两步法厌氧发酵高粱可提高己酸产量

　　四川轻化工大学酿酒生物技术及应用四川省重点实验室、中国轻工业酿酒生物技术及智能制造重点实验室日前发表的研究显示，以富含淀粉的高粱为原料，通过两步法厌氧发酵可提高己酸生成效率。

　　高粱是酿酒和制醋、饴糖、淀粉的主要原料之一。以高粱为酿酒原料的浓香型白酒中，己酸不仅是重要的挥发性风味化合物，还是己酸乙酯合成的前体物质。己酸已广泛用于食品添加剂、医药、香料等工业生产领域，具有较高的经济价值。

　　目前，己酸的生成方法主要包括化学法、微生物发酵法。化学法主要是以硝酸氧化仲辛醇制得己酸，但副产物多，对环境污染较大;微生物发酵法，当前的研究通常是利用玉米、小麦等淀粉质原料生产短链羧酸，这类酸相对分子质量较小、能量密度低、亲水性强、难分离，资源化利用受限。近年来，利用产己酸微生物将短链脂肪酸转化为中链脂肪酸的研究受到较多关注。

　　微生物合成己酸是一个碳链延伸的过程，通过β氧化逆循环实现，在这一过程中发生了电子供体的氧化与电子受体的还原。常见的电子供体有乙醇和乳酸，短链羧酸(丁酸、乙酸等)则作为电子受体。因此，己酸的厌氧发酵也大多采用两步发酵的方式。

　　首先，因产己酸微生物难以直接利用大分子有机物，第一步先利用酸化类微生物分解大分子有机物，产生丁酸和乙酸等短链脂肪酸作为电子受体。第二步再利用产己酸微生物在电子供体作用下，将第一步中的短链脂肪酸经碳链延长转化为己酸。将己酸发酵过程分为两步骤的同时，也将酸化类微生物和产己酸微生物进行空间隔离，这不仅可避免己酸和电子供体(乙醇)对酸化微生物的毒害，同时在不同发酵体系下，能有效控制两类微生物处于最佳的发酵条件，从而提高己酸的产量。而电子供体的来源可分为三大类，第一类为发酵底物自身富含电子供体，如酿造废水、乳清液等;第二类为外源添加电子供体;第三类为利用有机底物通过微生物发酵自生电子供体。目前，大部分的己酸发酵是依赖外加电子供体的方式提高己酸产量，导致生产成本过高，通过原料自生电子供体，以强化己酸生成的研究还相对较少，值得进一步探索。

　　上述研究团队从发酵酒的优质窖泥中经富集、筛选产己酸相关的微生物得到己酸复合菌液，该菌液能利用底锅水、黄水等白酒酿造废液发酵己酸。研究发现，通过优化丁酸发酵液、乳酸发酵液、乙醇发酵液的发酵工艺，丁酸发酵液中的丁酸、乙酸产量达到20.16克/升和8.47克/升，淀粉转化率达到76.02%;乳酸发酵液中的乳酸产量和乳酸产率分别达到11.41克/升和42.48%;乙醇发酵液中的乙醇产率可达95.06%。继续优化己酸发酵工艺，发现当乙醇发酵液和乳酸发酵液同时作为电子供体时，己酸产量和产率均显著提升。

　　该研究可为无外源电子供体添加条件下，实现高粱两步法厌氧发酵生产己酸提供理论基础，为拓展高粱的资源化利用提供思路。