利用干废酵母与甜高粱汁优化乳酸发酵工艺：低成本氮源替代策略及放大生产研究

本研究针对乳酸生产成本高的问题，通过筛选低成本氮源（DSY、RB、SM）优化甜高粱汁（SSJ）发酵工艺。研究发现，干废酵母（DSY）结合50%酵母提取物（YE）可达到71.95 g/L乳酸浓度（PL）和92.33%糖消耗率（SC），显著降低氮源成本。7.5-L发酵罐放大实验验证了工艺可行性，为工业化生产高性价比乳酸提供了新方案。

　　

乳酸作为生物基塑料（PLA）的核心原料，其市场需求正以每年8.41%的速度增长，但高昂的氮源成本制约着工业化生产。甜高粱汁（SSJ）虽富含可发酵糖，却因氮含量不足需额外补充氮源。传统酵母提取物（YE）价格达3.5美元/公斤，而啤酒废酵母（DSY）成本仅为其1/35。如何通过氮源优化实现高效乳酸发酵，成为降低生产成本的关键突破口。

泰国孔敬大学农业资源系的研究团队以乳球菌（Lactococcus lactis）IO-1为生产菌株，系统评估了干废酵母（DSY）、米糠（RB）和大豆粕（SM）三种低成本氮源的发酵效能。通过响应面法（RSM）优化初始糖浓度（74.70 g/L）与YE用量（15.20 g/L），发现DSY在等效氮含量下虽比YE降低22%乳酸产量（P_L），但通过1.5倍增量（33.92 g/L）并补加7.60 g/L YE，可使P_L恢复至70.11 g/L，糖转化率（Y_L/S）达1.02 g/g（理论值的98%）。7.5-L发酵罐放大实验证实该工艺的稳定性，为工业化应用奠定基础。

研究采用中心复合设计（CCD）优化参数，通过HPLC分析代谢产物（乳酸、甲酸、乙酸等），结合动态pH调控（pH 6.0）和分批发酵策略。关键发现包括：1）DSY的蛋白质含量（50.09%）虽低于YE（74.50%），但通过增量可提升31%生产率（Q_L）；2）补加少量YE能激活乙醇脱氢酶途径，减少副产物积累；3）甜高粱汁天然含钾（1476.67 mg/L）、镁（56.76 mg/L）等微量元素，可替代部分无机盐添加剂。

在结果部分，化学组分分析显示SSJ含158.11 g/L可发酵糖但仅0.58 g/L氮，凸显氮源补充的必要性。发酵动力学表明，DSY+YE组合使乳酸生产率（Q_L）达2.34 g/L·h，副产物总量<1 g/L，远优于单独使用RB或SM。值得注意的是，7.5-L规模发酵的P_L（72.19 g/L）和SC（93.30%）均优于2-L体系，证实工艺的放大潜力。

该研究首次证实乳球菌IO-1可利用SSJ-DSY体系实现高效同型乳酸发酵，其Y_L/S（1.03 g/g）超越多数芽孢杆菌和乳杆菌的文献报道（0.70-0.97 g/g）。通过氮源组合策略，将YE用量降低50%而不影响发酵效能，为生物基乳酸生产的成本控制提供了创新解决方案。未来研究可进一步探索连续发酵模式与下游提取工艺的整合，推动该技术走向工业化应用。论文发表于《Carbon Resources Conversion》，为农业废弃物高值化利用提供了典型范例。