乳酸是一种多用途的绿色平台化合物，以乳酸为单体合成的聚乳酸塑料被认为是石化塑料的最佳替代品之一。聚乳酸的大量需求导致降低乳酸发酵成本迫在眉睫，利用木质纤维素原料生产乳酸成为目前的研究热点。然而，受限于乳酸生产菌种，以木质纤维素为底物进行乳酸发酵时，通常分为多个独立的的操作单元（如原料预处理、半纤维素水解液脱毒与发酵、纤维素酶解、纤维素水解液发酵）导致发酵效率不高，影响了木质纤维素发酵生产乳酸的工业化进程。
近日，过程工程研究所万印华研究员的团队分离得到一株高温乳酸生产菌Bacillus coagulans IPE22。该菌株能够利用葡萄糖、木糖和阿拉伯糖同型发酵生产乳酸，并且对木质纤维素水解液中多种发酵抑制物具有的耐受性。针对B. coagulans IPE22特点，建立了以小麦秸秆为底物的高温发酵集成工艺：小麦秸秆经稀酸预处理后，无需固液分离和脱毒步骤，直接进行同步糖化共发酵生产乳酸（图1）。该工艺节省了设备投入和能耗，显著降低了生产成本，为木质纤维素生物转化乳酸研究提供了一种新策略。相关研究结果发表在Bioresource Technology（2014, 158: 396-399）。以此为基础, 进一步利用自主研发的动态旋转膜生物反应器（图2）开展了基于膜耦合技术的重复批次发酵研究，利用小麦秸秆水解液中混合糖（葡萄糖、木糖和阿拉伯糖）52℃发酵生产乳酸（图3）。通过重复批次培养，发酵体系可以获得高浓度细胞，B. coagulans IPE22实现了对葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的同步利用，生产强度是批次发酵的2.33倍。同时，由于发酵过程为开放式操作，培养基和设备无需灭菌，可进一步降低生产成本。该方法易于工艺放大，具有广阔的工业应用前景, 部分研究结果发表在Bioresource Technology（2014, 163: 160-166）。
相关研究得到了国家自然科学基金、中国科学院创新团队国际合作伙伴计划和生化工程国家重点实验室资助。
图1 以小麦秸秆为底物的同步糖化共发酵过程
图2 动态旋转膜生物反应器
图3 基于膜耦合技术的重复批次发酵过程
（生化工程介质与设备创新团队 张玉明）
