Optimization of lactic acid production from dairy whey using indigenous lactic acid bacteria
本研究展示了通过优化的本土乳酸菌株，将卢旺达乳制品加工厂的甜乳清成功转化为高纯度乳酸，实现了高产率以及通过降低化学需氧量所带来的显著环境影响。
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每当制作奶酪时，都会留下大量的液体。每生产一公斤奶酪，大约会产生十升被称为“甜乳清”的这种水状副产品。虽然它看起来像水，但实际上富含在奶酪制作过程中未能捕捉到的糖分、蛋白质和维生素。在许多地方，这种营养丰富的液体被视为废物。当它被倾倒入河流或任其腐烂时，会消耗水中的氧气，造成沉重的环境负担。然而，这种液体本身蕴含着隐藏的潜力：其中的糖分可以喂给微小的天然微生物，从而产生乳酸。这种物质是一种多功能的构建模块，用于制造从食品防腐剂、化妆品到生物降解塑料的一切产品。将这种污染性的废弃物转化为有价值的材料，代表了向循环经济的转变，在这种经济模式中，没有什么是被浪费的，每一个输出都成为了新事物的输入。
在卢旺达北部的山区，随着乳制品业的快速发展，研究人员面临着如何管理当地奶酪制造商产生的庞大乳清量的挑战。来自 INES-Ruhengeri 的一个团队致力于研究是否可以利用当地存在的细菌，将这种废物转化为乳酸。他们没有从国外进口专门的菌种，而是寻找了当地的酸奶——一种传统的发酵食品——来寻找合适的微生物。他们从三家不同的奶酪加工厂收集了乳清样本，并从当地市场采集了酸奶，以开始他们的探索。他们测试的乳清被证实是乳糖（牛奶中发现的糖）的浓郁“汤液”，并含有少量的蛋白质和矿物质，这使其成为理想的营养来源。
研究人员首先从当地酸奶中分离出了几种乳酸菌株。这些是负责将牛奶转化为酸奶的同类友好微生物。在用无菌乳清进行测试后，他们挑选出了一个特定的菌株，并将其命名为 LAB-4，因为它被证明在将乳清中的糖转化为酸方面效率最高。该菌株能够在三天内显著降低乳清的 pH 值，这表明它正在旺盛地工作。有了这种本土细菌，团队进入了下一阶段：寻找它工作的完美环境。他们知道温度、液体的初始酸度以及添加细菌的数量都会改变结果，因此他们使用了一种系统化的方法，测试了数百种组合，以找到最佳平衡点。
通过这种细致的测试，科学家们发现，当细菌保持在 37 摄氏度的温暖温度下，初始 pH 值为 6.0，并且混合物中含有特定数量的细菌培养物时，表现最为出色。在这些优化条件下，该过程非常有效。在短短 48 小时内，细菌就将乳清中的乳糖转化为了乳酸，浓度达到了每升 43.2 克。这一结果意味着，对于每消耗一克糖，细菌就能产生近 0.87 克乳酸，这种高效率足以媲美使用进口商业菌种的方法。该过程还净化了废水；化学需氧量（衡量液体中污染程度的指标）下降了超过三分之二，证明了发酵过程在创造产品的同时也在处理废物。
发酵完成后，团队需要将乳酸从液体中分离出来。他们使用了一种简单的方法，利用氢氧化钙将酸转化为固体盐，然后通过过滤并用酸处理来释放纯净的乳酸。这一回收步骤取得了成功，回收了约 75% 的可用酸，纯度达到 82.5%。虽然这一纯度低于先进工业机器所能达到的水平，但对于许多食品和技术用途而言已经足够。研究人员还对该过程在小规模下的经济性进行了评估，估计生产一公斤这种乳酸的成本约为 2.10 美元。这一价格水平表明，该方法对当地乳制品加工商来说具有财务可行性，为他们提供了一种将环境负债转化为收入来源的方式。
这项研究表明，局部解决方案可以解决全球性问题。通过使用该地区的本土细菌并优化其在当地废物上的生长，研究人员证明了卢旺达的乳制品加工商可以更可持续地管理其乳清。这项工作证实了甜乳清是生产乳酸的合适底物，且本土细菌能够在无需昂贵进口菌种的情况下高效完成任务。虽然目前的实验是在烧瓶中进行的，且回收方法较为基础，但其结果为未来的发展提供了坚实的基础。该过程提供了一条实用、低成本的废物增值路径，符合该国对环境保护和经济增长的目标，将潜在的污染物转变为宝贵的资源。
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