在生物医药技术的广阔天地中，一项关于裸藻高密度发酵生产β-1,3-葡聚糖的研究近日取得了令人瞩目的成果。这项技术不仅为β-葡聚糖的生产开辟了新的路径，还为实现绿色生物制造和可持续发展提供了重要支撑。

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一、β-葡聚糖：生物医药领域的璀璨明星

β-葡聚糖，因其卓越的抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗炎及免疫增强等生物特性，在医药、营养食品、化妆品和动物健康等多个领域展现出了广泛的应用前景。全球市场对其需求持续增长，估值已达3.4亿美元。然而，传统的β-1,3-葡聚糖来源如酵母、谷物、真菌和细菌，其纯度普遍不高，难以满足高端生物医药领域对高品质原料的需求。

 

二、裸藻：自然赋予的生物制造瑰宝

裸藻（Euglena gracilis），一种生活在淡水中的单细胞微藻，以其独特的光合自养和异养能力，成为了生产高纯度β-1,3-葡聚糖的理想选择。自2012年通过FDA的GRAS食品安全认证，并在2013年被我国批准为新型食品及食品添加剂以来，裸藻在生物医药领域的应用潜力逐渐得到挖掘。

 

三、技术革新：以乙醇为碳源的高密度发酵工艺

青岛能源所微生物制造工程中心的研究团队，通过深入探索与实践，成功开发出了一种以乙醇为碳源、氨氮为氮源的高密度裸藻发酵生产β-1,3-葡聚糖的方法。这一技术革新，不仅突破了传统以葡萄糖为主要发酵原料的模式，还为生物制造领域带来了绿色、可持续的发展新路径。

生物医药产业大会了解到，研究团队首先通过摇瓶实验，筛选出了最优的培养基组成及培养条件。在此基础上，他们评估了间歇式乙醇投加的分批补料模式对发酵过程的影响，并建立了包括乙醇与氨氮消耗、藻细胞生长、细胞组成、溶氧浓度（DO）以及pH变化在内的多尺度发酵动力学模型。这一模型的建立，为后续的发酵工艺放大提供了坚实的理论基础。

利用裸藻在5L发酵罐中不同乙醇和氨氮流加方式下的发酵数据，研究团队对模型参数进行了优化，并成功将发酵工艺放大至10L和50L发酵罐规模。实验结果显示，发酵速率达到了0.95g/L/h，发酵周期仅为88.5h，比以葡萄糖为碳源的发酵速率提高了3至4倍，发酵周期缩短了一半以上。最终生物量达到85.5g/L，副淀粉含量为73%，这一成果不仅凸显了以乙醇作为底物的裸藻发酵生产β-1,3-葡聚糖的工艺优势，也展示了动力学建模在发酵过程工艺放大中的重要作用。

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四、绿色生物制造的示范意义

在全球积极推进绿色生物制造的大背景下，传统以葡萄糖为主要发酵原料的模式因依赖粮食资源，正面临资源瓶颈及粮食安全压力。而这一研究将乙醇作为非粮碳源进行高密度裸藻发酵，不仅为β-1,3-葡聚糖的生产提供了更为环保、可持续的原料来源，还为化学-生物融合路径下CO2的快速工业化利用和高值化转化提供了新思路。这一成果不仅具有重要的科学价值，还展现出了广阔的市场应用前景。

 

五、结语与展望

随着生物医药技术的不断发展，对高品质原料的需求将日益增长。裸藻高密度发酵生产β-1,3-葡聚糖技术的成功研发，无疑为生物医药领域注入了新的活力。未来，我们有理由相信，在科研人员的共同努力下，这项技术将不断完善和优化，为更多领域的高质量发展贡献智慧与力量。同时，生物医药产业大会也期待更多像裸藻这样的自然瑰宝被发掘和利用，共同推动生物医药技术和绿色生物制造的蓬勃发展。

 

文章来源：中国科学院青岛生物能源与过程研究所