油棕榈叶生物质整合酶解与发酵路径优化提升聚羟基脂肪酸酯(PHA)合成效率

　　针对塑料污染与不可降解材料的环境挑战，研究人员通过优化油棕榈叶(OPF)的碱-漂白预处理、酶解及发酵工艺，实现纤维素富集率达89.07%，葡萄糖释放量36.23 g/L，并筛选出芽孢杆菌(Bacillus cereus)作为高效PHA生产者（产率54.46%），为生物基塑料的规模化生产提供了可持续解决方案。

　　

全球塑料污染已演变为一场环境危机。据预测，到2040年将有13亿吨塑料垃圾堆积在自然环境中，仅马来西亚每年人均丢弃2.29公斤塑料，导致大量海洋生物因误食塑料死亡。传统石油基塑料的不可降解性迫使科学界寻找替代方案，而聚羟基脂肪酸酯(PHA)因其可被微生物完全降解、机械性能接近传统塑料的特性成为研究热点。然而，现有生产工艺面临原料成本高、转化效率低等瓶颈。油棕榈叶(OPF)作为马来西亚丰富的农业废弃物（含43-65%纤维素），其高木质素含量（13-25%）却阻碍了高效转化。

为此，马来西亚理工大学的研究团队在《Journal of the Indian Chemical Society》发表研究，通过整合预处理-酶解-发酵三阶段工艺，系统优化了OPF至PHA的转化路径。研究采用碱(NaOH)-漂白(NaClO₂
)两步预处理破坏木质素结构，利用黑曲霉(Aspergillus niger)纤维素酶水解，并比较了芽孢杆菌(Bacillus cereus)与大肠杆菌(Escherichia coli)的发酵效能。

关键技术方法
研究采集马来西亚霹雳州油棕榈种植园的OPF样本，通过温度梯度实验（40-120°C）和时间变量（2-6小时）优化预处理条件；采用紫外-可见光谱(UV-Vis)和高效液相色谱(HPLC)监测木质素去除率与葡萄糖浓度；傅里叶变换红外光谱(FTIR)鉴定PHA特征酯羰基峰；对比两种菌株在限氮条件下的PHA积累能力。

研究结果

Cellulose in Pretreated OPF Sample
120°C处理4小时的组合效果最优，纤维素富集率达89.07%，木质素降至6.43%。碱预处理破坏木质素-碳水化合物复合体，后续漂白步骤进一步去除残留木质素，使纤维素微纤维暴露，为酶解创造理想条件。

Enzymatic Hydrolysis Efficiency
黑曲霉纤维素酶在48小时内释放36.23 g/L葡萄糖，证实预处理质量直接影响酶解效率。温度与时间协同影响糖化率，过度处理可能导致纤维素降解生成抑制物。

Microbial Fermentation Performance
芽孢杆菌在四天发酵周期中PHA产率高达54.46%，显著优于大肠杆菌。OPF水解液中的葡萄糖碳源与限氮条件共同诱导微生物代谢转向PHA合成，FTIR在1730 cm^-1
处检测到典型PHA羰基振动峰。

结论与意义
该研究首次建立了OPF全流程转化PHA的优化体系，揭示预处理强度（120°C/4小时）与酶解效率的正相关性，明确了芽孢杆菌在木质纤维素基PHA生产的优势。通过闭环设计将农业废弃物转化为高值生物材料，不仅降低生产成本30%（相较传统原料），更推动马来西亚实现"油棕榈全株利用"的循环经济目标。未来研究可进一步探索预处理副产物的资源化利用，以及混合菌群发酵对PHA分子量分布的调控作用。