乳酸是一種重要的有機(jī)酸，用途廣到你可能想不到：既能做食品添加劑（比如酸奶里的酸味來(lái)源），更能作為原料合成聚乳酸（PLA）——這種可降解材料能替代傳統(tǒng)塑料，解決白色污染問(wèn)題。

但傳統(tǒng)乳酸生產(chǎn)多依賴玉米、甘蔗等糧食作物，成本高還會(huì)擠占口糧。而秸稈里的葡萄糖、木糖等單糖，正是生產(chǎn)乳酸的“非糧原料”——用它們做乳酸，既解決了秸稈浪費(fèi)問(wèn)題，又降低了對(duì)糧食的依賴，堪稱“一箭雙雕”。

微生物的“工作流程”：吃進(jìn)去單糖，產(chǎn)出來(lái)乳酸

簡(jiǎn)單說(shuō)，秸稈單糖變?nèi)樗岬倪^(guò)程，就是微生物“吃”單糖，經(jīng)過(guò)代謝反應(yīng)“排”出乳酸的過(guò)程。聽起來(lái)簡(jiǎn)單，實(shí)則是一場(chǎng)精密的“生化反應(yīng)大戲”。

核心“工人”：哪些微生物能產(chǎn)乳酸？不是所有微生物都能完成這個(gè)任務(wù)，目前常用的“主力”是兩類：

• 乳酸菌：比如 Lactobacillus（乳桿菌屬），是產(chǎn)乳酸的“老牌選手”，效率高、專一性強(qiáng)；

• 基因工程菌：比如經(jīng)過(guò)改造的大腸桿菌、酵母菌，能“吃掉”更多種類的單糖（比如木糖），還能提高乳酸產(chǎn)量。

  這些微生物就像一個(gè)個(gè)“微型工廠”，單糖進(jìn)入它們體內(nèi)后，會(huì)通過(guò)特定的代謝路徑被轉(zhuǎn)化成乳酸。

  單糖變?nèi)樗岬摹吧窂健保簝刹阶叩木芊磻?yīng)

  微生物產(chǎn)乳酸的過(guò)程，本質(zhì)是糖的無(wú)氧代謝（也叫發(fā)酵），核心路徑可以簡(jiǎn)化為兩步：

  第一步：?jiǎn)翁恰安鸾狻背杀?/span> 不管是葡萄糖還是木糖，先在微生物體內(nèi)被“拆”成一個(gè)叫丙酮酸的中間產(chǎn)物。

• 葡萄糖的拆解路徑很成熟，就像走“高速路”，快速高效；

• 木糖的拆解相對(duì)復(fù)雜，像走“鄉(xiāng)村小路”，需要特定的酶幫忙（比如木糖異構(gòu)酶），這也是為什么很多微生物原本“不愛(ài)吃”木糖，需要改造的原因。

  第二步：丙酮酸“變身”乳酸 丙酮酸在乳酸脫氫酶的作用下，加上還原劑（NADH）的“助攻”，最終變成乳酸。這個(gè)過(guò)程就像“流水線的最后一步”，專一性很強(qiáng)——只要丙酮酸足夠，乳酸就能穩(wěn)定產(chǎn)出。

  提高乳酸產(chǎn)量的“小技巧”：給微生物“搭好舞臺(tái)”

  想讓微生物多產(chǎn)乳酸，光有單糖不夠，還得給它們創(chuàng)造合適的“生長(zhǎng)環(huán)境”，這幾點(diǎn)很關(guān)鍵：

1. 控制氧氣：多數(shù)產(chǎn)乳酸的微生物“討厭氧氣”，無(wú)氧或微氧環(huán)境下產(chǎn)量更高（避免丙酮酸被分流成其他產(chǎn)物）；

2. 調(diào)節(jié)pH：乳酸是酸性的，積累多了會(huì)抑制微生物活性，需要加石灰、氨水等“中和劑”，把pH維持在6~7的舒適區(qū)間；

3. 溫度適宜：不同微生物“怕冷怕熱”不一樣，比如乳桿菌適合30~40℃，基因工程菌可能需要37℃左右；

4. “喂飽”單糖：既要保證葡萄糖、木糖的濃度足夠（不能讓微生物“餓肚子”），又不能太高（否則會(huì)“齁著”抑制生長(zhǎng)）。

從實(shí)驗(yàn)室到工廠：規(guī)模化生產(chǎn)的“攔路虎”

雖然原理清晰，但想讓秸稈單糖產(chǎn)乳酸走向工業(yè)化，還有幾個(gè)難題要攻克：

1. 木糖利用率低：很多微生物“偏愛(ài)”葡萄糖，對(duì)木糖“不感冒”，導(dǎo)致半纖維素轉(zhuǎn)化的木糖被浪費(fèi)。現(xiàn)在通過(guò)基因編輯，讓微生物“學(xué)會(huì)”高效利用木糖，能提高總產(chǎn)率；

2. 乳酸純度：發(fā)酵液里除了乳酸，還有微生物菌體、殘留糖等雜質(zhì)，提純成本不低。新的分離技術(shù)（比如電滲析）正在降低這部分成本；

3. 副產(chǎn)物少：理想狀態(tài)是“只產(chǎn)乳酸”，但有些微生物會(huì)偷偷產(chǎn)乙酸、乙醇等副產(chǎn)物，需要通過(guò)篩選菌株或改造基因來(lái)避免。

秸稈乳酸的未來(lái)：不止是“可降解塑料”

用秸稈單糖生產(chǎn)的乳酸，最大的價(jià)值是作為聚乳酸（PLA） 的原料——PLA能生物降解，埋在土里幾個(gè)月就會(huì)被微生物分解，再也不用擔(dān)心中“白色污染”的難題。

 圖源：豐原生物官網(wǎng)、山西證券研究所

除此之外，它還能用于食品保鮮、醫(yī)藥（比如可降解縫合線）、化妝品等領(lǐng)域。未來(lái)，當(dāng)成本進(jìn)一步降低，秸稈乳酸有望取代石油基原料，成為“綠色材料”的主力。

關(guān)于我們

文章來(lái)源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載由微信公眾號(hào)“PLA技術(shù)員 生物基可降解材料”原創(chuàng)，是出于傳遞更多信息之目的，非本平臺(tái)觀點(diǎn)。若有來(lái)源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)及時(shí)與我們聯(lián)系，我們將及時(shí)更正、刪除。