Auricularia spp.）菌絲體用于聚羥基脂肪酸酯（PHA）的生物合成，是一條極具潛力的綠色生產(chǎn)路徑。這結(jié)合了真菌生物技術(shù)的優(yōu)勢、可再生廢棄生物質(zhì)的利用以及可持續(xù)生物塑料的生產(chǎn)。以下是該路徑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、優(yōu)勢和挑戰(zhàn)：

核心原理：

PHA是多種微生物（主要是細(xì)菌，但某些真菌也能積累）在營養(yǎng)失衡（通常是氮、磷、硫等限制）但碳源過剩條件下，作為碳和能量儲(chǔ)備物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)合成的生物聚酯。木耳作為一種常見的食用真菌，其菌絲體在特定培養(yǎng)條件下也能積累PHA。

綠色生產(chǎn)路徑詳解：

原料選擇（綠色起點(diǎn)）：

• 核心： 利用木質(zhì)纖維素類農(nóng)業(yè)或食品工業(yè)廢棄物作為主要碳源和營養(yǎng)源。這是“綠色”的核心。
  • 理想原料： 木屑、鋸末、秸稈（水稻、小麥、玉米）、甘蔗渣、果渣（蘋果渣、葡萄渣等）、咖啡渣、茶葉渣、廢棄蔬菜等。
• 優(yōu)勢： 變廢為寶，顯著降低原料成本；減少對糧食作物（如玉米淀粉、甘蔗糖）或精煉糖的依賴；降低整體碳足跡；符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則。

預(yù)處理（可選但重要）：

• 目的： 破壞木質(zhì)纖維素的復(fù)雜結(jié)構(gòu)（木質(zhì)素、纖維素、半纖維素），使其更容易被木耳菌絲體分泌的酶降解利用，釋放可發(fā)酵糖。
• 綠色方法： 優(yōu)先采用物理（粉碎、研磨）、物理化學(xué)（蒸汽爆破、熱水處理）或溫和的化學(xué)/生物方法（稀酸、堿、白腐真菌預(yù)處理），避免使用高毒性或高能耗的強(qiáng)化學(xué)試劑。

培養(yǎng)基配制：

• 將預(yù)處理后的廢棄生物質(zhì)作為主要固體基質(zhì)（固態(tài)發(fā)酵）或?qū)⑵渌庖鹤鳛?strong>主要碳源（液態(tài)發(fā)酵）。
• 補(bǔ)充必要的氮源（如豆粕、棉籽粕、酵母提取物、無機(jī)銨鹽）、磷源、微量元素和水分。
• 目標(biāo)： 在初始階段提供均衡營養(yǎng)促進(jìn)菌絲體快速生長（生物量積累階段）。

接種與菌絲體培養(yǎng)：

• 將木耳菌種（孢子或菌絲片段）無菌接種到培養(yǎng)基上。
• 培養(yǎng)方式：
  • 固態(tài)發(fā)酵： 在固體基質(zhì)（如木屑混合物）上培養(yǎng)。這是非常匹配木耳生長習(xí)性且極具“綠色”優(yōu)勢的方式：用水量極少；無需復(fù)雜反應(yīng)器；模擬自然生長環(huán)境；產(chǎn)物濃度可能較高；廢物產(chǎn)生少。
  • 液態(tài)發(fā)酵： 在含有生物質(zhì)水解液的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)（搖瓶或發(fā)酵罐）。控制相對容易，但耗水量大，下游處理復(fù)雜。
• 初期階段： 提供適宜的溫度、濕度、pH和通氣條件（對SSF很重要），促進(jìn)菌絲體快速生長和生物量積累（營養(yǎng)充足期）。

PHA合成誘導(dǎo)（營養(yǎng)限制策略）：

• 關(guān)鍵步驟： 當(dāng)菌絲體生物量達(dá)到較高水平時(shí)，人為制造營養(yǎng)失衡環(huán)境，通常是限制氮源、磷源或硫源的供應(yīng)，但同時(shí)保證充足的碳源供應(yīng)（由木質(zhì)纖維素降解持續(xù)提供）。
• 機(jī)制： 營養(yǎng)限制信號會(huì)觸發(fā)菌絲體細(xì)胞代謝途徑的改變，將過剩的碳通量（來自木質(zhì)纖維素降解產(chǎn)生的單糖，如葡萄糖、木糖）導(dǎo)向PHA的合成途徑（乙酰輔酶A → 羥酰輔酶A → PHA聚合酶催化聚合）。

PHA積累階段：

• 在營養(yǎng)限制條件下維持培養(yǎng)，菌絲體持續(xù)利用碳源合成PHA，作為胞內(nèi)顆粒儲(chǔ)存。
• 需要優(yōu)化限制策略的時(shí)機(jī)、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，以最大化PHA含量（占細(xì)胞干重的百分比）和總產(chǎn)量。

收獲與下游處理：

• 收獲菌絲體： 培養(yǎng)結(jié)束后，收集含有PHA的菌絲體生物質(zhì)。
• 細(xì)胞破碎： 破壞菌絲體細(xì)胞壁以釋放胞內(nèi)PHA顆粒。可采用物理方法（高壓均質(zhì)、研磨、超聲）、化學(xué)方法（次氯酸鈉、表面活性劑）或生物方法（酶解）。需選擇高效、環(huán)保、低成本的破壁方法。
• PHA提取與純化：
  • 傳統(tǒng)方法： 使用有機(jī)溶劑（如氯仿、二氯甲烷）溶解PHA，然后沉淀純化。不符合綠色原則（毒性、回收成本、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)）。
  • 綠色方法（研發(fā)重點(diǎn)）：
    • 超臨界流體萃取： 使用超臨界CO2（無毒、不易燃），但設(shè)備成本高。
    • 生物表面活性劑/酶輔助提取： 利用生物表面活性劑或特定酶（如幾丁質(zhì)酶、蛋白酶）輔助破壁和分離，減少或避免有機(jī)溶劑使用。
    • 選擇性溶解/沉淀： 利用PHA在不同溶劑或溫度下的溶解性差異進(jìn)行分離。
    • “綠色”溶劑： 探索離子液體、深共熔溶劑等相對環(huán)保的替代溶劑。
• 干燥： 獲得純凈的PHA粉末或顆粒。
• 殘?jiān)茫?/strong> 提取PHA后的菌絲體殘?jiān)ㄖ饕鞍踪|(zhì)、幾丁質(zhì)、礦物質(zhì)等）可考慮作為肥料、動(dòng)物飼料添加劑或進(jìn)一步提取其他高值產(chǎn)品（如幾丁質(zhì)），實(shí)現(xiàn)資源全利用，提升過程經(jīng)濟(jì)性和綠色度。

綠色優(yōu)勢總結(jié)：