基于盐析工艺的甲烷氧化菌20Z生物气增值策略：同步生产四氢嘧啶和碳酸氢钠

　　针对生物气转化过程中高pH缓冲液消耗大、操作成本高的难题，韩国研究人员创新性地将盐析工艺与甲烷氧化菌Methylotuvimicrobium alcaliphilum 20Z培养相结合，实现了CO2 /CH4 共转化系统中四氢嘧啶(ectoine)与碳酸氢钠(NaHCO3 )的同步生产。该研究通过连续培养系统回收HCO3 – 和Na+ 离子，首次建立了生物气直接高值化利用的新范式，为降低生物质能源转化成本提供了关键技术支撑。

　　

随着全球对可再生能源需求的增长，生物气作为富含CH₄
和CO₂
的混合气体，其高值化利用成为研究热点。传统生物气提纯为生物甲烷需耗费大量能量分离CO₂
，而甲烷氧化菌(Methanotroph)虽能在温和条件下转化CH₄
，但直接利用生物气时，CO₂
解离导致的高pH缓冲液消耗成为制约经济性的瓶颈。更棘手的是，当前四氢嘧啶(ectoine)等高值产物生产多依赖纯CH₄
源，生物气中的CO₂
会显著抑制菌体生长。如何实现生物气直接利用并解决NaOH过量消耗问题，成为突破技术壁垒的关键。

韩国研究人员在《Bioresource Technology》发表的研究中，创新性地将嗜盐碱菌Methylotuvimicrobium alcaliphilum 20Z与盐析工艺结合，开发出生物气同步生产ectoine和NaHCO₃
的新策略。该团队通过删除ectoine羟化酶基因改造菌株，采用连续培养系统控制盐浓度(10-90 g/L NaCl)，结合蒸发结晶(EC)技术回收NaHCO₃
。实验发现20 g/L盐浓度下ectoine产量达最高(0.85 g/L)，而60 g/L时ectoine含量提升至细胞干重12%。通过优化CO₂
/CH₄
比例，使生物气利用成本较纯CH₄
降低24%，NaHCO₃
回收纯度达97%。

盐浓度对细胞生长和ectoine生产的影响
研究显示，盐浓度显著影响菌株性能：20 g/L NaCl时生物量最高(0.85 g/L)，而60 g/L时ectoine含量达峰值(12%细胞干重)，证实适度盐胁迫可促进产物积累。在含30% CO₂
的生物气条件下，细胞生长保持纯CH₄
体系的73.2%，展现强适应性。

NaHCO₃
结晶工艺验证
针对CO₂
解离产生的HCO₃
^–
，采用EC法使溶液过饱和结晶，获得纯度97%的NaHCO₃
。该工艺有效回收了90%的Na⁺
，解决了NaOH持续添加导致的盐积累问题。

经济性分析
对比纯CH₄
体系，生物气直接利用使ectoine平准化成本降低24%，且NaHCO₃
副产品可抵消22%操作成本，证实盐析工艺的经济优势。

该研究首次实现生物气"一碳双产"的高效转化，突破传统甲烷氧化菌依赖纯CH₄
的限制。通过基因改造和工艺耦合，不仅解决CO₂
导致的pH调控难题，更开创了生物气制备ectoine的工业化路径。NaHCO₃
的同步回收将环境负担转化为经济收益，为生物质资源全要素利用提供范式。这项由韩国团队完成的工作，标志着甲烷生物转化技术从单一产物向多联产系统的重大跨越，对推动碳中和背景下的生物制造升级具有里程碑意义。