研究实现无中和剂L-乳酸生产
文章导读
你正在为乳酸生产中的石膏废渣问题发愁吗？传统工艺每生产1吨乳酸就要产生近1吨石膏固废，环保压力越来越大。但你可能不知道，真正制约清洁生产的不是发酵技术本身，而是那个看似必不可少的pH中和环节。中科院团队从白酒酿造中发现的特殊酵母，竟能在pH<3.0的强酸环境下正常生长——这个反常识的特性直接让中和剂变得多余。更关键的是，他们通过一个精妙的代谢改造策略，让碳损失从近20%骤降至7.42%。想知道这个突破是如何在不增加成本的前提下，同时解决废渣排放和原料浪费两大难题的吗？
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传统有机酸发酵工艺需添加中和剂，来维持接近中性pH的生产环境，但这会导致后续纯化提取过程中产生大量石膏废渣。此前，为实现有机酸清洁生产，中国科学院微生物研究所研究团队从白酒酿造资源中，筛选获得了具有高鲁棒性的库德里阿兹威氏毕赤酵母。该菌株可在初始葡萄糖浓度>200g/L、pH<3.0的培养环境下快速生长，是实现有机酸发酵的理想底盘细胞。研究团队通过代谢工程改造，研究出无需中和剂的L-乳酸发酵工艺，并系统阐述了非常规酵母在有机酸生物制造领域的应用潜力与发展前景。
近期，研究团队对该菌株开展进一步改造，通过强启动子替换，实现关键酶的精细表达，有效平衡了代谢通量与胞内氧化还原状态。研究同时引入了乳酸转运蛋白，提升了菌株耐酸性能、乳酸外排效率，以及乳酸发酵性能。
为推动该工艺的工业化应用，团队进一步开发了低成本无机盐培养基，其中酵母提取物仅为0.03g/L。在此基础上，团队系统比较了不同发酵工艺的糖酸转化效率。结果表明，在pH受控条件下制备高活性种子液，且发酵过程中不添加任何中和剂的工艺方案，可明显降低发酵初期的碳损失。与传统工艺相比，该工艺二氧化碳排放率由19.94%降至7.42%，碳流向L-乳酸的分配效率提升至 91.01%，实现了碳源的高效利用。
这项研究打破了乳酸工业化生产对中和剂的长期依赖，显著降低石膏固废排放，为聚乳酸产业链的绿色升级提供了关键技术支撑。
相关研究成果发表在《生物技术趋势》（Trends in Biotechnology）上。研究工作得到科学技术部、北京市的支持。
非常规耐酸酵母实现无中和剂L-乳酸生产
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