而，固定化系统也带来了新的工程挑战，特别是与内部传质、氧扩散、营养运输和代谢产物释放有关的问题，这些都可能显著影响HA生物合成和工艺性能。因此，选择合适的固定化载体对于在保持细胞活力和结构完整性的同时最大化生产率至关重要。
聚氨酯（PU）泡沫已成为最具前景的固定化基质之一，这归功于其高孔隙率、机械阻力、化学稳定性、低成本和优异的生物相容性，允许在聚合物形成过程中高效地将微生物细胞原位纳入（Bustamante-Vargas等，2019年，2015年）。最早证明该方案可行性的研究之一由Ferrari等人（2013年）完成，他们成功地在固态条件下培养固定化于聚氨酯泡沫中的兽疫链球菌，突出了PU在促进HA生产同时便于细胞保留方面的潜力。Ferrari（2012年）也证明了聚氨酯泡沫作为固定化兽疫链球菌载体的适用性，强调其结构稳定性和重复使用的潜力。最近，Souza和Carra（2021年）成功使用柔性PU泡沫固定化乙醇发酵单胞菌用于麦芽双酮酸的工业生产，实现了高生物转化效率并在连续15次重复使用循环中保持催化活性，进一步展示了聚氨酯基固定化系统的多功能性和稳健性。
尽管以前的研究已经证明了聚氨酯作为固定化基质的可行性，但关于操作参数对固定化兽疫链球菌HA生产的影响、固定化系统在重复使用过程中的性能和结构完整性、底物消耗动力学，以及回收的富含透明质酸的聚合物分级的理化和生物学特性（包括其在不同储存条件下的行为）等方面仍存在重要的知识空白。因此，本研究旨在研究固定化于聚氨酯泡沫中的兽疫链球菌的HA生产，评估生物量负载和操作参数，评价固定化系统的底物消耗和反复批次及储存性能，并利用形态学、光谱学、热学、抗氧化、抗菌和体外细胞相容性分析来表征回收的富含透明质酸的聚合物分级。
章节摘要
聚氨酯固定化兽疫链球菌的透明质酸生产
兽疫链球菌ATCC 39920生物量的生产分两个阶段进行：菌株活化与生物反应器培养。首先，将菌株在脑心浸液（BHI）琼脂平板上于37°C下活化培养24至48小时。然后将活化后的菌落转移至BHI肉汤中，并在4°C下矿物油中保存作为保种培养物，每六个月进行传代培养以保持活力。培养条件基于描述HA的先前研究确定
表观HA生成曲线
图1展示了固定化于聚氨酯（PU）泡沫中的兽疫链球菌细胞在不同生物量负载下反应液中表观HA浓度的时间曲线。所有系统均显示在初始发酵期间表观HA浓度升高，尽管响应幅度随生物量负载的不同而有显著差异。CTAB法估计的最高表观HA浓度出现在含有6克和8克生物量的系统中
结论
本研究证明了使用聚氨酯泡沫作为兽疫链球菌固定化载体进行重复生物工艺操作生产富含透明质酸的聚合物分级的可行性。实验设计确定了在调查的操作范围内与更高CTAB衍生表观HA浓度相关的区域，为固定化细胞工艺的进一步优化提供了基础。
反复批次实验表明a
CRediT作者贡献声明
Carolina Elisa Demaman Oro：形式分析。Emily Maximiano de Souza：调查。Diane Rigo：撰写——初稿，方法学，调查，形式分析，数据管理。Lucas Henrique do Nascimento：方法学，调查。Catia Santos Branco：方法学，形式分析。Marina Rigotti：方法学，形式分析。Marcos Rogério Dallago：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，监督，方法学，形式分析，数据管理，概念构思。
生成式AI和AI辅助技术在写作过程中的声明
在撰写本稿件期间使用了ChatGPT（OpenAI）以提高语言质量，包括语法和文本流畅性。作者对所有AI生成的内容进行了严格审阅和验证，以确保科学准确性。应当注意的是，作者对数据解释、结论和整体工作的完整性承担全部责任。
竞争利益声明
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致谢
本研究部分由高级人才协调署-巴西（CAPES）- 财政代码001资助，国家科学技术发展委员会（CNPq），以及南里奥格兰德州研究支持基金会（FAPERGS）。本文的出版处理费（APC）由高级人才协调署–CAPES（ROR标识符：00x0ma614）资助。
Diane Rigo|Lucas Henrique do Nascimento|Carolina Elisa Demaman Oro|Emily Maximiano de Souza|Alexander Junges|Catia Santos Branco|Marina Rigotti|Marcos Rogério Dallago|Jamile Zeni
