Page 79 - 《精细化工》2021年第12期
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第 12 期 王洪亮，等: 生物质转化制备乳酸及其酯类物质研究进展 ·2441·
在这种条件下生长的菌株。然而，由于酿酒酵母在 导地位，从而提高乳酸的产率。该方法尽管在单一
厌氧条件下主要产生乙醇，在利用其进行乳酸发酵 菌种发酵过程中也能运用，但效果不明显 [39] 。
时，大量副产物乙醇的分离成为亟待解决的问题。 此外，利用基因工程将不同微生物中与产乳酸
基于此，ISHIDA 等 [29] 研发了一种代谢工程酵母， 有关的优势基因整合到同一种菌株上，也能显著改
通过基因编码使表达 LDH 的酵母可将葡萄糖高选 善菌株品质。例如，利用靶向基因工程克隆来自戊
择性转化为乳酸，在中和条件下可得到高达 62.2% 糖乳杆菌木糖调节子中的两个基因 Xy-lP 和 XylQ，
的乳酸产率。纤维二糖等低聚糖是纤维素水解后的 并将其整合到普通乳酸菌中，可以显著提升普通乳
主要可溶性产物，但有相当大一部分酿酒酵母无法 酸菌对戊糖的利用效率 [40] 。以上研究表明，采用组
降解利用，这对乳酸产率影响极大，因此，提升酵 合菌种或基因工程的手段是提升微生物产乳酸能力
母菌对二糖等低聚糖的利用至关重要。除上文提到 切实可行的策略，这类方法受到越来越多研究人员
的乳酸菌和酵母菌外，还可利用芽孢杆菌 [30-31] 、大 的关注，今后在实际生产中也将大有作为。
肠杆菌等其他菌种发酵碳水化合物产乳酸。面对不 1.3 影响因素
同的培养和发酵条件，利用单一菌种发酵农业废弃 影响微生物发酵产乳酸的因素非常多，除了原
物的效果比混合菌种更突出 [32] 。例如：凝结芽孢杆 料特性及所用菌株外，发酵体系的温度、pH、养分
菌可以在同一个系统中利用不同底物持续地进行发 等因素对微生物代谢产乳酸都有影响。
酵产乳酸 [33] ，实现高效率产乳酸的同时克服发酵体 温度是影响微生物代谢的重要因素，微生物发
系稳定性差的问题。 酵的环境温度不宜过高或过低，否则会影响其发酵
1.2.2 混合菌种 效果甚至造成菌株死亡 [41] 。菌株的最适温度一般通
某些微生物的组合可以在代谢底物的过程中形 过预培养来确定，NANCIB 等 [42] 将酪乳杆菌和乳酸
成协同作用，产生性能稳定的酶系，提高底物的转化 乳球菌放置在 30、32、34 和 36 ℃ 4 种不同的温度
效率和目标产物的产率，是一种新型发酵技术 [34-35] 。 环境下进行培养，试图找出同时适合两种菌株生长
目前，有大量的研究尝试通过人工筛选、组合培养 的环境温度。结果表明，乳酸乳球菌更容易受温度
的方式获得性能优异的混合菌种来生产乳酸。如在 的影响，这说明不同的菌种对温度的敏感程度各不
农业废弃物生物质的青贮过程中，黄光云等 [36] 发现， 相同。徐娟娟 [43] 通过探究不同温度对混合菌种发酵
利用芽孢杆菌、曲霉等好氧微生物与厌氧乳酸菌组 的影响，发现在一定范围内纤维素酶和木聚糖酶的
合发酵，可以促进发酵后期乳酸菌大量增殖，进而 活性会随温度的升高而增强。由于微生物发酵利用
提高了乳酸产率。唐庆凤等 [37] 研究表明，由酵母、 生物体酶系作为催化剂，大部分生物酶都是蛋白质，
乳杆菌和芽孢杆菌组合或者由多种乳杆菌与黑曲霉 不同的蛋白质的热变性温度不一样，所以微生物发
（AN）组合，对木薯渣进行固态发酵，可以显著改 酵受温度的影响在大多数情况下都呈现波动状态。
善发酵后产品的品质，提升乳酸产量。更多的复合 pH 和温度一样，在发酵体系中也需要受到严格
菌种（菌系）不断地被开发出来，但复合菌系发酵 的控制。在发酵过程中，因受到底物消耗和产物（如
过程中的代谢途径复杂、调控困难、副产物较多， 有机酸等）生成的影响，体系的 pH 往往不稳定 [44] 。
这些都是阻碍其发展的重要因素。 因此，在发酵产乳酸时，无论是中间产物、副产物
利用乳酸菌进行发酵时会产生大量的副产物 还是目标产物的积累都会影响微生物的生长和发酵
（如有机酸等），大大增加了后续分离目标产物的成 效果。发酵终产物乳酸的过度积累可使微生物细胞
本和操作难度。研究人员尝试了将不同种类的乳酸 质内的 pH 降低到阈值以下，使得发酵菌株的细胞
菌结合使用，可有效提高糖类的转化率和乳酸的选 功能受到抑制甚至破坏。某些乳酸菌具有很高的耐
择性。ZHANG 等 [38] 发现，共培养体系中植物乳杆 酸性，可以在 pH 为 5 甚至更低的环境中生存，这
菌消耗葡萄糖的速率是短乳杆菌的 5 倍，而短乳杆 就使其在应用上比其他菌株更有优势。目前，已经
菌又可同时消耗葡萄糖和木糖。在乳酸的生产中， 发现了多个耐酸性较强的菌种，如嗜酸乳杆菌 [45] ，
采用植物乳杆菌与短乳杆菌进行共发酵，发酵前期 其具有优异的耐渗透性，可保持自身细胞内部环境
为植物乳杆菌消耗葡萄糖，后期为短乳杆菌消耗木 稳定，从而抵抗不良的外界环境。相较乳酸菌，酵
糖，能有效提高乳酸产率和糖的利用率。为了进一 母菌 [46] 不仅生长速度快，而且耐受 pH 更低，实验
步提升组合微生物的发酵效果，还可以向发酵体系 发现，其在发酵过程中无需加入中和调节剂，这样
中添加一些助剂（调控剂），例如乙酸盐（不抑制乳 的发酵方式值得进一步研究创新和开发利用。
酸的生成），这样不仅能够加快发酵速率，还能够选 虽然大部分乳酸菌为兼性厌氧菌，但一些常用
择性地改善菌类的群落结构，使发酵所需菌种占主 的乳酸菌菌株也存在对 O 2 过于敏感的问题。例如：
