馮雷雨，袁飛怡，劉 峰，王婷婷，陳銀廣

（1.同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092；2.啟迪環(huán)境科技發(fā)展有限公司，北京100084）

現(xiàn)如今我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，如何使城市生態(tài)文明建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相平衡越來(lái)越受到人們的重視。在城鎮(zhèn)化過(guò)程中，垃圾的分類與處理已經(jīng)成為生態(tài)文明建設(shè)的重中之重。根據(jù)2020年12月我國(guó)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2020年全國(guó)大、中城市固體廢物污染環(huán)境防治年報(bào)》數(shù)據(jù)顯示，2019年全國(guó)196個(gè)大、中城市生活垃圾產(chǎn)生量達(dá)2.36億噸，其中上海市0.11億噸，北京市0.10億噸。然而，城市生活垃圾的收集與處理中仍存在著居民回收意識(shí)與參與度不高、法律政策體系權(quán)責(zé)不明晰、垃圾回收設(shè)施不完整與處理效率低下等問(wèn)題［1］。為了更加有效地收集垃圾、治理垃圾污染，國(guó)家出臺(tái)了垃圾分類政策，將城鎮(zhèn)垃圾分為可回收物、有害垃圾、濕垃圾和干垃圾四大類，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)垃圾的無(wú)害化、減量化和資源化利用。

通常，城鎮(zhèn)濕垃圾主要以餐廚垃圾為主，是居民在日常生活中以及食品加工中產(chǎn)生的食物廢料，包括菜葉、剩菜剩飯、果皮蛋殼等。隨著我國(guó)城市人民生活水平的提高，餐廚垃圾的產(chǎn)生量迅速增加，上海、北京、重慶、廣州等主要城市的餐廚垃圾日產(chǎn)生量均已超過(guò)2 000噸。餐廚垃圾含有大量的水分與有機(jī)質(zhì)，極易腐爛變質(zhì)，傳播細(xì)菌和病毒，影響環(huán)境并危害人們的身體健康。傳統(tǒng)上餐廚垃圾處理一般采用焚燒、填埋、堆肥等方法，隨著科技的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了濕熱處理、厭氧發(fā)酵、高溫炭化等技術(shù)［2］。近年有研究發(fā)現(xiàn)，餐廚垃圾富含還原糖、淀粉、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)厭氧發(fā)酵可以生產(chǎn)乳酸（LA），進(jìn)而合成聚乳酸可降解塑料［3-6］，這不僅可以解決餐廚垃圾處理困難的問(wèn)題，還極大地降低了乳酸及聚乳酸類產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，為解決困擾人類的白色污染問(wèn)題開(kāi)辟了新途徑，對(duì)我國(guó)有機(jī)固體廢棄物污染控制及節(jié)能減排工作具有重要意義。

乳酸是合成聚乳酸類可完全生物降解塑料的主要原料，又名2-羥基丙酸，是一種重要的有機(jī)酸，可作為原料、添加劑、防腐劑、消毒劑、調(diào)節(jié)劑等，廣泛應(yīng)用于釀造、食品、化妝品、醫(yī)藥、紡織、環(huán)保等領(lǐng)域，社會(huì)需求量日益增加，其中L-乳酸是人體唯一能直接代謝利用的乳酸。目前，乳酸生產(chǎn)量位居全球所有有機(jī)酸生產(chǎn)量的第一位，其工業(yè)生產(chǎn)方法主要有化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法，前者采用的原料主要為乙醛和氰化氫，經(jīng)反應(yīng)制得乳腈后進(jìn)行H2SO4水解生成乳酸，后者主要以葡萄糖、蔗糖等為基質(zhì)，用微生物發(fā)酵的方法制取乳酸［7］?；瘜W(xué)合成法生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染嚴(yán)重且較難合成單一構(gòu)型的乳酸，微生物發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸不僅可以克服上述弊端，還具有如下優(yōu)勢(shì)：①發(fā)酵條件溫和、成本較低、過(guò)程清潔、效率高；②通過(guò)選擇適宜的菌種和底物，在一定的發(fā)酵條件下可得到特定的旋光異構(gòu)體［8-10］。因此，微生物發(fā)酵產(chǎn)乳酸的研究越來(lái)越受到關(guān)注。其中，利用餐廚垃圾等有機(jī)廢物厭氧發(fā)酵產(chǎn)乳酸既能獲得品質(zhì)較高的乳酸，又可以在實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢物自身減量的同時(shí)達(dá)到變廢為寶的目的，因此逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

基于此，在簡(jiǎn)述微生物發(fā)酵產(chǎn)乳酸原理的基礎(chǔ)上對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸工藝的發(fā)展與現(xiàn)狀、影響因素、分離提純等進(jìn)行了詳細(xì)綜述，并對(duì)今后的研究進(jìn)行了分析與展望。

1 微生物發(fā)酵產(chǎn)乳酸機(jī)制及餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸工藝

1.1 微生物發(fā)酵產(chǎn)乳酸機(jī)制

目前，制備乳酸主要采用發(fā)酵的方法，世界上商業(yè)銷售的乳酸約有90%是通過(guò)微生物發(fā)酵制得，其中乳酸菌的產(chǎn)酸能力最強(qiáng)且工業(yè)應(yīng)用最多［11-12］。乳酸菌具有生長(zhǎng)速率快、乳酸產(chǎn)率高、耐酸能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其利用葡萄糖產(chǎn)乳酸的代謝途徑如圖1所示。圖1中，ADP指二磷酸腺苷，NAD+和NADH分別指氧化型輔酶I和還原型輔酶I，ATP指三磷酸腺苷。

圖1 乳酸菌利用葡萄糖產(chǎn)乳酸的代謝途徑［16］Fig.1 Metabolic pathway of lactic acid production from glucose by lactic acid bacteria［16］

從生化機(jī)制上，微生物發(fā)酵產(chǎn)乳酸可分為同型乳酸發(fā)酵、異型乳酸發(fā)酵和雙歧乳酸發(fā)酵三大類。同型乳酸發(fā)酵的末端產(chǎn)物只有乳酸，理論上轉(zhuǎn)化率為100%，但由于微生物還存在其他的生理活動(dòng)，因此轉(zhuǎn)化率一般在80%以上［13］。利用葡萄糖進(jìn)行異型乳酸發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)物除乳酸外還有乙醇、CO2和三磷酸腺苷，乳酸的轉(zhuǎn)化率只有50%［13］。雙歧乳酸發(fā)酵過(guò)程中，雙歧桿菌利用2 mol的葡萄糖生成2 mol的乳酸和3 mol的乙酸，乳酸的轉(zhuǎn)化率理論上也僅有50%。因此，工業(yè)生產(chǎn)時(shí)一般選擇同型乳酸發(fā)酵的菌種用于乳酸生產(chǎn)，如乳酸乳球菌、德氏乳桿菌等。

一般而言，微生物發(fā)酵法制備乳酸的工藝過(guò)程可分為預(yù)處理、發(fā)酵、分離和提純等階段。在預(yù)處理階段對(duì)底物進(jìn)行物理或化學(xué)改良，可以降低微生物對(duì)底物分解利用的難度，增加乳酸產(chǎn)率［14］。乳酸菌不能直接利用淀粉質(zhì)原料，必須經(jīng)過(guò)糖化（包括液化和水解）轉(zhuǎn)變?yōu)樘琴|(zhì)原料后才能發(fā)酵［15］。水解主要包括酸解和酶解2種方法。與酸解法相比，酶解法操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、專一性強(qiáng)、副產(chǎn)物少且不污染環(huán)境，是生物發(fā)酵預(yù)處理工藝發(fā)展的重要方向。對(duì)餐廚垃圾而言，經(jīng)過(guò)過(guò)濾粉碎后，加入纖維素酶、α-淀粉酶和蛋白酶進(jìn)行酶解，可將纖維素或淀粉等轉(zhuǎn)化為單糖（主要是葡萄糖）、二糖或容易水解的多糖。發(fā)酵階段是利用微生物的主要階段，餐廚垃圾預(yù)處理完成后，配制成合適的培養(yǎng)基，然后接種產(chǎn)乳酸菌株發(fā)酵，此時(shí)需控制發(fā)酵罐內(nèi)pH值、溫度、氧含量等條件，保證微生物處于最佳活性狀態(tài)。分離和提純則是指在微生物發(fā)酵完成后，將目標(biāo)產(chǎn)物從發(fā)酵液中分離出來(lái)，再利用各種理化手段將乳酸提純的過(guò)程。然而，實(shí)際生產(chǎn)中乳酸發(fā)酵液成分復(fù)雜，分離和提純過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的廢液和固體廢棄物，并且提取成本較高，制約了發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸的應(yīng)用。

1.2 餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸工藝

1.2.1 傳統(tǒng)發(fā)酵工藝

傳統(tǒng)的餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸工藝由水解、糖化、發(fā)酵、乳酸分離等過(guò)程組成，餐廚垃圾中的淀粉、蛋白質(zhì)等有機(jī)物在淀粉酶與蛋白酶的作用下糖化，然后加入乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵，通過(guò)過(guò)濾、離心、蒸餾等方法對(duì)乳酸進(jìn)行分離，工藝流程如圖2所示。

圖2 餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸的傳統(tǒng)工藝流程［17］Fig.2 Traditional process of lactic acid production by food waste fermentation［17］

由于水解酶（包括淀粉酶、蛋白酶等）與微生物的最佳適應(yīng)條件不同，因此糖化酶與乳酸菌在工藝流程的不同部分中發(fā)揮作用。然而，在水解糖化階段，水解酶極易受產(chǎn)物糖積累的抑制，導(dǎo)致流程操作復(fù)雜，發(fā)酵周期長(zhǎng)，產(chǎn)乳酸率低。例如，在沒(méi)有外加碳源和氮源、非無(wú)菌的條件下對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行批式發(fā)酵，糖化酶的活性受到了一定程度抑制，乳酸的產(chǎn)率僅為63%［18］。因此，為了解決傳統(tǒng)乳酸發(fā)酵工藝中存在的問(wèn)題，人們進(jìn)行了許多探索與改進(jìn)，逐漸開(kāi)發(fā)了一系列新型的乳酸發(fā)酵工藝，如同時(shí)糖化發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵、細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵、固定化細(xì)胞技術(shù)等。

1.2.2 同時(shí)糖化發(fā)酵工藝

同時(shí)糖化發(fā)酵法，即SSF工藝，其酶解糖化和發(fā)酵過(guò)程在一個(gè)反應(yīng)容器中同時(shí)進(jìn)行，邊糖化邊發(fā)酵，不僅縮短了反應(yīng)時(shí)間，提高了設(shè)備的利用率，還減少了雜菌的污染。此外，相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)酵工藝，SSF工藝不需要先提取糖，能夠降低水解糖積累對(duì)酶反應(yīng)的抑制，加速水解糖化速率，產(chǎn)率高。然而，SSF工藝的一個(gè)主要缺點(diǎn)在于水解和發(fā)酵步驟的溫度和pH值不匹配，前者在溫度為50～55℃和pH值為4.5～5.5時(shí)最有效，而后者的理想溫度低于40℃，最佳pH值為5.0～7.0［19］。有研究在溫度為30℃、pH值為5.5～6.5的條件下利用不同的微生物菌株通過(guò)SSF工藝從餐廚垃圾中生產(chǎn)乳酸，發(fā)現(xiàn)Lacobacillus manihotivorans DSM 13343產(chǎn)乳酸最高質(zhì)量濃度為18.69 g·L-1，Lactobacillus plantarum DSM 20174產(chǎn)乳酸最高質(zhì)量濃度為17.03 g·L-1［20］。以混合餐飲垃圾為碳氮源，利用鏈球菌同時(shí)糖化發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸時(shí)，最佳條件下乳酸最高產(chǎn)率可達(dá)2.16 g·（L·h）-1［21］。

1.2.3 連續(xù)發(fā)酵工藝

連續(xù)發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸是指不斷加入新鮮的有機(jī)底物，并將微生物細(xì)胞生產(chǎn)的代謝產(chǎn)物快速排出從而維持反應(yīng)器發(fā)酵過(guò)程連續(xù)化的工藝。該工藝生產(chǎn)效率高、操作簡(jiǎn)單且易于管理，由于發(fā)酵過(guò)程中基質(zhì)的稀釋比例較高，因此通常能夠得到較高的乳酸體積產(chǎn)率［22］。例如，以餐廚垃圾為基質(zhì)利用連續(xù)發(fā)酵反應(yīng)器進(jìn)行乳酸發(fā)酵時(shí)，在pH值為3.2～4.5條件下乳酸質(zhì)量濃度可達(dá)5.7～13.5 g·L-1，產(chǎn)率最高可達(dá)86.4%［23］。進(jìn)一步地，在兩級(jí)雙流恒化反應(yīng)系統(tǒng)中利用干酪乳桿菌制取乳酸，最佳條件下得到的乳酸質(zhì)量濃度可達(dá)57.5 g·L-1［24］。在厭氧膜生物反應(yīng)器中控制橫流速度進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵時(shí)，乳酸質(zhì)量濃度可以穩(wěn)定在40.0 g·L-1左右，該方法最大限度地減少了產(chǎn)物抑制，并優(yōu)化了乳酸的連續(xù)發(fā)酵過(guò)程［25］。然而，連續(xù)發(fā)酵法也存在一些不足，如工藝設(shè)計(jì)要求復(fù)雜、營(yíng)養(yǎng)成分利用率不高、易受雜菌污染而使菌種變異退化等。開(kāi)發(fā)工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、不易染菌的連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)乳酸技術(shù)與裝備仍是目前連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)乳酸技術(shù)發(fā)展的主要方向。

1.2.4 細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵工藝

微生物發(fā)酵制備乳酸的過(guò)程中，乳酸的存在會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生反饋抑制作用，即發(fā)酵過(guò)程中乳酸的產(chǎn)生會(huì)不斷降低發(fā)酵液的pH值，使細(xì)胞質(zhì)酸化并降低微生物的發(fā)酵活性，抑制乳酸菌的生長(zhǎng)和產(chǎn)酸量，降低乳酸產(chǎn)率［26］。因此，提高乳酸的產(chǎn)率通常需要控制發(fā)酵液的pH值，并消除產(chǎn)物抑制的影響。工業(yè)上通過(guò)加入碳酸鈣、氫氧化鈉等中和劑的方法使乳酸轉(zhuǎn)化為乳酸鹽，以維持發(fā)酵液的pH值在適宜的范圍內(nèi)。然而，這樣會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，乳酸鹽濃度的提高也會(huì)抑制微生物的活性。針對(duì)上述問(wèn)題，出現(xiàn)了細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵工藝，即在發(fā)酵過(guò)程中將目標(biāo)產(chǎn)物或抑制細(xì)胞活性的代謝產(chǎn)物快速移出，從而減少產(chǎn)物抑制。細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵工藝克服了傳統(tǒng)發(fā)酵工藝中生產(chǎn)率低、產(chǎn)物抑制、發(fā)酵費(fèi)用高等缺點(diǎn)，在食品、輕化工以及醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)上具有廣闊的發(fā)展前景［27］。目前，細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵工藝主要有膜發(fā)酵法［28］、萃取發(fā)酵法［29］等。

近年來(lái)，有研究將動(dòng)態(tài)膜模塊插入發(fā)酵反應(yīng)器中以增加食物殘?jiān)腥樗岬漠a(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)在pH值為4.0時(shí)乳酸產(chǎn)量最高，達(dá)0.57 g·（g總固體）-1，乳酸桿菌的相對(duì)豐度也增加至96.4%，動(dòng)態(tài)膜發(fā)酵罐顯著增強(qiáng)了酶活性并提高了乳酸產(chǎn)量［30］。萃取發(fā)酵法則能夠利用有機(jī)溶劑在發(fā)酵過(guò)程中將發(fā)酵產(chǎn)物連續(xù)移出發(fā)酵體系，操作能耗低且選擇性高。有研究者設(shè)計(jì)了一種三相流化床生物反應(yīng)器，選用磺化煤油稀釋的三烷基氧化膦作為萃取劑，通過(guò)固定在藻酸鈣珠中的米根霉對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行乳酸萃取發(fā)酵，該方法不僅能減輕產(chǎn)物的抑制作用，乳酸產(chǎn)率也高達(dá)11 g·（L·h）-1［31］。然而，細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵工藝設(shè)備昂貴，生產(chǎn)成本較高，膜發(fā)酵法中的膜污染問(wèn)題則會(huì)導(dǎo)致膜的通透性降低，影響生產(chǎn)效率。

1.2.5 固定化細(xì)胞技術(shù)

固定化細(xì)胞技術(shù)是指對(duì)于具有一定生理功能的生物細(xì)胞，如微生物細(xì)胞、植物細(xì)胞或動(dòng)物細(xì)胞等，通過(guò)適當(dāng)?shù)奈锢?、化學(xué)方法將其固定在一定范圍內(nèi)，使其保持活性并進(jìn)行生殖代謝的方法。與游離細(xì)胞相比，固定化細(xì)胞具有不易受污染、發(fā)酵速率高、細(xì)胞回收利用率低、對(duì)底物和產(chǎn)物的抑制作用小等優(yōu)點(diǎn)，并且細(xì)胞固定化還可以改善工業(yè)微生物的處理特性，增加生物反應(yīng)器的容量生產(chǎn)力［32］。固定化載體有很多種，目前最常用的固定化基質(zhì)是海藻酸鹽，其他類型的還有含海藻酸鈉的聚乙烯醇、果膠酸鈣凝膠和化學(xué)改性的殼聚糖珠等［33］。

有研究將光交聯(lián)樹(shù)脂固定化技術(shù)應(yīng)用于乳酸發(fā)酵，工程酵母細(xì)胞被固定在樹(shù)脂凝膠中，可以長(zhǎng)時(shí)間保持恒定的活性。由于工程酵母可以在缺乏營(yíng)養(yǎng)的培養(yǎng)基（如糖蜜培養(yǎng)基）中生長(zhǎng)良好并高效地生產(chǎn)高光學(xué)純度的乳酸，因此當(dāng)工程酵母的產(chǎn)量提高時(shí)，低成本高光學(xué)純度的乳酸產(chǎn)量也可隨之提高［34］。廢玉米芯殘?jiān)?jīng)纖維素酶和纖維二糖酶水解為葡萄糖后，利用固定在海藻酸鈣凝膠珠中的Lactobacillus delbrueckii ZU-S2進(jìn)行乳酸發(fā)酵，最終乳酸質(zhì)量濃度和產(chǎn)率分別可達(dá)48.7 g·L-1和95.2%，并且發(fā)酵過(guò)程中固定化細(xì)胞非常穩(wěn)定［35］。與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比，固定化細(xì)胞技術(shù)無(wú)需進(jìn)行酶的分離和純化，不僅能減少酶的活力損失，降低成本，所用的生物催化劑還可反復(fù)利用［36］。然而，目前大多數(shù)固定化細(xì)胞技術(shù)應(yīng)用仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，技術(shù)復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)成本高、存在擴(kuò)散障礙等不足限制了其在工業(yè)上的發(fā)展和應(yīng)用［37］，因此開(kāi)發(fā)新型的高效、廉價(jià)固定化材料仍是目前固定化細(xì)胞技術(shù)發(fā)展的主要方向。

1.3 餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響因素

影響餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸的因素主要有菌種、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、氧氣、基質(zhì)、溫度、pH值以及各種離子等。在乳酸發(fā)酵工藝的發(fā)展中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)發(fā)酵的影響因素開(kāi)展了大量的研究。

1.3.1 菌種

眾所周知，能夠產(chǎn)生乳酸的微生物有很多，如細(xì)菌、真菌和酵母菌等。產(chǎn)乳酸細(xì)菌可分為四大類，即乳酸菌、芽孢桿菌、大腸桿菌和谷氨酸棒狀桿菌［38］。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可分為單一菌種和混合菌種兩大類。表1列舉了一些發(fā)酵生成L-乳酸的常用微生物。

表1 常用產(chǎn)L-乳酸的菌屬特性［39］Tab.1 Characteristics of commonly used L-lactic acid-producing bacteria［39］

乳酸菌是工業(yè)上應(yīng)用最多的細(xì)菌，芽孢桿菌則具有耐高溫、快速?gòu)?fù)活和較強(qiáng)分泌酶等特點(diǎn)，抗污染能力強(qiáng)，底物來(lái)源廣。大腸桿菌因代謝路徑清晰、營(yíng)養(yǎng)需求簡(jiǎn)單和發(fā)酵周期短等優(yōu)勢(shì)而常被用于基因工程改良，改良后的大腸桿菌能夠利用葡萄糖、甘油、蔗糖等進(jìn)行產(chǎn)乳酸發(fā)酵［40］。以利用木糖產(chǎn)L-乳酸的Escherichia coliWL204為出發(fā)菌株，采用基因置換技術(shù)將ladhL基因置換為IdhA基因，可獲得大腸桿菌工程菌株Escherichia coliLHY02。該菌株能利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的木糖發(fā)酵，D-乳酸產(chǎn)量達(dá)84.4 g·L-1，產(chǎn)物光學(xué)純度達(dá)到99.5%［41］。利用干酪乳酸菌株L.casei對(duì)混合餐廚垃圾、烘焙廢物進(jìn)行真菌水解和發(fā)酵，所得乳酸的產(chǎn)量和產(chǎn)率分別可達(dá)94.0 g·L-1、2.61 g·（L·h）-1和82.6 g·L-1、2.50 g·（L·h）-1，發(fā)酵餐廚垃圾粉末水解物時(shí)也能得到90.1 g·L-1的乳酸［42］。

根霉菌是研究最多的產(chǎn)乳酸真菌，因可分解利用淀粉基原料、菌體易于分離并能產(chǎn)生高光學(xué)純度的乳酸而逐漸成為研究的熱點(diǎn)［43］，包括米根霉、黑根霉、華根霉、小麥曲根霉等10多種，其中米根霉產(chǎn)乳酸能力最強(qiáng)，能夠生產(chǎn)純度較高的L-乳酸，并且具有淀粉性，可以從各種淀粉物質(zhì)如馬鈴薯淀粉中產(chǎn)生乳酸而不需要事先糖化［44］。利用米根霉Rhizopus oryzaePTCC 5263對(duì)10 g·L-1的可溶性馬鈴薯淀粉進(jìn)行發(fā)酵，通過(guò)固定R.oryzae，96 h內(nèi)乳酸最大質(zhì)量濃度可達(dá)4 g·L-1［45］。

相對(duì)于細(xì)菌和霉菌，酵母菌具備更好的耐酸特性，可在強(qiáng)度更高的酸性條件下生長(zhǎng)，克服了發(fā)酵過(guò)程受酸積累抑制的影響。此外，酵母菌也是基因工程中良好的真核基因受體菌，與大腸桿菌相比有更加完備的基因調(diào)控、表達(dá)和修飾能力［46］。有研究以一株耐高濃度乳酸的耐酸酵母為菌株，采用基因工程育種技術(shù)構(gòu)建乳酸代謝途徑，代謝葡萄糖生成乳酸，使乳酸產(chǎn)量達(dá)到40 g·L-1以上［47］。

采用單一菌種對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸難以充分利用底物中的各種營(yíng)養(yǎng)，加上各種菌種都存在一定的不足之處，使得乳酸的產(chǎn)量較低。為了彌補(bǔ)菌種在發(fā)酵過(guò)程中的缺陷，近年來(lái)人們逐漸采用混合及改良菌種的方法來(lái)生產(chǎn)乳酸。有研究以棗汁為底物，對(duì)Lactobacillus casei和Lactococcus lactis分別進(jìn)行單一和混合培養(yǎng)發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)混合培養(yǎng)系統(tǒng)中乳酸最高質(zhì)量濃度可達(dá)60.3 g·L-1，葡萄糖和果糖的總利用率分別為96.0%和100.0%，而在單培養(yǎng)發(fā)酵中，乳酸的最高質(zhì)量濃度分別只達(dá)53.0 g·L-1和46.0 g·L-1，葡萄糖和果糖的總利用率也分別只有82.2%、94.4%和93.8%、60.3%。上述研究結(jié)果表明，相對(duì)于單一培養(yǎng)物，混合培養(yǎng)物具有更高的發(fā)酵能力，并且糖利用率更高［48］。

1.3.2 碳源和氮源

一般情況下，在餐廚垃圾發(fā)酵液中添加復(fù)雜的氮源，如玉米漿（CSL）、酵母提取物、蛋白胨、硝酸銨、硫酸銨等達(dá)到合適的C/N比，可以促進(jìn)乳酸的產(chǎn)生［49］。利用廚余垃圾中各種有機(jī)物作為碳源發(fā)酵產(chǎn)乳酸，其總糖與總氮含量的比值（S/N）對(duì)乳酸產(chǎn)量具有顯著影響。隨著S/N的增加，有機(jī)物的生物轉(zhuǎn)化率逐漸降低，當(dāng)S/N＜11時(shí)，生物轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%以上，補(bǔ)氮降低了S/N，提高了生物轉(zhuǎn)化率［50］。也有研究評(píng)估了硫酸銨、硝酸銨、尿素、酵母提取物和蛋白胨作氮源時(shí)對(duì)Rhizopus arrhizus發(fā)酵產(chǎn)乳酸的影響，發(fā)現(xiàn)低C/N比的發(fā)酵培養(yǎng)基可以提高乳酸的產(chǎn)量，并且以硝酸銨為氮源時(shí)能得到高且穩(wěn)定的乳酸，在最大程度上減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生，在32 h內(nèi)添加0.909 g·L-1的硝酸銨就能獲得36.4 g·L-1的乳酸，即91%的收率［51］。

1.3.3 pH值

餐廚垃圾發(fā)酵過(guò)程中隨著乳酸的產(chǎn)生，pH值會(huì)逐漸降低，影響乳酸菌的活性并對(duì)乳酸產(chǎn)率有嚴(yán)重的抑制作用。不同的初始pH值及在發(fā)酵過(guò)程中對(duì)pH值的控制對(duì)乳酸產(chǎn)量與產(chǎn)率均有較大影響。一般來(lái)說(shuō)，乳酸發(fā)酵的理想pH值在5.0與7.0之間［7］。研究者以新鮮餐廚垃圾為接種物，通過(guò)批式發(fā)酵實(shí)驗(yàn)研究了pH值分別為4、5、6和不受控制時(shí)對(duì)乳酸發(fā)酵的影響，pH值為5時(shí)乳酸的質(zhì)量濃度和產(chǎn)量最高，分別為28.4 g·L-1和0.46 g·（g總固體）-1［52］。進(jìn)一步地，在商業(yè)化的厭氧發(fā)酵設(shè)施中評(píng)估餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸的性能以及工藝條件的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，低pH值及高有機(jī)負(fù)荷均有利于乳酸的積累，乳酸的平均質(zhì)量濃度可達(dá)21.7 g·L-1［53］。

1.3.4 氧氣與溫度

大多數(shù)乳酸細(xì)菌均為厭氧菌或兼性厭氧菌，厭氧或減少氧分壓有利其生長(zhǎng)。擬干酪乳桿菌是一種兼性厭氧菌，環(huán)境中氧氣濃度不同則其生長(zhǎng)和代謝特性也會(huì)有所不同。在擬干酪乳桿菌發(fā)酵產(chǎn)乳酸的過(guò)程中提供不同的氧氣量，發(fā)現(xiàn)微量的通氣在發(fā)酵前期對(duì)生物量的積累、葡萄糖的消耗和乳酸的產(chǎn)生都沒(méi)有明顯的影響，但在發(fā)酵后期，隨著通氣量的增大，對(duì)擬干酪乳桿菌生長(zhǎng)的抑制作用增強(qiáng)。當(dāng)通氣量增至0.5 vvm（即air volume/culture volume/min，表示通氣比）時(shí)，在整個(gè)發(fā)酵周期內(nèi)都對(duì)擬干酪乳桿菌有明顯的抑制作用。適量的通氣量雖然會(huì)抑制生物量的積累，但是可以促進(jìn)擬干酪乳桿菌對(duì)葡萄糖的利用，在通氣量為0.1 vvm時(shí)發(fā)酵48 h，乳酸的產(chǎn)量高達(dá)166.45 g·L-1，糖酸轉(zhuǎn)化率為86.1%［54］。

溫度通過(guò)影響蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能、細(xì)胞結(jié)構(gòu)及胞內(nèi)酶的活性等來(lái)影響微生物的生長(zhǎng)、繁殖和新陳代謝，不同的培養(yǎng)溫度不僅影響乳酸菌的生長(zhǎng)，還影響代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量和質(zhì)量［55］。有研究發(fā)現(xiàn)在餐廚垃圾和污泥聯(lián)合發(fā)酵產(chǎn)乳酸過(guò)程中，溫度對(duì)乳酸產(chǎn)量具有較大影響，中溫條件（35±1）℃下乳酸的最高產(chǎn)量為25.51 g COD·L-1，高溫條件（50±1）℃下其最高產(chǎn)量為10.04 g COD·L-1。產(chǎn)生上述差異的原因主要?dú)w結(jié)于不同發(fā)酵溫度導(dǎo)致微生物種群結(jié)構(gòu)以及功能微生物活性的變化［3］。

1.3.5 其他因素

餐廚垃圾中微生物生產(chǎn)乳酸不僅能達(dá)到有效處理有機(jī)廢物的目的，同時(shí)還能回收有價(jià)值的副產(chǎn)物，但因?yàn)閰⑴c水解和L-乳酸產(chǎn)生的酶活性不高并存在與其他脂肪酸相關(guān)的酶，導(dǎo)致L-乳酸產(chǎn)率低、光學(xué)純度不高。通過(guò)補(bǔ)加活性污泥和間歇堿性發(fā)酵的方法調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶的活性，在室溫下從餐廚垃圾中獲得了光學(xué)純的L-乳酸，并且使乳酸產(chǎn)率提高了近3倍［56］。

鐵作為微生物的營(yíng)養(yǎng)元素和高效催化劑，能改善厭氧消化中的微生物酶活性，促進(jìn)發(fā)酵底物的水解［57］。在餐廚垃圾開(kāi)放式發(fā)酵的過(guò)程中加入納米級(jí)零價(jià)鐵（nZVI）可有效提高乳酸的濃度，并且乳酸的產(chǎn)量與nZVI的劑量成正相關(guān)。在不同nZVI濃度下，0～48 h內(nèi)乳酸不斷積累，但生產(chǎn)速率逐漸下降，48 h后乳酸濃度趨于穩(wěn)定，并在10 g·L-1nZVI時(shí)達(dá)到最大質(zhì)量濃度70 539.4 mg COD·L-1，是不加nZVI時(shí)的1.78倍。此外，一定量的nZVI還可以促進(jìn)餐廚垃圾發(fā)酵的其他產(chǎn)物如丙酮酸向乳酸的轉(zhuǎn)化［58］。然而，不同類型的鐵離子對(duì)餐廚垃圾的水解和發(fā)酵的影響機(jī)理有所不同，如圖3所示［59］。在餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸系統(tǒng)中，nZVI緩解了pH值的下降，使氧化還原電位（ORP）保持在厭氧水平，促進(jìn)了不溶性碳水化合物的溶解，刺激了功能酶的活性，增加了乳酸桿菌的豐度，從而使得乳酸產(chǎn)量顯著提升；納米氧化鐵（nFO）則提高了發(fā)酵系統(tǒng)的ORP，促進(jìn)了假單胞菌的富集，假單胞菌具有很強(qiáng)的降解有機(jī)物的能力，同時(shí)Fe3+的存在增加了乳酸桿菌的豐度，提高了乳酸脫氫酶的活性，從而增加了乳酸產(chǎn)量。

圖3 零價(jià)鐵和氧化鐵在餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)乳酸過(guò)程中的作用機(jī)理［59］Fig.3 Mechanism of zero valent iron and iron oxide in lactic acid production by anaerobic fermentation of food waste［59］

除了鐵離子，Cu2+也會(huì)影響餐廚垃圾發(fā)酵體系中乳酸的產(chǎn)量。例如，餐廚垃圾和活性污泥聯(lián)合發(fā)酵過(guò)程中，在pH值為7.0、溫度為35℃的條件下分別投加15、30、70μM Cu2+·（g VSS）-1（即分別投加15、30、70μmol·L-1Cu2+·（g VSS）-1，其中VSS指揮發(fā)性懸浮固體），所產(chǎn)生的乳酸的最大質(zhì)量濃度分別為23.21 g·L-1、17.44 g·L-1和16.53 g·L-1，其中Cu2+投加量為15μM·（g VSS）-1時(shí)與空白相比提高了77.0%。進(jìn)一步的機(jī)理研究表明，Cu2+能夠增強(qiáng)碳水化合物的水解和糖酵解作用，添加15μMCu2+·（g VSS）-1時(shí)乳酸菌Lactobacillus的豐度高 達(dá)86.20%，而Cu2+濃度為70μM·（g VSS）-1時(shí)其豐度僅為0.05%，這說(shuō)明70μM Cu2+·（g VSS）-1可能超過(guò)了該乳酸菌的耐受范圍［60］。

此外，總固體（TS）含量也會(huì)影響餐廚垃圾發(fā)酵中揮發(fā)性脂肪酸和乳酸的產(chǎn)生。研究表明，在最佳條件下，TS質(zhì)量濃度從50 g·L-1增加到150 g·L-1時(shí)乳酸產(chǎn)量不斷增加，最高質(zhì)量濃度可達(dá)12.87 g·L-1，而當(dāng)TS質(zhì)量濃度增加至200 g·L-1時(shí)乳酸質(zhì)量濃度下降至11.76 g·L-1，主要原因是高濃度的TS限制了傳質(zhì)并抑制了水解和產(chǎn)酸過(guò)程［61］。

2 乳酸的提取和純化

餐廚垃圾產(chǎn)乳酸發(fā)酵液成分復(fù)雜，除乳酸外，發(fā)酵液中還包括菌體、殘?zhí)?、蛋白質(zhì)、色素、無(wú)機(jī)鹽、副產(chǎn)物有機(jī)酸及未轉(zhuǎn)化的淀粉等，這些雜質(zhì)的存在為后續(xù)乳酸的分離和提純帶來(lái)了很大的困難，影響著乳酸的產(chǎn)量及質(zhì)量。發(fā)酵液分離和提純的成本在實(shí)際生產(chǎn)中占到了總生產(chǎn)成本的50%～60%，是制約乳酸工業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸和難點(diǎn)所在［62］。目前，工業(yè)上普遍采用的乳酸提取和純化工藝為鈣鹽結(jié)晶法，工藝流程如圖4所示。

圖4 乳酸的提取純化工藝流程［39］Fig.4 Flow chart of lactic acid extraction and purification［39］

該流程成熟且易于控制，但也存在流程較長(zhǎng)、操作單元多而復(fù)雜、原料消耗多、副產(chǎn)物多、產(chǎn)品回收率低和環(huán)境污染等問(wèn)題。為了有效解決上述問(wèn)題，需進(jìn)一步探索低成本、高效率的分離和提純工藝，以提高產(chǎn)品收率和純度。目前，國(guó)內(nèi)新型的乳酸分離技術(shù)主要有離子交換法、酯化水解法、萃取法、分子蒸餾法及膜分離法等。表2比較了幾種從發(fā)酵液中回收乳酸方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

表2 乳酸回收和分離工藝的優(yōu)缺點(diǎn)［66］Tab.2 Advantages and disadvantages of lactic acid recovery and separation process［66］

2.1 離子交換法

離子交換技術(shù)是生物技術(shù)中極具發(fā)展前景的下游加工方法之一，具有選擇性好、條件溫和、操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品分離省時(shí)省力等特點(diǎn)，得到的產(chǎn)品濃度和純度合理，能從發(fā)酵液中原位提取離子源產(chǎn)物，并除去發(fā)酵過(guò)程中潛在的抑制劑［63］。近些年，許多種離子交換樹(shù)脂被用于從發(fā)酵液中回收和純化乳酸，如中性吸附劑Amberlite XAD 1600、PVP、IRA-420、IRA-400和DOWEX-50W等［64］。選用強(qiáng)陽(yáng)離子樹(shù)脂Lewatit S2568H將發(fā)酵液pH值降至3.86以下，然后使用弱陰離子交換劑Lewatit S3428將乳酸與發(fā)酵液中的其他陰離子分離，最終獲得的乳酸純度高達(dá)99%［65］。Amberlite IRA-400陰離子交換樹(shù)脂在pH值為2.0時(shí)對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵液中乳酸的最大吸附容量達(dá)106.00 mg·（g濕樹(shù)脂）-1，此時(shí)樹(shù)脂對(duì)乳酸的吸附性能不受發(fā)酵液中鹽離子和其他無(wú)機(jī)酸的影響，并且用水作洗脫液時(shí)總收率高達(dá)92.11%。pH值為5.0時(shí)對(duì)乳酸的吸附容量更高，達(dá)197.09 mg·（g濕樹(shù)脂）-1，若用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的甲醇作洗滌劑、1.0 mol·L-1H2SO4作洗脫劑進(jìn)行柱分離，乳酸總收率可達(dá)86.21%［67］。

2.2 酯化水解法

利用酯化水解法可獲得精品級(jí)乳酸，具有產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低、色度低且熱穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。該方法將乳酸與甲醇等醇類物質(zhì)在催化劑作用下反應(yīng)生成乳酸酯，經(jīng)蒸餾提純、水解后可得到高純度的乳酸。精餾塔的使用可以提高酯化率和水解效率。向餐廚垃圾發(fā)酵液中加入氨水以調(diào)節(jié)pH值，然后將得到的乳酸銨直接與丁醇反應(yīng)6 h制備乳酸丁酯，酯化率為87.7%，并以SnCl2改性的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂代替硫酸作為催化劑，以中性乳酸銨代替原來(lái)的乳酸作為起始原料，既消除了反應(yīng)器的腐蝕，又避免了副產(chǎn)物鈣鹽的生成。然后，對(duì)乳酸丁酯進(jìn)行精餾，純化后的乳酸丁酯在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂H+的催化下依次水解成乳酸，水解率為89.7%，回收乳酸純度達(dá)90%［68］。

然而，酯化反應(yīng)受化學(xué)平衡的限制，產(chǎn)率低，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。將反應(yīng)蒸餾、催化反應(yīng)和滲透汽化等過(guò)程集成技術(shù)與酯化水解法相結(jié)合，強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程，從體系中及時(shí)脫除產(chǎn)物水，可提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的收率與品質(zhì)［69］。雖然過(guò)程能耗較高，但是為乳酸精制提供了一條新的途徑。

2.3 萃取法

萃取法是提取化工產(chǎn)品的主要方法之一，根據(jù)相似相溶的原理，將適當(dāng)?shù)娜軇┘尤氚l(fā)酵體系，把乳酸萃取到萃取相進(jìn)行分離和提純，再經(jīng)反萃取過(guò)程得到最終產(chǎn)品，主要包括溶劑萃取、膜萃取、鹽析萃取和反應(yīng)萃取等。超聲波溶劑萃取是一種新興的乳酸回收方法，以乙酸乙酯為萃取劑從乳酸細(xì)菌培養(yǎng)基（MRS培養(yǎng)基）、混合餐廚垃圾水解物和烘焙廢物的發(fā)酵液中提取乳酸，乳酸回收質(zhì)量濃度可達(dá)400～500 g·L-1，總收率約為82%～84%，并且純度高達(dá)98%［70］。利用重組釀酒酵母發(fā)酵餐廚垃圾，經(jīng)4%的稀硫酸水解后用真空蒸餾系統(tǒng)將水解產(chǎn)物濃縮，乳酸質(zhì)量濃度達(dá)到14.3 g·L-1，然后以三烷基氧化膦作為萃取溶劑進(jìn)行液-液萃取，最終乳酸提取率可達(dá)100%［71］。

然而，由于萃取劑大多具有一定的毒性，影響發(fā)酵菌種的活性，并且生產(chǎn)過(guò)程不易控制，溶劑回收成本高，因此該技術(shù)目前僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段［72］。除此之外，由于乳酸具有較強(qiáng)的親水性，使用常規(guī)的有機(jī)溶劑對(duì)乳酸的萃取存在收率低、萃取劑殘留等問(wèn)題，因此常需復(fù)合溶劑或與其他技術(shù)集成來(lái)提取乳酸。尋找無(wú)毒、高效、經(jīng)濟(jì)可行的萃取劑是未來(lái)萃取技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。

2.4 分子蒸餾法

分子蒸餾，也稱短程蒸餾，是在高真空度條件下進(jìn)行的非平衡連續(xù)蒸餾過(guò)程，特別適用于分離低揮發(fā)度、高分子量、高沸點(diǎn)、高黏度、熱敏性和具有生物活性的物料，并且能有效降低熱分解的危害，避免使用大量的有毒溶劑［73］。采用分子蒸餾技術(shù)從發(fā)酵液中回收純化乳酸，并用響應(yīng)面法和中心復(fù)合設(shè)計(jì)優(yōu)化操作條件，在最佳蒸餾溫度（367.1 K）和壓力（24.5 Pa）條件下僅通過(guò)一次蒸餾，乳酸純度可達(dá)92.39%，產(chǎn)率可達(dá)74.09%，進(jìn)一步設(shè)計(jì)多道蒸餾工藝后，可得到純度約為95.60%的乳酸［74］。進(jìn)一步地，設(shè)計(jì)了一種含有2個(gè)冷凝器的混合短程蒸餾系統(tǒng)，在1 000 Pa的壓力下獲得了純度為89.70%的乳酸［75］。

總之，分子蒸餾技術(shù)提取乳酸工藝簡(jiǎn)單、步驟少且產(chǎn)品純度高，但產(chǎn)品單程收率低，一次性投資大，并且只能對(duì)乳酸產(chǎn)品進(jìn)行深加工，不能直接從發(fā)酵液中獲得乳酸。在某種程度上該方法可作為從粗乳酸制備高品質(zhì)乳酸的有效工藝。

2.5 膜分離法

膜分離是利用膜的選擇透過(guò)性，在膜兩側(cè)一定推動(dòng)力的作用下，使原料中的某種組分選擇性地透過(guò)膜，從而使混合物得以分離，達(dá)到分離、提純的目的。常用的膜分離法有微濾、納濾、反滲透和電滲析等。膜分離技術(shù)應(yīng)用于乳酸分離提純主要包括發(fā)酵液的澄清除雜和乳酸精制［76］。Lee等［77］提出了一種從發(fā)酵液中回收乳酸的混合集成膜分離工藝，包括超濾（UF）、納濾（NF）、離子交換（IEX）和真空輔助蒸發(fā)4個(gè)分離工藝單元，每一步都有不同的乳酸純度（見(jiàn)圖5），并且最終回收的乳酸純度大于99.5%。采用電滲析法分離餐廚垃圾發(fā)酵液中的乳酸和還原性糖時(shí)，在電流密度為2.0 A·dm-2的條件下電滲析10 h，可使乳酸回收率大于82.40%，并且能將乳酸質(zhì)量濃度從31.47 g·L-1餐廚垃圾發(fā)酵液提濃至68.00 g·L-1左右［78］。

圖5 用于乳酸分離和純化的一體化膜工藝［77］Fig.5 Integrated membrane process for separation and purification of lactic acid［77］

雖然膜分離法能耗低，能夠在一定程度上提高L-乳酸產(chǎn)品的質(zhì)量，但是膜成本高、膜通量衰減、膜堵塞、膜污染等問(wèn)題限制了該技術(shù)在工業(yè)化生產(chǎn)上的應(yīng)用?？梢钥闯?，新型乳酸分離技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相比，雖然效率大大提高，但是操作過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需與其他技術(shù)相結(jié)合，不斷研究與改善乳酸的提取和純化工藝仍是乳酸發(fā)酵工業(yè)的重點(diǎn)。

3 研究展望

未來(lái)對(duì)于餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸研究應(yīng)從以下幾個(gè)方面開(kāi)展：

（1）篩選高效乳酸菌株。生物合成纖維素酶的活力較低，降低了餐廚垃圾原料的利用率。通過(guò)基因工程和代謝工程等技術(shù)對(duì)現(xiàn)有菌種進(jìn)行改造，選育出性狀優(yōu)良，能利用多種糖類、營(yíng)養(yǎng)要求簡(jiǎn)單且耐酸能力強(qiáng)的產(chǎn)乳酸菌種，提高菌體的發(fā)酵效率。此外，餐廚垃圾營(yíng)養(yǎng)成分復(fù)雜，單一菌種由于各自特點(diǎn)無(wú)法充分利用垃圾中的有用成分，因此采用多種菌株聯(lián)合培養(yǎng)發(fā)酵的方法可有效提高原料的轉(zhuǎn)化率和乳酸產(chǎn)量。

（2）研制高效發(fā)酵產(chǎn)乳酸反應(yīng)器。發(fā)酵產(chǎn)乳酸反應(yīng)器直接影響著餐廚垃圾產(chǎn)乳酸的效果。通過(guò)結(jié)構(gòu)和功能的改變，設(shè)計(jì)和研發(fā)新型高效乳酸發(fā)酵設(shè)備，提高餐廚垃圾有機(jī)物的發(fā)酵產(chǎn)率和發(fā)酵速度，實(shí)現(xiàn)乳酸規(guī)?；a(chǎn)，是未來(lái)餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸的主要研究方向。

（3）發(fā)酵體系中微生物體內(nèi)還原力調(diào)控。餐廚垃圾發(fā)酵體系中多種微生物共存調(diào)控通常導(dǎo)致乳酸菌胞內(nèi)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸處于匱乏狀態(tài)，用于乳酸合成的還原力不足，碳代謝流流向及其通量調(diào)控失衡，多種有機(jī)酸并存，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)乳酸代謝的最大化和快速化。因此，在餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸過(guò)程中，通過(guò)調(diào)控產(chǎn)乳酸微生物體內(nèi)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的再生以實(shí)現(xiàn)乳酸高效生產(chǎn)仍是餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

（4）發(fā)酵產(chǎn)物的提取和純化。為了獲得高價(jià)值的乳酸產(chǎn)品，濃縮、分離和純化是餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)乳酸下游的必要步驟。迄今為止，研究了許多回收乳酸的技術(shù)。然而，由于厭氧發(fā)酵液的復(fù)雜性以及乳酸與揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）的相似特性，從發(fā)酵液中原位回收純?nèi)樗崛匀挥欣щy。未來(lái)仍需要研究高效的乳酸提取與純化工藝，并對(duì)現(xiàn)有提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，如綜合利用集成分子蒸餾及膜技術(shù)等，同時(shí)進(jìn)行生命周期和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、綠色的乳酸分離純化。