《International Journal of Biological Macromolecules》：In situ microplastics immobilization by bacterial cellulose-producing strain,
Novacetimonas hansenii PA9
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本研究通过原位细菌培养生成可生物降解的纳米纤维素基质，利用筛选得到的Novacetimonas hansenii PA9菌株固定微塑料（PE），优化培养条件（30℃、7天、2%葡萄糖）使BC产量提升170%，并验证其通过酶解回收90%以上PE的高效性和生态友好性。
曾逸生（Yi-Sheng Tseng）|维尔玛·维尔玛（Marvi Verma）|阮清彬（Thanh-Binh Nguyen）|陈秋文（Chiu-Wen Chen）|董成迪（Cheng-Di Dong）
台湾高雄科技大学水产科学技术研究所，高雄市，81157
摘要
本研究开发了一种利用可生物降解的纳米纤维素通过原位细菌培养去除微塑料的生物固定化方法。在优化了纳米纤维素（BC）生产培养条件后，筛选出一种能够固定微塑料的细菌纤维素生产菌株——Novacetimonas hansenii PA9。将N. hansenii PA9在含有2%葡萄糖的HS培养基中于30°C下培养7天，获得了最佳的8.87克/升的BC产量。与20毫升玻璃管相比，在250毫升烧瓶中进行静态扩大培养后，BC产量提高了170.02%。加入2克/升至10克/升的聚乙烯（PE，平均粒径125微米）后，经过48小时的微生物培养，微塑料的固定率达到100%。通过纤维素酶的酶解作用，可以回收BC基质中固定化的PE的90%以上。N. hansenii PA9是一种潜在的菌株，能够生产出高纯度、高结晶度和高强度的BC，作为一种优异的可生物降解和环保材料用于微塑料的去除。
引言
微塑料是一种新的污染物，由塑料废物通过复杂的物理和化学过程分解形成[1]。粒径小于5毫米的塑料颗粒被称为微塑料。聚乙烯（PE）常用于渔业中的网和绳索，成为水环境中微塑料的主要成分[2]。在水生系统中，微塑料能够吸附持久性有机污染物、多环芳烃、多氯联苯和重金属[1][3]，并附着微生物病原体[4]，从而对水生生态系统造成严重威胁。因此，开发有效的策略来去除水环境中的微塑料至关重要。
关于水环境中微塑料去除的研究主要集中在混凝和膜技术上[5][6]。传统的能源密集型工艺使用了不可生物降解的合成材料，导致二次污染问题以及大量的后处理过程[7]，这凸显了开发用于去除微塑料的生物材料的必要性。一种由植物蛋白制成的可生物降解海绵材料实现了81.2%的微塑料吸附能力[8]。一种基于壳聚糖的结构海绵与氧化石墨烯结合使用，能够去除聚苯乙烯、羧基修饰聚苯乙烯和胺修饰聚苯乙烯上超过70%的微塑料[9]。微生物对微塑料的酶降解作用已在真菌和细菌上得到了广泛研究[10]。真菌颗粒化技术已被应用于从聚苯乙烯和聚（甲基丙烯酸甲酯）中去除微塑料[11]。然而，利用细菌培养生物工艺去除水环境中的微塑料的应用尚不明确。
细菌纤维素（BC）主要由Acetobacter和Gluconacetobacter产生[12]。BC具有优异的结构特性，如孔隙率、吸水性、保水能力、表面积、结晶度、机械强度和生物相容性[13][14]，这些特性使其在生物医学应用[15]、食品包装[16]以及用于生物修复环境污染物（如重金属、蛋白质、染料和油性乳液）的可生物降解吸附剂中得到应用[17]。基于BC的材料，如生物聚合物、水凝胶和生物絮凝剂，被用于通过过滤、吸附和混凝-絮凝-沉淀法去除微塑料[7]。BC还可以作为生物絮凝剂，在微生物培养过程中用于收集、固定和嵌入微藻[18]和蓝细菌[19]。然而，利用产BC的细菌在水溶液中固定微塑料的应用仍有待探索。
本研究旨在利用新的筛选菌株Novacetimonas hansenii PA9，在水溶液中原位生产可生物降解的BC基质以固定微塑料（PE）。确定了评估N. hansenii PA9 BC生产潜力的参数，包括碳源、培养温度、培养时间和pH值。使用SEM、XRD、FTIR、TGA和拉伸强度等方法分析了BC的物理和化学特性。通过静态和搅拌培养方法评估了BC的原位固定效率和去除PE的能力。还研究了BC的原位和离体固定动态、效率以及固定PE的酶解回收情况。研究表明，N. hansenii PA9菌株能够通过原位细菌培养有效利用可生物降解的BC来固定微塑料。
章节片段
筛选BC生产潜力菌株
从台湾高雄南势市场的本地市场收集了水果样本。将腐烂的水果以1:20（固体：溶液，w/w）的比例放入100毫升20%葡萄糖溶液中，在30°C下静态培养7天。在气液界面形成膜的样本被选为筛选过程的候选者。将样品接种到含有5毫升HS培养基（成分：2%葡萄糖、0.5%酵母提取物、0.5%蛋白胨、0.375%氢氧化钠）的玻璃管中。
筛选BC生产潜力菌株
在初步筛选过程中，葡萄、菠萝和番石榴样本形成的膜较少，而龙眼和木瓜样本被选为细菌分离的对象。每个分离株分别接种到HS培养基中，发现PA9菌株产生的膜最多，因此被选为进一步鉴定对象。根据NCBI数据库中16S rRNA基因的邻接连接系统发育分析，该菌株的相似度为100%
结论
本研究展示了通过培养产BC的微生物菌株实现微塑料的生物去除，这些菌株将微塑料固定到纳米纤维素基质中。从腐烂水果中筛选出的N. hansenii PA9产生的BC质量和数量均优于商业菌株。扩大培养面积提供了提高BC产量的另一种策略。添加低密度PE颗粒可以为微生物培养提供额外的表面积，从而增强BC的生成效果。
CRediT作者贡献声明
曾逸生（Yi-Sheng Tseng）：撰写初稿、项目管理、方法学设计、数据分析、数据整理。维尔玛·维尔玛（Marvi Verma）：撰写初稿、方法学设计、实验研究、数据整理。阮清彬（Thanh-Binh Nguyen）：审稿与编辑、结果验证、方法学设计、数据整理。陈秋文（Chiu-Wen Chen）：结果验证、方法学设计、概念构思。董成迪（Cheng-Di Dong）：审稿与编辑、项目监督、资源协调、资金争取、概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究的资金来自台湾国家科学技术委员会（NSTC）的资助（编号：113-2222-E-992-003），以及高雄科技大学项目的支持。
