《New Biotechnology》：Valorisation of canning industry wastes for microbial lipid production by Solid-State Fermentation using
Aspergillus oryzae CECT 2094
编辑推荐：
为应对渔业、水产养殖及罐头工业每年产生的大量副产物废弃问题，研究人员探索了利用米曲霉（Aspergillus oryzae）通过固态发酵（SSF）技术将其转化为高价值微生物油脂。该研究发现，在多种海洋副产物基质上，真菌生长良好，油脂含量显著提升，脂肪酸甲酯（FAME）组成发生有益变化。金枪鱼脊柱基质油脂饱和度高，有望用于生物柴油；贻贝基质油脂的Omega-6/Omega-3比例达到有益健康范围，具有营养应用潜力。此研究为海洋废弃物的资源化利用提供了创新的生物技术途径，契合循环经济与可持续发展目标。
想象一下，每年全球海洋渔业和水产加工业会产生数百万吨的“废物”——鱼头、鱼骨、内脏、贝壳，以及各种加工下脚料。这些看似无用的东西，要么被丢弃入海加剧环境负担，要么以极低价值用作饲料。然而，它们却富含蛋白质、脂类和矿物质。如何将这些海洋“垃圾”变废为宝，不仅是环境保护的迫切需求，更是实现资源循环和可持续发展的关键课题。近年来，生物技术，特别是利用微生物的转化能力，为这一挑战提供了充满希望的解决方案。其中，微生物油脂，又称单细胞油脂，因其可作为传统动植物油脂的可持续替代品，在能源、食品、化工等领域备受关注。那么，能否找到一种高效、环保的方法，将海洋加工副产物直接转化为有价值的微生物油脂呢？
来自西班牙维哥大学的研究团队在《New Biotechnology》上发表了一项创新研究，他们另辟蹊径，利用一种在食品工业中久经考验的安全真菌——米曲霉（Aspergillus oryzae），通过固态发酵技术，成功将多种贻贝和金枪鱼加工废料转化成了富含特定脂肪酸的微生物油脂。这项研究不仅为海洋废弃物的高值化利用开辟了新路径，其产生的油脂产品更在生物能源和营养健康领域展现出双重潜力。
为了验证这一设想，研究人员开展了一系列实验。他们首先收集了六种代表性的海洋加工业副产物作为发酵基质，包括贻贝附生生物、碎肉与幼体、金枪鱼脊柱、金枪鱼内脏以及两种大型海藻。接着，他们使用米曲霉CECT 2094菌株，在严格控制湿度、温度和时间的条件下，对这些基质进行了为期10天至4周的固态发酵。发酵结束后，研究团队对产物进行了系统的分析：他们测定了发酵前后生物量的总脂含量变化，并通过气相色谱-质谱联用技术详细分析了油脂中脂肪酸甲酯的组成和浓度。此外，为了探究油脂的来源，他们在部分实验中将发酵后的真菌菌体与底物分离，并分别分析了其脂质组成。
1. 海洋副产物作为固态发酵基质的适用性评估
研究发现，米曲霉在所有测试的海洋副产物基质上均能成功生长并完全覆盖基质，尽管在不同基质上菌落呈现出褐色、灰白色或绿色等不同的颜色，但这并不影响其发酵活性。这表明，这些蛋白含量高、成分复杂的海洋废弃物是适用于米曲霉固态发酵的可行底物。这一发现尤为关键，因为此前利用富含蛋白质的海洋生物质进行固态发酵以生产高价值产物的研究非常有限。
2. 固态发酵显著提升脂质含量与改变脂肪酸组成
发酵后，除海藻外，其他基质的脂质含量均显著增加。例如，在10天的发酵后，金枪鱼内脏和贻贝附生生物基质的脂质含量分别增加了16%和18%。在选定基质上延长发酵时间至2周和4周后，金枪鱼脊柱基质的脂质含量持续上升，最终达到28.57%。对提取的油脂进行脂肪酸甲酯分析发现，发酵后所有基质的FAME总量都大幅增加，其中金枪鱼脊柱基质的FAME含量平均增长了3.5倍。主要的脂肪酸包括棕榈酸、硬脂酸和棕榈油酸。更值得注意的是，发酵过程改变了脂肪酸的组成，使不饱和脂肪酸的比例增加，并且在金枪鱼脊柱基质中检测到了发酵前未有的新脂肪酸，如神经酸和二十二碳六烯酸，这表明真菌的代谢活动确实合成了新的脂质。
3. 不同来源油脂的潜在应用方向
根据脂肪酸组成的特点，不同来源的发酵油脂显示出不同的应用潜力。来源于金枪鱼脊柱的油脂饱和脂肪酸含量极高（约300 mg/g油脂），其中C16-C18化合物占比超过72%，其计算得到的十六烷值高、碘值低，显示出作为第二代生物柴油原料的潜力。而来源于贻贝副产物（附生生物、碎肉与幼体）的油脂，则富含多不饱和脂肪酸，特别是Omega-3系列中的二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸。经过四周发酵后，从真菌菌体中提取的油脂，其Omega-6与Omega-3的比例达到了1:1至5:1的健康范围，表明其在营养食品或功能性食品配料领域具有应用价值。
本研究得出结论，利用米曲霉通过固态发酵工艺，可以有效将渔业、水产养殖和罐头工业的副产物转化为具有附加值的微生物油脂。这一生物转化过程不仅显著提高了原料的脂质含量，还优化了脂肪酸的组成。根据产物的特性差异，金枪鱼脊柱衍生油脂适合作为生物柴油的潜在原料，而贻贝副产物衍生油脂则更适用于营养健康领域。这项工作首次系统地证明了海洋加工废弃物作为固态发酵基质生产微生物油脂的可行性，是蓝色生物技术领域的一项重要进展。它为解决海洋废弃物处置难题、开发新型可再生油脂资源、以及推动食品和能源行业的可持续发展提供了创新的技术思路和实验依据，完美契合了循环经济理念和2030年可持续发展议程的目标。未来，通过优化发酵工艺和提取技术，有望进一步提高脂质产量并精准调控脂肪酸谱，从而推动这项技术向产业化应用迈进。
