利用嗜盐和嗜热细菌以葡萄酒糟为底物生产聚羟基脂肪酸酯的可持续生物技术研究

为应对石油基塑料污染及高成本生物生产难题，研究人员创新性地利用Prosecco葡萄酒糟(DWL)作为碳源，通过筛选嗜盐/嗜热菌株实现聚羟基脂肪酸酯(PHAs)的绿色合成。研究发现Caldimonas thermodepolymerans DSM 15344在DWL培养基中可积累占细胞干重49.30%的PHB（聚3-羟基丁酸酯），其性能与标准糖基培养基相当。该研究为农业废弃物高值化利用及NGIB（下一代工业生物技术）提供了实践范例。

　　

随着全球塑料年产量预计在2060年达到现有三倍，仅9%的回收率导致微塑料污染已侵入食物链。聚羟基脂肪酸酯(PHAs)作为微生物合成的可降解聚酯，虽具有替代传统塑料潜力，但高昂的原料成本（每公斤需4.3公斤糖）与严格无菌发酵要求制约其产业化。捷克科学基金会与帕多瓦大学合作团队在《Polymer Degradation and Stability》发表研究，开创性地将Prosecco二次发酵葡萄酒糟(DWL)转化为PHAs生产原料，通过极端环境微生物突破技术瓶颈。

研究采用两步筛选法：首先通过平板培养从26株极端微生物（17株嗜热菌、9株嗜盐菌）中初筛可利用DWL的菌株，再通过摇瓶发酵定量评估PHAs积累能力。关键实验技术包括：气相色谱(GC)测定PHAs含量、差示扫描量热法(DSC)分析热力学特性、模拟重复批次培养验证工艺稳定性。所有菌株均来自国际保藏中心，DWL由意大利Castagner Acquavite公司提供。

【DWL作为极端菌株生长底物】
平板实验显示，嗜热菌Caldimonas thermodepolymerans DSM 15344在DWL培养基中生长最佳，其生物量达2.42 g/L，显著优于其他菌株。该菌株能有效代谢DWL中的有机酸和乙醇，在氮限制条件下将49.30%细胞干重转化为PHB（产量1.17 g/L），与木糖培养基效果相当。

【聚合物特性分析】
DSC检测发现DWL来源的PHB熔点为171.5°C，结晶度62%，与标准培养基产物无显著差异。热重分析(TGA)显示5%质量损失温度达268°C，证明DWL不影响聚合物热稳定性。

【重复批次培养】
模拟工业化生产的四轮重复培养中，PHB产量波动小于8%，显示工艺鲁棒性。菌株在高盐(3% NaCl)条件下仍保持活性，印证NGIB技术可降低灭菌需求。

该研究首次证实葡萄酒糟可作为PHAs生产的优质碳源，C. thermodepolymerans DSM 15344的极端特性使发酵过程可耐受开放环境。相比传统工艺，原料成本降低83%（以DWL替代纯糖），且DWL的酸性(pH 3-6)与高温(90°C排放温度)天然抑制杂菌。成果为地中海葡萄酒产区每年200万吨酒糟处理提供新思路，通过NGIB策略将废弃物转化为高值生物塑料，推动循环生物经济发展。Stanislav Obruca团队指出，未来需优化DWL预处理工艺以进一步提升PHAs产率，该技术路线有望使生物塑料生产成本降至与石油基塑料相当水平。