将植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）细胞包裹在介孔硅酸盐基质中，利用这些细胞从乳清中的乳糖生成乳酸

《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Production of lactic acid from whey lactose by Lactiplantibacillus plantarum cells entrapped in a mesoporous silicate matrix

乳清中乳酸的可持续生产：溶胶-凝胶固定化乳酸植物乳杆菌过表达β-半乳糖苷酶的应用。通过优化摇瓶转速、pH和温度，固定化细胞在相同条件下乳酸产量达20.7g/L，较游离细胞提高15.2%，且存活率保持稳定，可冷藏保存3个月。乳清培养基中乳酸转化率最高，验证了该技术对乳清资源化利用的可行性。

　　

Oluwadamilola V. Fadiya | Maria A. Perillo

阿根廷科尔多瓦CONICET生物技术研究所（IIBYT）

摘要

在本研究中，使用溶胶-凝胶二氧化硅基质进行重复批次发酵，以生产乳酸（LA），作为携带Lactiplantibacillus plantarum的载体。该菌株先前通过引入含有E. coli β-半乳糖苷酶（β-Gal）基因的质粒进行了改造。与野生型细菌相比，转化后的L. plantarum (t-L. plantarum)中β-Gal的过表达得到了证实，同时乳酸产量也有所增加。优化了发酵过程中的参数（如搅拌、pH值和温度），以提高乳酸转化率，并通过细胞包封技术实现比游离细胞更高的乳酸产量。比较了乳酸浓度、产率和产量。经过七次循环后，观察到细胞活力几乎没有损失。包封的t-细菌在4°C条件下可至少保存3个月。在相同的优化条件下，固定化细胞的乳酸产量可达20.7g/L，而游离细胞为18g/L。乳酸产量受培养基组成的影响：肉汤＞乳清＞乳糖溶液。我们的结果支持利用t-L. plantarum溶胶-凝胶包封技术从乳清中可持续生产乳酸，从而为这一副产品增加价值，避免其被不当处理。

引言

乳制品行业持续增长，导致乳清成为主要副产品。乳清是牛奶中酪蛋白沉淀后留下的绿色透明液体，是奶酪生产的主要副产品；其中60%的乳清被排放到含水层、废水或土地中，污染周边环境。如果管理不当，强有机废水（如奶酪乳清）可能对环境造成危害（Zandona等人，2021年）。

根据数据估计……

材料

Man、Rogosa和Sharpe（MRS）肉汤培养基从Sigma-Aldrich（阿根廷）购买。乳清来自当地供应商。四乙基正硅酸盐（TEOS）和乳糖测定试剂盒从Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）购买，使用前无需进一步纯化。所有试剂均为分析级。

细菌培养条件和转化

按照常规程序，将甘油保存的L. plantarum接种在MRS琼脂上，并在37°C下培养。选定的菌落被培养在20 mL乳糖（Lac）中。

转化后L. plantarum中β-Gal的表达

图1显示了经超声处理并离心后的L. plantarum细胞上清液的SDS-PAGE凝胶图及其相应的密度谱图，包括野生型（wt）（见图1a）和经IPTG诱导表达β-Gal的转化株（tr）（见图1b）。红色箭头指向β-Gal对应的密度峰，该峰位于分子量标记带的正确位置（见图1c）。图1d展示了……

结论

由于微生物固定化在提高发酵产量（Koutinas等人，2012年；Wang等人，2020年）、重复使用性（Kourkoutas，2004年）和抗污染性（Lacroix C.，2005年；Kanmani等人，2011年）方面的潜在优势，因此对其进行了研究。本研究结果表明，L. plantarum经过转化后能够过表达β-Gal并增强其活性（见图1），同时转化细胞产生的乳酸量也有所增加（见图2）。

CRediT作者贡献声明

Oluwadamilola Victoria Fadiya：撰写原始稿件、数据可视化、方法设计、实验研究、数据分析、数据管理。 Maria Angelica Perillo：审稿与编辑、撰写原始稿件、数据可视化、结果验证、项目监督、资源协调、资金获取、数据分析、概念构思。

未引用的参考文献

Aiello等人，2023年；Bai等人，2003年；Delgado-Macuil等人，2025年；Flores Mamani等人，2019年；Ilieva等人，2023年；John等人，2007年；Kourkoutas等人，2004年；Kumar等人，2014年；Lacroix等人，2005年；Monterroso等人，2024年；Movahedpour等人，2022年；Nguyen等人，2015年；Panghal等人，2018年；Snoep等人，1995年；Straight JV等人，1989年；Tesfaye等人，2019年；Zhao等人，2016年。

利益冲突

作者声明没有潜在的利益冲突。

伦理标准

本文内容为独立研究结果。所有数据均真实无误。参与本研究的人员已在文中明确列出。本研究未涉及动物或人类实验。所有作者均同意发表本文。我们充分了解该声明的法律责任。

本文的研究数据

URI： http://hdl.handle.net/11336/248649

引用数据集

Fadiya, Oluwadamilola Victoria; Perillo, Maria Angelica; (2024): 通过将Lactiplantibacillus plantarum细胞包封在中孔硅酸盐基质中，从乳清乳糖中生产乳酸。阿根廷国家科学技术研究委员会（Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas）（数据集）。 http://hdl.handle.net/11336/248649

资助

本研究得到了CONICET（PUE-17和PIP 2021/2024 11220200103025CO）、SeCyT-科尔多瓦国立大学（项目CONSOLIDAR 33620180100680CB）和Foncyt（PICT 2018-4420）的资助。

利益冲突声明

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务关系/个人关系：Maria Angelica Perillo表示获得了阿根廷国家科学技术研究委员会（Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas）的财务支持和管理支持；此外还获得了国家研究、技术发展与创新促进机构（Agencia Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la Innovación）的财务支持。

致谢

V.O Fadiya是科尔多瓦国立大学（Universidad Nacional de Cordoba）的博士生，感谢CONICET提供的博士奖学金。M.A.P.是科尔多瓦国立大学的正教授兼CONICET的首席研究员。作者们衷心感谢Martin Theumer教授（CIBICI, Conicet-UNC）将V.O引入微生物学实验领域，以及Ines M.Burgos博士（IIBYT, Conicet-UNC）在实验合成方面提供的宝贵建议。