Possibility of using apple pomaces in the process of propionic-acetic fermentation
苹果渣用于丙酸-乙酸发酵工艺的可行性研究
来源：Electronic Journal of Biotechnology, 2016, 23:1-6
《电子生物技术杂志》，2016年，第23卷，页码1-6
摘要
本研究探究苹果渣作为碳源用于费氏丙酸杆菌T82发酵生产丙酸与乙酸的可行性。欧盟每年产生大量苹果渣加工废弃物，利用其进行生物发酵兼具环保与经济价值。结果表明，费氏丙酸杆菌T82可利用苹果渣中的果糖、葡萄糖、蔗糖生长，其中果糖最利于菌体增殖，蔗糖最利于有机酸合成。以苹果渣为唯一碳源培养120 h，丙酸产量达1.771 g/L，乙酸产量达7.049 g/L。研究证实苹果渣可作为丙酸发酵的廉价可再生底物，为水果加工副产物资源化利用提供新途径。
关键词
苹果渣；丙酸发酵；乙酸发酵；费氏丙酸杆菌；碳源；废弃物资源化；代谢产物
研究目的
评估苹果渣作为廉价碳源用于费氏丙酸杆菌T82发酵合成丙酸与乙酸的潜力，明确最优碳源组合与发酵特性，实现农业加工废弃物的生物转化利用。
研究思路
1. 配制含葡萄糖、果糖、蔗糖及其组合的培养基，对比菌体生长动力学。
2. 采用苹果渣作为唯一碳源培养基，分析糖组分与消耗规律。
3. 利用Bioscreen C测定微培养生长曲线，计算生长动力学参数。
4. 通过HPLC、GC‑FID检测发酵过程中糖消耗与丙酸、乙酸产量。
5. 比较不同碳源对菌体生长与有机酸合成的影响，评价苹果渣的应用可行性。
研究亮点
1. 首次证实苹果渣可作为费氏丙酸杆菌的廉价碳源进行丙酸‑乙酸发酵，实现废弃物高值化利用。
2. 明确果糖最促进菌体生长、蔗糖最促进有机酸合成的差异化代谢规律。
3. 建立苹果渣底物的发酵工艺，120 h可稳定产出丙酸与乙酸。
4. 为果汁工业副产物减量化与生物基化学品生产提供绿色方案。
可延伸的方向
1. 优化pH控制、厌氧程度与发酵时间，提高丙酸得率。
2. 采用诱变或基因工程改造菌株，提升苹果渣利用效率与丙酸产量。
3. 混合底物发酵（苹果渣+甘油/乳清）提高产物比例与产量。
4. 探究苹果渣预处理方法（酶解、酸解）提高糖释放效率。
5. 开展中试发酵，验证工业化放大可行性。
测量的数据及研究意义
1. 生长动力学参数数据（表2、图3）：不同碳源下的延滞期、对数期、最大比生长速率、世代时间，证明果糖最利于菌体增殖，苹果渣会延长延滞期。
2. 糖组分变化数据（图1、图2）：苹果渣主要含果糖（48.5%），菌体优先利用果糖与葡萄糖，验证菌株对底物的偏好性。
3. 碳源等高线数据（图4、图5）：果糖促进生物量，蔗糖促进产酸，揭示生长与产酸的最优碳源组合。
4. 发酵动态数据（图6）：120 h丙酸1.771 g/L、乙酸7.049 g/L，证实苹果渣可用于丙酸‑乙酸联产。
结论
1. 费氏丙酸杆菌T82能够利用苹果渣作为唯一碳源进行生长与丙酸‑乙酸发酵。
2. 果糖最有利于菌体增殖，蔗糖最有利于有机酸合成，二者代谢功能存在差异。
3. 以苹果渣为底物发酵120 h，丙酸产量1.771 g/L，乙酸产量7.049 g/L。
4. 苹果渣是生产丙酸和乙酸的低成本、可持续再生底物，具有工业应用潜力。
5. 苹果渣的利用可减少农产品加工废弃物，兼具环保效益与经济效益。
使用芬兰Bioscreen仪器测量数据的研究意义
使用芬兰Bioscreen C全自动生长分析仪在30℃下连续120 h、每小时自动测定OD420‑580 nm，高通量平行测定11种不同碳源培养基的生长曲线。仪器精准获取延滞期、对数期时长、最大OD、最大比生长速率与世代时间，客观量化不同碳源对菌体生长的影响，为筛选最优碳源、评估苹果渣对生长的影响提供标准化、高重复性的动力学数据，是菌株底物利用效率评价的核心实验依据。