β-葡聚糖因其优异的抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗炎及免疫增强等生物特性，广泛应用于医药、营养食品、化妆品和动物健康等领域，全球市场估值达3.4亿美元。目前，β-1,3-葡聚糖主要来源于酵母、谷物、真菌和细菌，但纯度普遍不高。裸藻（Euglena gracilis），又称绿虫藻或眼虫，是一种生活在淡水中的单细胞微藻，其在光合自养或异养下能够合成高纯度的β-1,3-葡聚糖。2012年裸藻已通过FDA的GRAS食品安全认证，2013年被我国批准作为新型食品及食品添加剂使用。

裸藻主要以葡萄糖为碳源异养发酵进行工厂化大规模生产。青岛能源所微生物制造工程中心提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。研究团队首先通过摇瓶实验筛选最优培养基组成及培养条件，评估间歇式乙醇投加的分批补料模式对发酵过程的影响，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变化的多尺度发酵动力学模型。利用裸藻在5 L发酵罐中不同乙醇和氨氮流加方式下的发酵数据进行模型参数优化，成功将发酵工艺放大至10 L和50 L发酵罐规模，发酵速率达到0.95 g/L/h, 发酵周期仅为88.5 h，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85.5 g /L，副淀粉含量为73%。本研究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，并展示了动力学建模在发酵过程工艺放大中的重要作用。

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，面临资源瓶颈及粮食安全压力，因而寻找绿色、可持续发展的非粮替代碳源对于生物制造发展具有重大意义。目前，利用CO₂光催化、电催化及化学催化转化技术已能够成功制备甲醇、甲酸、乙醇、乙酸等小分子有机化合物，但其工业化应用及经济性仍具挑战。本研究将乙醇作为非粮碳源，进行高密度裸藻发酵，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，具有重要示范意义。

图1 以乙醇为底物的裸藻高密度发酵生产β-1,3-葡聚糖工艺开发

相关研究成果以“Euglena gracilis fermentation and kinetic scaleup using ethanol as substrate for β-1,3-glucan paramylon production”为题发表在国际期刊Chemical Engineering Journal。青岛能源所博士后李璐与中国海洋大学硕士毕业生赵鹏森为本文共同第一作者，青岛能源所副研究员陈林、中国海洋大学教授张朝晖与青岛能源所研究员吕雪峰为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金及青岛能源所所长基金等项目经费支持。(文/图 李璐、刘天中)

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163685

Li Lu#; Zhao Pengsen#; Yu Jiang; Wang Yongqiang; Zhou Wenjun; Chen Lin*; Zhang Zhaohui*; Liu Tianzhong; Lu Xuefeng*; Euglena gracilis fermentation and kinetic scaleup using ethanol as substrate for β-1,3-glucan paramylon production, Chemical Engineering Journal, 2025, 515.DOI:10.1016/j.cej.2025.163685.