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南昌大学食品学院王允圃教授课题组崔宪等人《CEJ》发文：木薯渣变“宝”——L-乳酸与沼气联产技术
近日，南昌大学食品学院王允圃教授课题组崔宪等人在材料科学领域TOP学术期刊《Chemical Engineering Journal》（IF=13.2，中科院一区）发表题为“ Hydrothermal-assisted enzymatic pretreatment enhances the cassava residue-based integrated biorefinery: “L-lactic acid – Biogas”production technology ”的研究论文。硕士研究生周紫轩为第一作者，崔宪助理研究员为通讯作者。我国每年产生大量木薯渣、甘蔗渣等食品加工副产物。传统处理方式以饲料、肥料为主，资源利用率低，而沼气工程作为农业废弃物资源化的重要途径，又长期面临产业链短、经济效益差等问题，制约了行业可持续发展。L-乳酸作为常见的食品添加剂，在食品工业中应用广泛、市场需求旺盛，然而以非粮生物质为原料时，发酵效率低、产物纯化成本高等问题，始终困扰着该产业。那么如何通过“有机酸-沼气联产”技术，实现从“单一产能”向“多产品联产”的转型升级，将成为提高食品加工副产物高值化利用的有效途径。本研究以木薯渣为主要原料，创新性提出 “木薯渣→发酵产酸→发酵残渣产沼气” 的全新工业链条（简称CLB工艺），集成了水热-酶协同预处理与双极膜电渗析纯化两大核心技术。
主要突破点如下：
预处理优化：通过单因素试验与响应面法优化，确定最佳水热处理条件为169°C、41 min、3.6%料液比，最佳酶配比（纤维素酶:半纤维素酶:木聚糖酶）为3:1:1。在此条件下，可溶性糖产量高达476.58 mg/g，较未处理空白组（9.7 mg/g）大幅度提高。
L-乳酸发酵：在最优发酵条件（18 h、5%水解液添加量、7%菌液接种量）下，L-乳酸产量达17.76 g/L，转化率37.99%。通过宏转录组与宏基因组分析，揭示了发酵后期乳酸产量下降的内在机制：编码乳酸脱氢酶的基因显著下调，阻断了丙酮酸向乳酸的转化；同时，编码丙酮酸脱氢酶和磷酸乙酰转移酶的基因协同上调，驱动代谢流由乳酸合成转向乙酸合成途径，从而导致乳酸积累减少、乙酸副产物增加。
双极膜电渗析纯化：在电压13.60 V、初始浓度65.00 g/L、流速40 L/h条件下，L-乳酸纯化率达95.60%，能耗仅0.657 kWh/kg，光学纯度99.45%，显著优于传统沉淀法及膜分离工艺。
甲烷联产：联产工艺（DHEER）甲烷产量达276.74 mL/g ODM。碳流分析显示，联产工艺将22.80%碳流导向高值L-乳酸，同时保持与纯沼气工艺几乎相当的煤炭替代能力。图2 水热温度、时间、料液比对木薯渣可溶性糖产量的影响图4 宏转录组与宏基因组差异表达基因分析（18 h vs 48 h）图5 BMED不同电压、初始浓度、流速下的纯化率与能耗本研究为食品加工废弃物资源化从单一利用向多元化生物炼制转型升级提供了全新思路。CLB工艺在保持较高甲烷产出的同时，高效联产高附加值L-乳酸，显著提升了食品加工副产物价值，降低了环境足迹。该策略契合国家“双碳”战略与循环经济理念，为食品加工副产物高值化利用及沼气行业突破经济效益瓶颈提供了切实可行的技术路径。https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.176359
崔宪（cuixian@ncu.edu.cn），男，南昌大学食品学院助理研究员、硕士研究生导师，江西省科技特派员。致力于食品加工副产物高值化利用相关研究。近五年主持国家重点研发计划项目子课题1项、省部级课题2项、政府/企业合作项目11项、教育部产学研课题1项。以第一作者或通讯作者发表学术论文27篇（SCI收录20篇，EI收录4篇，中文核心3篇），授权国家发明专利8项、实用新型专利1项。担任Foods、Sustainability等期刊客座编辑，Journal of Future Foods、当代化工等期刊编委会青年委员。获江西省教学成果奖青年培育项目1项、第一届全国博士后创新创业大赛优胜奖1项、第七届和第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国家金奖、银奖、铜奖各1项。入选南昌大学 “香樟育才”计划。
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