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随着对可持续化工产品需求增加，传统丙酮酸化学合成法弊端凸显。研究人员以Candida glabrata MCC 1800 利用稻草生产丙酮酸。优化条件下产量可观，技术经济分析表明该法可行，为可持续生化生产提供方向。
在如今的工业生产领域，可持续发展理念愈发深入人心。化工行业也面临着巨大的转型压力，传统的依赖化石资源的生产方式不仅让地球资源日益紧张，还对环境造成了难以估量的破坏。就拿丙酮酸来说，它作为一种在制药、食品、化妆品以及农用化学品等众多领域都有着广泛应用的重要代谢中间产物，市场需求正持续攀升。但目前丙酮酸的生产主要依赖化学合成法，比如通过酒石酸脱水和脱羧反应来制取。这种方法需要在超过 200°C 的高温和高达 20 bar 的高压下进行，能耗极高，每生产 1 吨丙酮酸就要消耗 12 - 15 MWh 的能量，同时还会产生 4.2 吨的二氧化碳，并且生成大量有害废弃物，实在是既费能源又不环保。而且，化学合成法还严重依赖石化原料，在环保意识强烈的今天，这种生产方式的局限性愈发明显。所以，寻找一种绿色、可持续的丙酮酸生产方法迫在眉睫。
在此背景下，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们将目光投向了一种丰富的农业废弃物 —— 稻草，试图利用Candida glabrata MCC 1800 这种微生物，将稻草转化为丙酮酸。该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上，为丙酮酸的生产开辟了新的方向。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先采用响应面法优化发酵条件，探究不同因素对丙酮酸产量的影响；进行化学计量分析，确认 C6糖转化为丙酮酸的效率；开展技术经济分析，评估以稻草为原料生产丙酮酸的工业规模设施的成本和经济效益；利用蒙特卡洛模拟等手段进行风险评估，量化生产过程中的不确定性。
下面来详细看看研究结果。在 “微生物和材料” 方面，研究选用了Candida glabrata MCC 1800 作为目标微生物，它具有天然积累丙酮酸的能力。实验所用的稻草来自印度北阿坎德邦当地农场收获后的 Pant Basmati 2 品种。“过程优化” 是研究的关键环节，通过响应面法优化发酵条件，确定了丙酮酸生产的最佳条件：玉米浆（CSL）浓度为 50% v/v，培养时间 65 h，温度 33.5°C。在这些条件下，丙酮酸的最大浓度可达 41.94 ± 0.73 g/L。回归模型显示出良好的拟合度（R2= 0.9684），表明该模型能较好地描述发酵条件与丙酮酸产量之间的关系。在技术经济分析部分，研究人员对一个年产量为 1000 吨的生产设施进行评估。结果显示，其资本投资约为 1500 万美元，年运营成本为 320 万美元。通过计算得出，该项目的净现值（NPV）为 320 万美元，内部收益率（IRR）达到 17.5%，投资回收期为 4.8 年 。敏感性分析发现，丙酮酸产量和销售价格是影响净现值的关键因素，它们的变化能使净现值在 -58% 到 +62% 之间波动。蒙特卡洛模拟表明，该项目具有 70% 的经济可行性概率。
综合研究结论和讨论部分，这项研究意义重大。它证明了以稻草为原料、利用Candida glabrata MCC 1800 生产丙酮酸在工业规模上具有商业可行性，不仅能带来经济收益，还具有显著的环境效益。一方面，实现了稻草这种农业废弃物的高值化利用，减少了因焚烧稻草带来的环境污染；另一方面，相较于传统化学合成法，生物基生产法有望大幅降低碳排放和有害废弃物的产生。同时，研究也为后续进一步优化生产过程指明了方向，比如可以通过菌株工程提高丙酮酸产量，整合更高效的预处理方法，以及采用过程强化策略降低运营成本等。这一研究成果为投资者、行业专业人士和政策制定者提供了极具价值的参考，助力他们评估从传统化学合成转向可持续生物基丙酮酸生产方法的可行性，推动可持续生化产业的发展，在绿色化工领域迈出了重要的一步。
