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·24· 生物加工过程 第l卷第l期
在以葡萄糖为碳源，65℃分批培养发酵生产L一乳
酸，转化率分别为60．5％一84．o％和98．7％。P钾ot
etal(1999)报导L⋯，筛选得到能在52℃生长的一株
凝结芽孢杆菌．IB／04，能在培养基不灭菌的条件下
发酵生产乳酸，经条件优化，乳酸的最终浓度为55
±2．5∥L，转化率(生成的乳酸／消耗的蔗糖)为92
±9％，最大乳酸比生产速度r为6．1±o．3g／L·h，
高于嗜温乳酸菌的最大乳酸比生产速度。我国王艳
萍等(1996)L9’和路福平等(1998)⋯发表了芽孢乳酸
菌凝结芽孢杆菌TQ33的筛选及产酸条件研究结
果。1∞3最适生长温度(45—50℃)，厌氧条件下发
酵葡萄糖为L一乳酸，72h，产酸量达到最高为
67．8g／L，其中L一乳酸占96％以上。H谢ballet l
(1993)L1”报导，凝结芽孢杆菌以蔗糖为碳源、5L发
酵罐中，发酵34—48h，乳酸产率(P)为2．50∥L．h，
乳酸质量浓度(c)为3．5B／L，转化率(1，)为O．92g／
g消耗底物，最大产酸质量浓度可达65g／L0与凝
结芽孢杆菌同属一群的左旋乳酸芽孢杆菌也是乳酸
产生菌。DeB0eretal(1990)L121设计了一种气升式
反应器(g∞一lifIre∞tor)，容积170IIlL，用于左旋乳
酸芽孢杆菌连续发酵，葡萄糖浓度50吕／L，pH6．0，30
℃，稀释率D=O．5，转化率为95％，体积产率为13
∥L-h，转化率，，=0．94。自反应器中流出的乳酸质
量浓度<50∥L。
上述几种芽孢杆菌产乳酸量尚低，暂无实际应
用可能，但可望通过补料发酵，或采用发酵和微过滤
膜组件耦合的高细胞密度生物反应器，使细胞浓度
(生物量)增加，则乳酸的产率和发酵效率均会增加。
由于培养基可以不必灭菌，即可直接将这类嗜热芽
孢菌接种发酵，将可节省能源，降低成本，
在乳酸发酵中，产物(乳酸)抑制是限制乳酸发
酵过程的主要因素。采用常规诱变育种手段，提高
菌种耐乳酸的能力是～条有效的途径。蛐i衄咖e帅(1992)u到报导诱变D(一)乳酸产生
菌德氏乳杆菌(血m妇埘m幽BM蜮)A1℃C9649菌
株的结果。作者用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMs)
对该菌株进行诱变，在诱变时同时加入突变稳定剂
一咖啡因。经反复诱变处理，得到耐受产物乳酸能
力增强、生长速率快、转化率高的突变型DP3。最终
产酸浓度DP3为117g／L，野生型则为67∥L，变异株产酸性状相当稳定。眺n＆B眦n(1995)L14J报
导了德氏乳杆菌保加利亚亚种(￡∞妇池“出f一
6M妇s￡却．6zc‘疵瑚)A1℃c55163的选育过程。亲
株R一160为同型乳酸杆菌，胞内存在L(+)乳酸脱
氢酶(L—LDH)和D(一)乳酸脱氢酶(D—LDH)，产
外消旋DL一乳酸。该乳酸菌所产的L(+)乳酸占
70％。采用诱变方法使该菌的D—LDH失活，从而
产生100％L(+)乳酸。作者采用了类似青霉素浓
缩营养缺陷型的经典遗传学方法，创造一种培养条
件，使D—LDH失活，突变型不能生长，而未突变的
细胞可以生长，随即被青霉素杀死。经诱变一青霉
素浓缩筛选处理，最终得到一株D—LDH缺陷型
A1℃c55163，产l∞％L(+)乳酸。在80吨罐规模、
以乳清渗透液为原料，20h乳酸浓度即达到77．8g／
L，产率1．11∥L．h，L(+)乳酸含量占99．6％。米根
霉(冗h如印m研me)是真菌乳酸发酵的代表菌种，异
型发酵，白冬梅等(1999)【15J报导，米根霉soll06，经
uv和戚硫酸二乙酯(DES)诱变，变异株ⅢU5
(soIl06—3)L一乳酸产酸水平达82．65以，对糖转
化率为72．25％，产酸浓度提高了1．3倍。同时糖化
酶的水平也比亲株提高了l，9倍。乔长晟等
(2001)【l6J报导，uv诱变获得的L一乳酸高产突变株
米根霉NAF—032，经发酵条件优化，60h，L一乳酸
积累可达94．28g／L，对糖的转化率为67．96％。郑
佐兴等{1990)L17J以德氏乳杆菌1—1为出发菌，经
uv、DEs、NaN啦等诱变剂处理，筛选出一株产乳酸
高的突变型皿～513，乳酸钙产量由5．8％提高至
9．4％。作者用正交试验对发酵培养基进行优化，乳
酸钙产量达到15％，又比优化前产酸提高了60％，
并缩短了发酵周期1d。以质量分数8％～15％的
玉米粉为原料进行发酵，乳酸钙产量分别为lo％～
18．5％。
重组DNA技术在乳酸菌种选育中的应用也不
乏实例。PicaIa醉。等【”1报导了基因工程菌乳杆菌
MONT4的构建。作者自高温发酵葡萄汁中分离到
一株乳杆菌，能同型发酵L一阿拉伯糖和D一核糖
为乳酸，但缺乏同化木质纤维素中木糖所需的关键
酶一木糖异构酶(xylosei —e『ase)和木酮糖激酶(甲
lulok岫se)。研究者从植物乳杆菌中克隆了编码木
糖异构酶和木酮糖激酶的基因，转入上述乳杆菌中，
构建了同型发酵工程菌MONT4。该工程菌可把含
有木糖的木质纤维素生物质发酵生成乳酸。其转化
率接近理论转化率(约为1．67mol乳酸／lrnol木
糖)，具有潜在的商业应用价值。
Hakki＆Akk哪(2001)L19J报导了米根霉的基因
工程菌构建的研究结果。作者采用乳酸乳球菌
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·26 生蛹加工过程 第1卷第l期
2，3乳酸发酵的新工艺研究
(1)一步法同时糖化发酵工艺技术(ssF)，本工
艺在上一节中已有涉及。unko阿w口aill∞(1996)旧7J
用相对更为简便的ssF法，即把淀粉进行干热(dry
heati呜)，接着用a一淀粉酶、糖化酶及乳酸菌三者混
合一起同时液化、糖化和发酵。作者采用干酪乳杆
菌，接种量10％，自130～170异／L大麦淀粉，产140
—160目厂L乳酸，转化率分别是98％和87％，发酵时
间仅为47h。由于葡萄糖的陆续均衡产生，从而避
免了葡萄糖浓度过高导致对乳酸发酵的抑制。
(2)解除产物(乳酸)抑制的工艺方法．
D8IlrIeretal(2002)【圳设计了超滤膜生物反应器
(MBR)耦联一单极电渗析箱(ED)，构成MBR—ED
单元操作系统，对从堆肥中筛选出来能利用己糖和
戊糖的嗜热脂肪芽孢杆菌Bsll9进行连续发酵生产
乳酸的研究。研究思路有三点：(1)用嗜热细菌(能
在65℃以上生长)，在主原料葡萄糖不必灭菌的条
件下进行乳酸发酵，可克服发酵时的染菌问题；(2)
采用与筒形陶瓷超滤膜相耦联的26．5L生物反应
器，在培养过程中使发酵液中的细胞经过这一错流
膜过滤装置得到循环利用，把细胞生长所需的营养
物质(如酵母膏)的补充减至最小，以节省原料费用；
(3)把发酵与ED单元耦合起来，连续提取产物乳
酸，并初步浓缩及纯化乳酸，克服发酵时发生的产物
抑制作用。这一MBR—ED单元操作系统使乳酸浓
度达到115g／L。在运行l052h后并未测出有微生
物的污染。另外，通遘降低能耗，降低高BoD废水
的排放，将可得到长期的环保效益。cllen削u
(2002)【驯把发酵产生的乳酸，用聚乙烯毗啶
(pol州nyl耐diIle，PvP)和活性炭吸附，研究发现，用
活性炭吸附乳酸和乳酸盐，其效果比PvP更好。
T柚目o＆Ghaly(2002)【”J设计了填充床生物反应器、连
续搅拌罐反应器(PBR／c弧)一固定化细胞操作的
实验系统，观察不同浓度的乳糖和不同水压保留时
间(hvdra_lIlicretenⅡondm，Ⅲ汀)对固定在活性铝土
基质(acⅡ州edaluminaⅫ血ix)上的瑞士乳杆菌(￡∞．
础∞d沁^B№缸m)A7I℃C15009细胞生长、乳糖利用和
乳酸产生的影响。结果表明在这种衄T为起始乳
糖浓度为100∥L，18h时可以得到最佳的乳酸生
产。
C0ttoneIal(2001)⋯采用固定化细胞生物膜反
应器研究乳酸的生成。载体称为塑料复合载体
(pk觚cⅫp∞itesupp0^，Pcs)。Pcs生物膜反应器
的优点是增加乳酸产率，把延迟期缩至最短，耐高浓
度葡萄糖，降低对营养物质的需要以及增加细胞密
度。
cIlell＆L∞(1997)[∞】推荐微孔中空纤维膜(Ⅲicm—
p0ⅢhouownberⅢⅡ1bmne，Ⅷ吓)溶剂萃取法，连续
原位萃取乳酸。发酵菌种用德氏乳杆菌(血砌6∞口．
k出晒n∞崩)NRRI．一B445，乳酸发酵原料用n一纤
维素和柳枝稷(swi汕一肿s)等生物质，硫酸水解预处理。加纤维素酶同时糖化萃取发酵(sinnd岫s
saccha曲cadonaIld。【廿acⅡve向Ⅱ1日ltati∞SSEF)，这种
工艺实际是两个工艺的组合：发酵液的SSF和流经
MHF的萃取工艺。Mold鹤，etal(2001)I∞1等由ssF
一步法把桉树(EucalyptLIsdobulm)木屑转化为乳酸
时，采取多次添加底物、补充新鲜营养和酶、及时除
去乳酸等综合措施，能把酸预处理过的木材转化为
乳酸的效率提高。67％的纤维索转化为乳酸，最大
乳酸浓度为108吕／血3，产率是0．94吕／矗3·h。采用
流加sSF培养可保持培养基中的低葡萄糖浓度和低
乳酸浓度，以避免对酶活性和微生物代谢的抑制。
另外，M0ldesetal(2001)Ⅲ’将SsF技术与离子交换
树脂吸附发酵液中乳酸相耦合，系统运作20h，乳酸
产率达1．18g／L．h。
3结语
乳酸是一种极具发展潜力的精细化学品。由于
它的应用面非常广泛，尤其是可用作合成可生物降
解的聚乳酸产品的原料，后者将有可能代替目前困
扰世界各国的污染环境的白色热塑产品而成为名副
其实的“绿色”环保制品。随着在优良菌种的选育、
发酵工艺技术的改进再加上装备的完善、计算机和
控制技术的应用等方面的技术进步，乳酸发酵技术
将日臻完善、成熟，乳酸的发酵生产将会有重大突
破，乳酸在有机酸市场上将占有重要地位。
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