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丙酸（PA）作为食品防腐剂和化学原料需求大，传统微生物发酵生产 PA 面临生产力低等问题。研究人员以嗜酸丙酸杆菌（P.acidipropionici）FS1026 为对象，优化固定化细胞发酵条件，提高了 PA 产量，为 PA 生产提供新途径，具有工业应用潜力。
在食品和化工领域，丙酸（Propionic Acid，PA）可是个 “大明星”。它既能有效抑制细菌和霉菌，保障食品的新鲜度和安全性，作为食品防腐剂广泛应用于食品、粮食和饲料加工行业；又是生产农药、香料、药品等的关键中间原料，全球对它的需求持续攀升。
目前，PA 主要通过石化方法合成。但随着油价上涨，人们环保意识增强，对生物基产品愈发青睐，微生物发酵法生产 PA 逐渐进入人们的视野。微生物发酵利用可持续原料，操作条件温和，对环境更友好。在众多产 PA 微生物中，嗜酸丙酸杆菌（P.acidipropionici）凭借对酸性环境的高耐受性，成为发酵生产 PA 的 “潜力股”。
然而，传统的游离细胞发酵却像是前进路上的 “绊脚石”。在厌氧、低 pH 的发酵环境下，细菌增殖和生物量积累受到抑制，发酵时间拉长，生产效率大打折扣。而且，细胞在这样的环境中较为脆弱，稳定性差，每批发酵前都得重新制备发酵细菌，既耗费试剂和能源，又不利于连续发酵。
为了突破这些困境，福建师范大学生命科学学院的研究人员开展了一项意义重大的研究。他们以P.acidipropionici FS1026 为研究对象，选用海藻酸钠和聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，PVA）作为复合载体，制备固定化颗粒用于 PA 发酵，并对固定化颗粒的制备条件以及发酵过程进行优化。这项研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上，为 PA 的生产开辟了新的技术路径，在工业生产和环境保护方面都具有重要意义。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：细胞固定化技术，利用海藻酸钠和 PVA 作为复合载体，将P.acidipropionici细胞固定在特定空间区域，增强细胞稳定性；优化实验，通过一系列实验分别优化固定化颗粒制备条件和发酵过程参数，确定最佳发酵条件。
1. 菌株生长曲线测定
研究人员对P.acidipropionici FS1026 菌株进行培养，测定其生长曲线。结果显示，在 0 - 32 小时，细菌生长缓慢，处于迟缓期；32 - 72 小时，生长迅速加快，进入对数生长期；72 小时后，生长趋于稳定，进入稳定期，后期细菌数量逐渐下降。这一结果为后续实验选择合适的发酵时间提供了重要依据。
2. 固定化条件优化
经过大量实验，研究人员确定了最佳固定化条件：PVA 浓度为 10.8g/L，海藻酸钠浓度为 1.5g/L，固定化溶液由 2% CaCl2和 50g/L 硼酸混合而成，细菌包埋量为 12%，固定化时间为 8 小时。在这样的条件下制备的固定化颗粒，有利于细胞的固定和后续发酵。
3. 发酵培养基优化
研究发现，固定化细胞发酵 PA 的最佳培养基组成为：葡萄糖 75.41g/L、酵母粉 30g/L、蛋白胨 16.31g/L、K2HPO4 24g/L、MgSO4 0.7g/L。优化后的培养基为细胞生长和 PA 合成提供了更适宜的营养环境。
4. 连续发酵实验
固定化细胞在连续 10 批发酵过程中表现出色，PA 产量稳定，平均产量达到 26.31g/L，证明了该发酵工艺具有良好的操作稳定性和重复性，为工业化连续生产提供了可能。
5. 发酵过程优化
在发酵过程优化实验中，研究人员对比了使用氨水和 Ca (OH)2调节 pH 的效果，发现使用氨水调节 pH 更有利于 PA 的合成。同时，确定了最佳葡萄糖补充间隔为每 24 小时一次，每次补充 35g/L，在这样的条件下，PA 产量高达 42.76g/L，远远超过游离细胞发酵的产量（20.33g/L）。
研究结论表明，利用海藻酸钠 - PVA 复合载体固定P.acidipropionici FS1026 细胞进行 PA 发酵，通过优化固定化条件和发酵过程，显著提高了 PA 的产量和发酵效率。固定化细胞发酵在连续发酵过程中展现出良好的稳定性，为 PA 的工业化生产提供了可靠的技术支持。而且，这种发酵方式减少了试剂和能源的消耗，缩短了发酵周期，符合绿色环保的发展理念。
从更广泛的意义来看，该研究成果不仅为 PA 生产行业带来了新的希望，有望降低生产成本，提高产品质量；还为其他微生物发酵生产领域提供了宝贵的借鉴经验，推动了生物发酵技术的进一步发展。未来，随着研究的不断深入和技术的持续改进，固定化细胞发酵技术有望在更多领域得到应用，为实现可持续发展贡献更多力量。
