稻草一步法乳酸生产：酶预处理-糖化与微生物共发酵耦合的整合生物加工过程

平台化学品和生物材料的全球需求促使我们寻求可持续策略，并结合废弃物高值化利用，以实现乳酸（LA）的可持续生产。本研究设计了一种一锅式发酵策略，在稻草底物上采用自主制备的木质素降解酶和糖化酶，并结合由可共发酵己糖和戊糖的微生物组成的复合菌系。通过对稻草化学预处理与酶法预处理的比较研究，选定自主制备的木质素降解酶生物预处理作为该一锅式策略的预处理方式。 本研究发现，稻草同步预处理与糖化后，采用干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）-鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）体系进行乳酸发酵（35.58 g/L）的效率高于干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）-戊糖乳杆菌（Lactobacillus pentosus）体系（29.80 g/L）。因此，选择了L. casei-L. rhamnosus体系（CR体系），并进一步采用响应面法（RSM）进行统计优化，使乳酸产量达到64.96 g/L。 通过离子交换色谱对发酵液进行脱色和纯化，最终获得纯度为85.56%、光学纯度为84.95%的乳酸。该一锅式发酵策略在不降低产量和纯度的前提下，通过更加绿色的途径减少了以稻草合成乳酸所涉及的单元操作数量。在一锅体系中使用自主制备的酶和产乳酸菌复合菌系，为乳酸的可持续生产提供了一种战略性方法。该生物工艺路线以及在上游、发酵和下游处理中尽可能少地使用化学品，进一步提高了该工艺的碳减排效益。

平台化学品和生物材料的全球需求促使我们寻求可持续策略，并结合废弃物高值化利用，以实现乳酸（LA）的可持续生产。本研究设计了一种一锅式发酵策略，采用自主制备的木质素降解酶和糖化酶处理稻草，并结合可共发酵己糖和戊糖的微生物联合体系。通过对稻草化学预处理与酶法预处理的比较研究，选定了采用自主制备木质素降解酶的生物预处理作为该一锅式策略的预处理方法。

本研究发现，稻草同步预处理与糖化后，采用干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）-鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）体系进行乳酸发酵（35.58 g/L）的效率高于干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）-戊糖乳杆菌（Lactobacillus pentosus）体系（29.80 g/L）。因此，选择了L. casei-L. rhamnosus体系（CR体系），并进一步采用响应面法（RSM）进行统计学优化，最终获得64.96 g/L的乳酸产量。

发酵液经脱色和离子交换色谱纯化后，得到纯度为85.56%、光学纯度为84.95%的乳酸。该一锅式发酵策略在不降低产率和纯度的前提下，通过更为绿色的途径减少了以稻草合成乳酸所涉及的单元操作数量。自主制备酶制剂与乳酸生产菌联合体系在一锅体系中的应用，为乳酸的可持续生产提供了一种战略性方法。上游处理、发酵过程及下游加工过程中生物途径的采用以及化学品使用量的最小化，进一步提升了该工艺的碳减排效益。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.03.729808v1?rss=1

🏷️ 乳酸发酵 稻草生物炼制 一锅式发酵 酶预处理糖化 复合菌共发酵