餐廚垃圾開放式高效定向乳酸生物轉化：微生物群落變化及生物固碳效能分析

劉 碩，汪群慧，李 媛，馬曉宇，朱文彬，王锘涵，孫海曙，高 明

（北京科技大學能源與環境工程學院，北京 100083）

譯者：劉 碩；審查：汪群慧；單位：北京科技大學

1 研究亮點

*餐廚垃圾高效生產115 g/L 乳酸，產量為0.97 g/g，最大生產速率為6.08 g/（L·h）；

*糖化和pH 控制對于定向乳酸生物轉化至關重要；

*Enterococcus mundtiiCGMCC 2227 適用于開放式餐廚垃圾發酵；

*生物固碳使二氧化碳排放量減少了21 kg/t。

2 背景

高壓滅菌在發酵底物培養基中引起美拉德反應，導致糖損失和生產成本增加。無滅菌的開放式發酵系統省去了高壓滅菌操作，節省了能源。但開放體系容易被其他微生物污染，產生的乳酸會迅速降解為乙酸。因此，開放系統是不穩定的。本研究旨在探究在綠色低碳戰略下實現餐廚垃圾的資源化利用，探索一種開放、高效和定向的乳酸生物轉化技術。

3 研究方法

餐廚垃圾取自某高校學生食堂，經分揀除雜、粉碎、糖化后，置于工作容積為400 mL 的發酵罐中，不滅菌但接種Enterococcus mundtiiCGMCC 22227，通過充氮維持厭氧條件，在43 ℃條件下進行乳酸開放發酵，接種比為10%（v/v），以不接菌或不糖化的餐廚垃圾開放式發酵作空白對照，分別采用實時pH 控制或調節初始pH 的調節策略。

4 主要研究結果

糖化處理增加了餐廚垃圾底物中葡萄糖的初始濃度，促進了土著產乳酸菌對底物的利用，未接菌的對照實驗組，土著產乳酸菌占優勢，抑制了土著產乙酸和乙醇細菌的存活。接種了Enterococcus mundtiiCGMCC 2227 的實驗組，顯著提高了餐廚垃圾底物中乳酸的產量和總糖的乳酸轉化率，并抑制了土著產乳酸菌產生副產物。同時，較高的初始可發酵糖濃度可以大幅提高乳酸的產率，縮短發酵時間，從而降低乳酸的生產成本。連續實時調控pH 為6.8 比僅調控初始pH 的最大乳酸濃度提高了4.2 倍。僅使用餐廚垃圾中的土著產乳酸菌進行發酵，無法使得微生物群落中的土著產乳酸菌一直處于優勢菌群的地位，產乙酸和產乙醇菌的生長增加了副產物的產生。

5 結論與展望

本研究以糖化餐廚垃圾為原料，在開放模式下，連續實時控制pH 為6.8，添加蒙氏腸球菌，建立了高效的生物乳酸生產工藝。結果表明，Enterococcus mundtiiCGMCC 2227 能夠適應復雜的餐廚垃圾底物，在開放體系中占據優勢地位。定向乳酸生物轉化表現出生物固碳能力，與未接菌實驗組相比，每噸餐廚垃圾至少減少21 kg 的二氧化碳排放。