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本研究成果发表于《Algal Research》，为解决海洋藻类生物质价值提升和可持续转化问题，研究人员利用掌状红皮藻和墨角藻水解物作为解脂耶氏酵母的发酵底物，开展了酵母生物质、蛋白质、油脂及赤藓糖醇联产的研究。研究不仅证实了该酵母能高效利用多种藻源碳源（包括首次报道的岩藻糖和葡萄糖醛酸利用），还发现其在低葡萄糖/木糖比例下可高效同化木糖并生产赤藓糖醇，为基于海藻的蓝色生物炼制提供了新的微生物平台和工艺策略。
在追求可持续发展的全球浪潮中，海洋——这片覆盖地球表面70%以上的蓝色疆域，正成为挖掘新型生物资源的宝库。大型海藻，或称为巨藻，因其生长快速、不占用耕地和淡水、并能吸收二氧化碳和过量营养盐等优点，被视为极具潜力的可再生生物质原料。然而，并非所有海藻都生而平等。例如，常见的墨角藻和掌状红皮藻，虽然富含碳水化合物，但其蛋白质含量相较于其他海藻品种则相对较低。这就像一个营养不均衡的“食材”，直接食用或用作饲料，其营养价值有限。如何将这些“低蛋白、高碳水”的海藻变废为宝，转化为高附加值的生物产品，是当前蓝色生物炼制领域面临的一个关键挑战。与此同时，现代生物技术正在寻找能够“点石成金”的微生物工匠。其中，一种名为解脂耶氏酵母的非传统酵母进入了研究者的视野。这种酵母不仅能利用多种碳源，还能高效生产油脂、蛋白质以及像赤藓糖醇（一种零热量的甜味剂）这样的高价值代谢产物。更重要的是，它的生物质已被欧洲食品安全局批准作为新型食品，安全性有保障。那么，能否将这两种看似不相关的“材料”与“工匠”结合起来，打造一条高效、可持续的“海洋-微生物”联合生产线呢？这正是发表于《Algal Research》上的一项研究旨在探索的问题。
研究人员主要采用了以下几项关键技术方法：首先，对墨角藻和掌状红皮藻（包括一种经过水洗处理的变体）进行了化学成分表征，包括灰分、蛋白质、脂质、碳水化合物及矿物质分析。其次，利用水热预处理结合商业酶Cellic CTec3进行酶解，制备了三种不同的海藻水解物。最后，在搅拌罐生物反应器中，使用这些水解物作为唯一碳源，培养解脂耶氏酵母 NCYC 2904菌株，系统监测了其生长、底物消耗、以及目标产物（生物质、脂质、蛋白质、赤藓糖醇）的合成情况，并对最终酵母生物质的脂质脂肪酸组成和氨基酸谱进行了分析。
3.1. 海藻成分
研究人员首先分析了两种海藻的基本组成。掌状红皮藻的蛋白质含量是墨角藻的1.9倍，但两者的脂质含量均很低，符合海藻的一般特征。碳水化合物谱则显示出明显差异：墨角藻含有葡聚糖、岩藻聚糖、甘露醇和糖醛酸；而掌状红皮藻则富含木聚糖。矿物质分析表明，未清洗的海藻含有高浓度的钠和钾等离子。考虑到高盐分可能抑制酵母发酵，研究额外设置了一组对掌状红皮藻进行水洗的预处理，结果显著降低了其灰分和矿物质含量。
3.2. 水热预处理和酶解
通过121°C、30分钟的水热预处理和后续酶解，成功从海藻中释放出可发酵糖。掌状红皮藻水解物主要含有木糖和葡萄糖，而墨角藻水解物则成分更为复杂，包含葡萄糖、木糖、岩藻糖、甘露醇、葡萄糖醛酸等。水洗步骤有效降低了掌状红皮藻水解物中的甲酸以及钠、钾浓度。
3.3. 搅拌罐生物反应器实验
这是本研究最核心的发现部分。解脂耶氏酵母在三种水解物中均能良好生长，并展现了非凡的底物利用广度：
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木糖的高效同化：在掌状红皮藻水解物中，酵母表现出了前所未有的、与葡萄糖同步消耗木糖的能力，且木糖的消耗速率高达葡萄糖的3倍。这与以往认为野生型解脂耶氏酵母木糖利用能力弱的认知不同，研究者推测低葡萄糖/木糖比例可能激活了其固有的木糖代谢途径。
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新型碳源的利用：研究首次报道了野生型解脂耶氏酵母菌株能够利用墨角藻水解物中的岩藻糖和葡萄糖醛酸。
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赤藓糖醇的生产：使用未水洗的掌状红皮藻水解物培养时，酵母生产了高达40 g·L-1的赤藓糖醇。这是首次报道从海藻水解物生产赤藓糖醇。高盐分（钠离子）带来的渗透压胁迫被认为是诱导赤藓糖醇合成的关键因素，因为在水洗后的低盐分水解物中，赤藓糖醇产量显著下降。
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产物导向性差异：不同水解物引导代谢流向不同产物。未水洗的掌状红皮藻水解物（高盐）有利于赤藓糖醇和蛋白质合成；水洗后的掌状红皮藻水解物（低盐）则促进了最高的脂质积累；而含有现成甘露醇的墨角藻水解物，其碳源主要流向生物质生长，未检测到赤藓糖醇生成。
3.4. 解脂耶氏酵母生物质表征
对发酵结束后的酵母细胞进行分析发现：
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脂质与脂肪酸：在所有条件下，酵母积累的脂质含量（7.1%-14.9%）均远高于原始海藻（1%-2%），实现了脂质富集。脂质中富含单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸。
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蛋白质与氨基酸：在未水洗掌状红皮藻水解物中获得的酵母生物质蛋白质含量最高（29.1%），且氨基酸谱均衡，包含所有必需氨基酸，营养价值高。
结论与讨论
本研究成功验证了墨角藻和掌状红皮藻水解物作为解脂耶氏酵母生产高价值生物产品的可行性。其重要意义体现在多个层面：
- 1.
拓展了底物谱：首次系统证实了野生型解脂耶氏酵母能够高效利用海藻水解物中的木糖、岩藻糖和葡萄糖醛酸，极大拓宽了该酵母可利用的可再生资源范围。
- 2.
发现了新代谢现象：明确了低葡萄糖/木糖比例可促使野生型菌株高效同化木糖，并首次实现了从海藻水解物生产赤藓糖醇，为利用木糖-rich原料生产甜味剂开辟了新途径。
- 3.
实现了产物多元化与定向调控：通过选择不同的海藻原料及简单的预处理（如水洗），可以调控发酵过程，定向生产富含蛋白质的酵母生物质、富含不饱和脂肪酸的微生物油脂或高价值的赤藓糖醇。这为构建灵活的“海藻-微生物”联产工艺提供了科学依据。
- 4.
提升资源价值：将蛋白质含量相对较低的海藻，转化为蛋白质、脂质含量更高且氨基酸均衡的酵母生物质，并副产高值化合物，显著提升了海藻生物质的整体经济价值。
- 5.
支撑蓝色生物经济：该研究将海藻养殖与微生物发酵技术紧密结合，为开发环境友好、可持续的蓝色生物炼制工艺提供了具体案例，有助于推动循环经济和海洋资源的综合利用。
总之，这项工作不仅深化了对解脂耶氏酵母代谢能力的理解，更展示了一条将低值海藻高效转化为食品、饲料及食品添加剂等高价值产品的潜在工业化路径，为可持续的蓝色生物经济发展贡献了重要的技术方案。
