Page 78 - 《精细化工》2021年第12期
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            5-甲基糠醛等），而通过对发酵菌种进行驯化或基因                           催化糖类物质生产乳酸。直到目前，利用乳酸菌发
            改造，能够在一定程度上解决该问题。AULITTO 等                  [13]   酵产乳酸的方法依然占大多数，只有少数工艺使用
            利用名为 MA-13 的凝结芽孢杆菌预先适应木质纤                          霉菌或者其他菌种        [22-23] 。乳酸菌（Lactobacillus）属于
            维素热化学预处理后的体系，发现通过预适应（驯                             革兰氏阳性耐气厌氧型菌           [24] ，能够利用单糖和二糖发
            化）的菌株可以提高乳酸产量，有效缓解副产物对                             酵生产乳酸。根据发酵方式的差异，可进一步分为
            发酵的不利影响。生物法利用酶、细菌、真菌或复                             同型发酵菌和异型发酵菌。同型发酵菌可通过糖酵
            合菌系对木质纤维素进行预处理。生物预处理中单                             解（EMP）途径分解葡萄糖，在无氧条件下将丙酮
            一的酶解效果往往较差，完整的水解酶系可以取得                             酸转化为乳酸，如图 3 所示。异型乳酸菌可分为通
            较理想的效果       [17] 。例如，纤维素酶是由内切和外切                  过戊糖磷酸酮醇酶途径（PK-P）发酵的强制异型种和
            β-1,4-葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶等多种酶构成的复杂                        通过 EMP-P 或者 PK-P 途径发酵的兼性异型种             [25] 。
            酶系，可协同水解纤维素得到高产率葡萄糖                     [18] 。此
            外，为了提升纤维素酶的水解效果还可以在预处理
            体系中加入半纤维素酶、木质素过氧化物酶等酶                      [19] 。
                 木质纤维素结构复杂，预处理难度较大、成本
            高，影响预处理效果的因素多，开发绿色、高效、
            廉价的预处理体系是生物质炼制研究中的热点。近
            几年，新型预处理技术不断涌现，如高压水力剪切、
            脉冲电场作用、高能射线辐照、离子液体处理等。
            这些方法通过高功率能量输入或利用对生物质具有
            良好溶解性能的溶剂来分离、活化木质纤维素组分。
            然而，这些预处理技术大都存在成本过高、能耗较
            大和过程放大困难等问题，基本都还处于实验室研
            究阶段，需进一步完善           [13,16] 。
            1.1.2   乳酸发酵
                 发酵阶段即利用微生物代谢作用将经过预处理
            的原料（可发酵糖）进一步发酵转化成乳酸。此时
            为保证微生物处于最佳活性状态，需要严格控制发
            酵环境的 pH、温度、底物浓度等条件。其中，利用                              图 3   乳酸菌转化葡萄糖产乳酸主要发酵途径              [26]
            人工筛选和基因改造发酵菌株能够有效提高乳酸的                             Fig. 3    Main pathways of glucose conversion to lactic acid
                                                                     by lactobacillus [26]
            产率和光学纯度。例如，筛选、培养可高选择性生
            成乳酸光学异构体的菌种（如 Enterococcus mundtii                     一般情况下，己糖容易被乳酸菌发酵生成乳酸，
            QU 25），可以有效简化外消旋乳酸的分离和提纯工                          而半纤维素中大量存在的戊糖不能被发酵，所以利
            艺 [20-21] 。                                        用 戊糖发 酵的 技术是 乳酸 发酵研 究的 重点 。
                 发酵结束后，传统的分离提纯方法是往反应体                          WISCHRAL 等    [27] 通过利用戊糖乳杆菌 ATCC8041
            系中添加碳酸钙以形成乳酸钙，然后再用硫酸酸化                             发酵半纤维素，底物转化率达 71%，乳酸产率可达
            分离出乳酸。目前还可以通过膜过滤、离子提纯、                             0.34 g/(L·h)。ABDEL-RAHMAN 等    [23] 发现，利用车
            电渗析、反应萃取等方法将产物分离和提纯，最终                             前草菌株通过磷酸戊糖途径（PP）可以使木糖和阿
            获得较纯的乳酸        [21] 。                              拉伯糖生成乳酸。虽然常用菌种乳酸菌发酵条件要
            1.2   发酵菌种                                         求低，在较广的温度、pH 范围中表现良好，但依然
                 微生物发酵过程中常用的菌类有以酵母、木霉                          面临着微生物活性不稳定、产物提纯困难等共性问
            等为代表的真菌和以乳酸菌等为代表的细菌                     [21] 。不    题 [25] ，若解决好这些问题则乳酸菌发酵将拥有更好
                                                                         [4]
            同的菌类有其独特的培养条件，有的对发酵环境条                             的发展前景 。
            件要求低，有的可利用底物范围广，还有的可以与                                 与乳酸菌相比，酵母菌（如酿酒酵母）对低 pH
            其他菌类共培养。本文就单一菌种和混合菌种两种                             环境更具耐受力，就上文提到的乳酸盐酸化问题，
            类型分别进行总结与分析。                                       酵母菌更具优势。COLA 等           [28] 发现，在非缓冲培养
            1.2.1   单一菌种                                       基中 50 mmol/L 乙酸对菌类具有较高的毒害作用，
                 早期，人们通常利用一种微生物或单一的酶来                          而 SA-1 工业酵母菌株是所有实验菌株中唯一能够
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