通过食品废弃物与填埋场渗滤液共发酵过程中的短期热处理调控手性乳酸的生物合成

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Regulating Chiral Lactic Acid Biosynthesis via Short-Term Thermal Pretreatment during Cofermentation of Food Waste and Landfill Leachate

厌氧发酵食品废物制备手性乳酸（LA）受原料利用率低和产物谱宽泛限制，本研究探究35-75℃短时热预处理对LL调控下LA生产的影响。结果显示T-35和T-65产率达44.6 g COD/L，显著高于其他处理组，且L-型LA占比73.8%-94.5%。热预处理增强有机质溶出与水解，T-35和T-65中LAB（以 Enterococcus、Streptococcus 为主）占比达84.2%-92.8%，而T-75下降至56.1%。KEGG分析显示代谢途径中碳水化合物代谢、膜运输及糖酵解显著上调，网络分析指出LL中氨是关键驱动因素，与优势LAB呈正相关。研究提出LA回收技术兼具经济与环境效益，为固废资源化提供新路径。

　　

将食物废弃物（FW）通过厌氧发酵转化为手性乳酸（LA）有助于实现基于生物的循环经济，但该过程受到底物利用率低和产品种类繁多的限制。本研究探讨了在35°C（T-35）、45°C、55°C、65°C（T-65）和75°C下进行短期热处理对利用垃圾填埋场渗滤液（LL）进行食物废弃物发酵过程中乳酸产量的影响。在T-35和T-65条件下，乳酸的最高产量约为44.6克COD/L，显著高于其他反应条件下的产量（29.8–36.6克COD/L）。L-乳酸是主要产生的异构体（占比73.8–94.5%）。较高温度的热处理增强了乳酸菌的溶解性和水解作用。参与发酵的乳酸菌主要包括Enterococcus、Streptococcus、Bavariicoccus和Trichococcus，在T-35条件下的占比为84.2%，在T-65条件下为92.8%，但在T-75条件下这一比例降至56.1%。KEGG通路分析显示，在最佳热处理条件下，碳水化合物代谢、膜转运、糖酵解以及Embden–Meyerhof–Parnas途径相关基因的表达上调。网络分析表明，垃圾填埋场渗滤液中的氨是影响乳酸产量的关键因素，并与主要发酵菌株呈正相关。此外，还全面讨论了乳酸菌对温度的非线性响应机制。最后，本文提出了从食物废弃物和垃圾填埋场渗滤液中回收乳酸所带来的经济和环境效益。本研究阐明了特定热处理方法在促进乳酸发酵以及提升固体废物管理可持续性和安全性方面的有效性。