乳酸合成丁酸的工艺构建及其条件优化*

梁程 1,2 陶勇 1 朱晓宇1** 张艳艳 1,2 向元英 1,2 何晓红 1

1 中国科学院成都生物研究所成都 610041

2 中国科学院大学北京 100049

摘 要 本研究拟在构建一套乳酸合成丁酸的工艺，在开放体系中，驯化培养丁酸合成混合菌，并对发酵工艺条件进行系统研究和优化。首先通过 单因素试验设计确定各因素的最佳水平范围。结果表明， pH 值控制在 5.5-7.5 之间，乳酸浓度控制在 20g L-1-40g L-1 之间，外加乙酸浓度控制在 1.5g L-1-3.5g L-1 之间可以得到丁酸的最大产率。在此基础上，进一步对 pH 值、乳酸浓度和外加乙酸浓度进行三因素三水平的 Box-

Behnken 试验设计及响应面法分析，以丁酸产率作为响应值，探究影响丁酸产率的各因素之间相互作用。通过方差分析显著性及求解回归方程得到最优发酵工艺条件：在 pH 值为 6.72，乳酸浓度为 27.83 g L-1，外加乙酸浓度为 2.79 g L-1 时，丁酸最高产率理论可达 2.47 g L-1 D-1。验证试验得到的结果是丁酸产率为 2.43

g L-1 D-1，与预测值接近，较优化前产率提高了 47.27%。此外，利用高通量测序技术（Miseq）对微生物群落结构进行分析，发现混合微生物中占优势的菌群是 Clostridium sensustricto、Lactobacillus 与 Clostridium

IV，其丰度分别为 69.35%，15.41%与 10.05%。图 8 表 3 参 34

关键词丁酸；乳酸；响应面优化；混合微生物；发酵条件CLC

Construction of the process of butyrate production from lactate and

the optimization of fermentation parameters*

LIANG Cheng1,2,TAO Yong1, ZHU Xiaoyu1**,ZHANG Yanyan1,2,XIANG Yuanying1,2&HE Xiaohong1

1Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences,Chengdu 610041,China

2University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

AbstractObjectives: This paper reported a new process that can produce butyrate from lactate using mixed culture. In order

to reduce the cost of butyrate fermentation as well as improve the yield of butyrate, optimization of fermentation

conditions were investigated.

Methods: First, functional mixed culture was acclimated by fed-batch fermentation in a designated reactor;

Second, the optimal range of various factors were determined by conducting single factor experiments; Third,

optimal conditions were obtained by using response surface methodology about Box-Behnken design; Finally,

microbial community structure was analyzed by using high-throughput sequencing technologies.

Results: The single factor experiments firstly showed that the optimal range of pH was between 5.5 and 7.5,

lactate concentration was between 20g L-1 and 40g L-1， and additional acetate concentration was between 1.5g L-1

and 3.5gL-1. Based on response surface methodology, it was found that the highest production rate of butyrate

(2.47 g L-1 D-1) can be achieved at pH 6.72 with lactate concentration of 27.83 g L-1 and acetate concentration of

2.79 g L-1. Experiment further comfirmed the result of response surface analysis. Finally, high-throughput

1收稿日期 Received：接收日期 Accepted：*国家自然科学基金项目（ No.31300116，No.31270531，No.31470020）、中国科学院西部之光之西部博士人才培养项目（ Y4C5011100 ） 、 四 川 省 科 技 支 撑 项 目 （ 2016JZ0010 ） Supported by the National Natural Science Foundation of China (No.31300116 ， No.31270531 ， No.31470020) 、 The Western Light Talent Culture Project （ Y4C5011100 ） 、 Sichuan Science and Technology Support Program（2016JZ0010）** 通讯作者 Corresponding author (E-mail: zhuxy@cib.ac.cn)

1

2

34

5678910111213141516

17

18

1920212223242526272829303132333435

123456

sequencing analysis indicated that Clostridium sensustricto, Lactobacillus and Clostridium IV were dominant

microorganisms, and each abundance was 69.35%,15.41% and 10.05%, respectively.

Conclusions: The new process of butyrate production from lactate with mixed culture may have potential for

industrial production because the product rate is comparable to established fermentation systems.

Keywords butyrate(butyric acid);lactate(lactic acid);response surfacemethodology;mixedculture;fermentation

parameters

丁酸（CH3CH2CH2COOH，Butyric acid ）是一种含有 4 个碳原子的短链脂肪酸（ Short-chain fatty

acids，SCFAs），也是一种新兴的生物能源合成前体 [1]，通过相应的化学后处理工艺，丁酸可以被转化为丁醇或生物烷烃类物质。此外，在丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵工艺中丁酸的添加可以显著提高生物丁醇的产量[2, 3]。不仅如此，丁酸也是一种重要的化工原料，可应用于各种制革工艺中，亦可用于生产可生物降解塑料聚 β-羟基丁酸（PHB）[4]。在食品行业中，丁酸酯化后是一种重要的香味物质 [5, 6]。在医药工业中，丁酸对维持肠道稳态具有重要的作用，并在治疗血红蛋白病、炎症以及肠胃疾病等方面显现出潜在的药用价值[7, 8]。

乳酸是世界上第一大羧酸，乳酸也是最为常见的有机废弃物初级发酵产物之一。当环境中可降解有机物（如糖类，淀粉等）含量较高时，乳酸发酵是主要的发酵形式。例如，在餐厨垃圾，农业生产废渣（如木薯渣，甘蔗渣等）等有机物发酵过程中，乳酸为主要的代谢产物 [9-12]。近些年的研究表明，乳酸可以进一 步 转 化 为 丁 酸 ， 相 关 微 生 物 被陆续分离出来，例如 Clostridium thermobutyricum ， Clostridium

tyrobutyricum，Eubacteriumhallii 和 Anaerostipescaccae等[13-15]。由于乳酸发酵原料（如农业生产废弃物）在环境中来源非常广泛，并且丁酸是一种具有高附加值的物质[16, 17]，因此，将乳酸转化为丁酸的生物发酵工艺在生物能源合成，以及有机废弃物资源化利用方面都具有极大的研究和开发潜力。但目前丁酸的发酵工艺主要以糖类（如葡萄糖、纤维素、木糖等）为原料[18, 19]，尚无关于乳酸合成丁酸的发酵工艺研究。

本文利用富集得到的混合微生物，构建在开放体系中以乳酸为底物合成丁酸的生物工艺，并对影响丁酸合成的主要因素（如 pH，底物浓度等）进行深入研究[20, 21]，利用响应面法来优化发酵条件，揭示影响丁酸产率的各因素之间相互作用。此外，本文还通过 Miseq 测序对混合微生物菌群结构进行解析，为实际工业生产提供技术支撑和理论参考。1 材料与方法1.1 接种物与反应装置

接种物来源于酿酒废水厌氧发酵污泥。采用补料批式发酵工艺，反应器为 1 L 的密闭反应瓶，瓶中装有 750 mL液体发酵培养基，以碳毡作为载体固定微生物。采用排水法收集发酵产生的气体。反应装置如图 1 所示。在基础培养基中加入乳酸和乙酸浓度分别为 15 g L-1 和 1.0 g L-1 作为发酵培养基进行驯化，发酵温度控制在 30±1℃，pH 控制在 6.5左右，每天排液 50ml，测定其中有机酸的含量变化，同时补充新鲜的培养基，水力停留时间（HRT）约为 15天。驯化约 3 个月后，菌群能够稳定发酵产丁酸。

图 1 反应装置。① pH 计；②进样口；③排液口；④载体碳毡。

36373839404142434445464748495051525354555657585960

61

626364656667

68

69

Fig.1 Fed-Batchreactor. pH-meter① ；② injection port；③ liquid outlet；④ carrier carbon felt.

1.2 培养基基础培养基（g L-1）包括 0.25 NH4Cl, 0.20 MgSO4·7H2O, 0.23 KH2PO4, 0.31 K2HPO4, 0.80 NaCl, 0.25半

胱氨酸, 0.25 Na2S，另外每 1L 培养基中加入 1 mL 维生素溶液和 1 mL 微量元素溶液[22]。发酵培养基直接在基础培养基中加入相应浓度的乳酸和乙酸，同时调控 pH。配好培养基后，煮沸 20min，并通入氮气曝气10min 以尽量除去溶液中的氧气。1.3 检测分析方法挥发 性 有机酸 （ C1-C6 ） 、 乳 酸 及 乙 醇等使用 高效液相色谱（ Agilent 1260 Infinity ， Agilent

Technologies，USA）测定。样品预处理：从反应器中取发酵液 1mL，10 000 rpm离心 5min，取上清液稀释 20倍，经 0.22μm超细纤维无菌过滤膜过滤后上机测定。色谱条件：样品检测采用 Hi-Plex H HPLC柱(300 × 6.5 mm)和示差检测器（RID），流动相为 0.005M H2SO4，运行流速 0.6 mL/min，柱温 55°C。气体测定使用气相色谱（Agilent 6890 GC system，Agilent Technologies，USA）。色谱条件：色谱柱

为填充 Porapak Q (50/80 mesh)的不锈钢柱，采用热导检测器（TCD），进样口温度，柱温和检测器温度分别是 100，70 和 150°C，氩气作为载气，流速为 30 mL/min。1.4 微生物群落结构分析经过 3 个月的驯化培养，微生物菌群可以稳定产丁酸后，取 50ml 混合发酵液，利用土壤DNA 提取试

剂盒（Mobio公司，美国）提取基因组 DNA，用 NanoDrop 分光光度计检测提取的 DNA 的浓度及质量，并将 DNA 稀释至 10ng/uL 用 于 后续高 通 量 测 序 分 析 。选用带 barcode 的 通 用引物 515F （ 5’-

GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3'）和 806R（5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'）对 16S rRNA 的 V4 高变区进 行 PCR 扩增， 通 过 IlluminaMiseq 进 行 高 通 量 测 序 。 序列数据用 QIIME Pipeline-Version 1.8.0

(http://qiime.org/tutorials/tutorial.html) 进 行 处 理 ， 16S rRNA 基 因 序列的 系 统 发育关 系 用 RDP 分 类器(http://pyro.cme.msu.edu/)进行分析。1.5 发酵条件的优化1.5.1 单因素试验 分别对 pH 值、乳酸浓度、外加乙酸浓度设置多个水平研究这些因素对丁酸合成的影响，确定最佳水平范围，具体设计见表 1。在反应过程中，利用 2M 盐酸或 2M 氢氧化钠来调控 pH，温度控制在 30±1℃，每组试验各水平设置三个重复，除单一因素变化，其他因素保持一致。表 1 单因素试验各因素及水平Table 1 Factors and levels ofsingle-factor experiments

因素 factor 1 2 3 4 5

pH 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5

乳酸浓度 lactate concentration (g L-1) 10 20 30 40 50

乙酸浓度 acetate concentration(gL-1) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5

1.5.2 响应面优化试验 根据单因素试验确定各因素的最佳水平范围，采用 Box-Behnken 设计方法（BBD）设计三因素三水平试验，pH、乳酸浓度、外加乙酸浓度三个因素作为自变量分别用 A、B、C 表示，三水平为-1、0、1，如表 2 所示进行 17组试验，每组试验设置三个重复。1.5.3 验证试验 在响应面优化试验所得的最佳反应条件下进行验证试验，采用上述补料批式发酵工艺，试验设置三组平行，检测丁酸的产量并计算其产率。2 结果与分析2.1 pH 对丁酸产率的影响

本试验用 2M盐酸或 2M氢氧化钠调节并维持发酵过程各反应器 pH 分别为 4.5、5.5、6.5、7.5 和 8.5

共 5 个梯度，初始乳酸浓度为 30 g L-1，外加乙酸浓度为 2.0 g L-1，发酵温度控制在 30±1℃。由图 2 可知，随着 pH 的增加，丁酸的产率和乳酸的消耗速率先增大后减小，在 pH6.5 时达到最大，丁酸的平均产率可

70

717273747576777879808182838485868788899091929394959697

9899100101102

103

104105106107

达 1.65 g L-1 D-1，乳酸平均消耗速率为 4.33 g L-1 D-1；在 pH4.5 和 8.5 条件下，丁酸的生成和乳酸的消耗明显受到抑制，经 7天时间发酵，丁酸没有明显的增加，乳酸的消耗也很缓慢。因此确定 pH5.5-7.5 为丁酸发酵的适宜范围。

图 2 在不同初始 pH条件下丁酸的生成及乳酸的消耗情况，误差线为均值的标准方差。Fig.2 Effects of different initial pH on the rate of butyrate-producing and lactate-utilizing.Error bars

indicate standard deviation from the mean.

2.2 乳酸浓度对丁酸产率的影响试验设置乳酸初始浓度分别为 10 g L-1、20 g L-1、30 g L-1、40 g L-1 和 50 g L-1共 5 个梯度，控制 pH6.5

±0.1，发酵温度 30±1℃，外加乙酸浓度为 2.0 g L-1。由图 3 可知，随着乳酸初始浓度的增加，丁酸的产率先增大后减少，在 30 g L-1 浓度条件下，丁酸产率最大，平均可达 1.80 g L-1 D-1，乳酸平均消耗速率为 4.88

g L-1 D-1；在乳酸初始浓度为 50 g L-1 时，反应明显受到抑制，说明此发酵过程存在底物抑制作用。结果表明乳酸初始浓度 20 g L-1-40 g L-1 为丁酸发酵的适宜范围。图3

在不同初始乳酸浓度条件下丁酸的生成和乳酸的消耗情况，误差线为均值的标准方差。Fig3. Effects of different initial lactate concentrations on the rate ofbutyrate-producing and lactate-utilizing.

Error bars indicate standard deviation from the mean.

2.3 外加乙酸浓度对丁酸产率的影响试验对外加乙酸浓度分别为 0.5 g L-1、1.5 g L-1、2.5 g L-1、3.5 g L-1 和 4.5 g L-1 条件下丁酸产率变化进

行研究，发酵过程中控制 pH6.5 ±0.1，发酵温度 30±1℃，乳酸浓度为 30 g L-1。试验结果如图 4 所示，随外加乙酸浓度增大，丁酸产率先增大后减小，乙酸浓度为 2.5 g L-1 时，丁酸平均产率最大可达 1.71 g L-1 D-

1，乳酸平均消耗速率达 4.31 g L-1 D-1。因此得出外加乳酸浓度在 1.5 g L-1-3.5 g L-1 为适宜范围。

108109110111

112

113114115

116117118119120121122123124125126127128129130131132133

134135136137138

图 4 在不同初始浓度的乙酸下丁酸的生成和乳酸的消耗情况；误差线为均值的标准方差。Fig4. Effects of different initial additional acetate concentrations on the rate ofbutyrate-producing and

lactate-utilizing.Error bars indicate standard deviation from the mean.

2.4 响应面设计与结果根据单因素试验结果，选取 pH（A）、乳酸浓度（B）和外加乙酸浓度（C）三个因素中对丁酸产率

影响较显著的水平范围作为考察对象，丁酸产率（Y）作为响应指标，Box-Behnken 法设计三因素三水平试验，具体设计及结果见表 2。表 2 Box-Behnken设计及结果Table2. Results of Box-Behnkene design for response surface methodology

试验号experimen

t

A

p

H

B(g L-1)

lactate concentration

C(g L-1)

acetate concentration

Y(g L-1 D-1)

butyrate-producing rate

1 6.

5

40 1.5 1.58±0.03

2 6.

5

40 3.5 1.92±0.05

3 6.

5

20 1.5 1.74±0.01

4 5.

5

20 2.5 1.25±0.02

5 5. 20 3.5 2.12±0.10

139

140141142

143144145146147148

5

6 5.

5

30 3.5 1.39±0.03

7 5.

5

30 1.5 1.13±0.12

8 6.

5

30 2.5 2.41±0.13

9 7.

5

30 1.5 1.52±0.03

10 6.

5

30 2.5 2.38±0.08

11 6.

5

30 2.5 2.39±0.09

12 7.

5

30 3.5 1.88±0.11

13 7.

5

40 2.5 1.63±0.02

14 5.

5

40 2.5 1.22±0.03

15 6.

5

30 2.5 2.48±0.12

16 6.

5

30 2.5 2.35±0.09

17 7.

5

20 2.5 1.98±0.05

2.4.1 回归方程的建立及置信度分析利用 Design-Expert8.0 软件对试验结果进行回归拟合，得到二阶回归方程：Y=-31.077+8.503* A+0.202* B+1.540* C-0.008* A *B+0.025* A * C-0.001* B * C-0.621* A2-0.003* B2-

0.301* C2

对回归方程方差分析见表 3，通过对 p 值检验可以看出，对丁酸产率所建立的回归模型极显著（ p<0.0001 ） ， pH 值 、 乳 酸 浓 度 和 外 加 乙 酸 浓 度 对 丁 酸 产 率存在 显 著 的 相 关 性 ，失拟 项 不 显 著（p>0.05），表明试验数据与模型拟合较好；模型校正决定系数（ Adj R-Squared）=0.9869，与预测决定系数（Pred R-Squared）=0.9491 接近，且模型信噪比（Adeq Precision）=32.762，表明模型的拟合度和可信度均很高，可以很好的反映丁酸产率与 pH 值、乳酸浓度、外加乙酸浓度之间的关系。表 3 回归方程的方差分析Table 3. ANOVA analysis for regressin equation

来源source

平方和Sum of squares

自由度df

均方Mean square

F value P value

Prob>F

模型model 3.34 9 0.37 135.02 <0.0001

A 0.51 1 0.51 185.67 <0.0001

B 0.068 1 0.068 24.92 0.0016

C 0.22 1 0.22 81.70 <0.0001

AB 0.026 1 0.026 9.32 0.0185

149150151152153154155156157158159

AC 2.500E-003 1 2.500E-003 0.91 0.3719

BC 4.000E-004 1 4.000E-004 0.15 0.7141

A2 1.62 1 1.62 591.07 <0.0001

B2 0.29 1 0.29 104.41 <0.0001

C2 0.38 1 0.38 138.86 <0.0001

残差 residual 0.019 7 2.747E-003

失拟 lack of fit 9.750E-003 3 3.250E-003 1.37 0.3720

纯误差 pure

error

9.480E-003 4 2.370E-003

合计 3.36 16

信噪比=32.762 Radj2=0.9869 Rpre

2=0.9491

2.4.2 显著因素水平的优化对回归模型进行响应面分析，各因素及其交互作用对响应值的影响结果可通过响应面图和等高线图直

观反映出来，见图 5~7，每个响应面分别代表两个独立变量之间的相互作用。由图 5 可知，当外加乙酸浓度位于中心水平（2.5 g L-1）时，在乳酸浓度小于 29 g L-1，丁酸产率随 pH

值的增加而增大，但当 pH 值大于 6.8，丁酸产率不再增大反而降低；由图 6 可知，当乳酸浓度位于中心水平（30 g L-1）时，在 pH 值小于 6.8，丁酸产率随外加乙酸浓度的增加而增大，但当外加乙酸浓度大于 2.8

g L-1 后，丁酸产率开始下降；由图 7 可知，当 pH 值位于中心水平（6.5）时，在外加乙酸浓度小于 2.8 g L-

1，丁酸产率随乳酸浓度和乙酸浓度的增加而增大，但当乳酸浓度大于 29 g L-1 后，丁酸产率开始下降。由图 5~7 可知，模型存在极值点即最大值点，对回归拟合方程中各自变量求一阶偏导数，令其为 0，

得到模型的极值点，并换算成试验条件得到：A=6.72，B=27.83，C=2.79，Y=2.47，即当 pH 为 6.72，乳酸浓度为 27.83g L-1，外加乙酸浓度为 2.79 g L-1 时，可得到理论最大丁酸产率 2.47 g L-1 D-1。采用上述补料批式反应装置进行验证试验，设置三组平行，发酵各条件控制为上述最优条件，各平行

中丁酸产率相近，平均值为 2.43 g L-1 D-1，试验值与模拟值相差 1.62%，表明试验值和预测值有较好的拟合性，该模型可以较好的预测实际丁酸发酵的情况。

图 5 pH值与乳酸浓度交互影响丁酸产率的响应面图和相应等高线图。Fig.5 Response surface plot and contour plot of the effects of pH and the concentration of lactate on the

rate of butyrate production.

160161162163164165166167168169170171172173

174

175176177178

图 6 pH值与外加乙酸浓度交互影响丁酸产率的响应面图和相应等高线图。Fig.6 Response surface plot and contour plot of the effects of pH and the concentration of acetate on the

rate of butyrate production.

图 7乳酸浓度与外加乙酸浓度交互影响丁酸产率的响应面图和相应等高线图。Fig.7 Response surface plot and contour plot of the effects of the concentration of lactate and acetate

ontherate of butyrate production.

2.5 混合微生物群落结构分析对反应器内微生物进行高通量测序，分析发酵乳酸产丁酸过程中混合微生物群落结构特点（如图

8 ） 。 结 果 显示，实验 开 放 发 酵 体 系内微 生 物 种 类繁多， 在门水 平 上 （ 图 8-A ） ， 以厚壁菌门（Firmicutes）占绝对优势，丰度达 99.43%；而进一步在属水平分析发现（图 8-B），归属于 Firmicutes 中的梭菌属（ Clostridium sensustricto ） 相 对 丰 度比为 63.35% ， 为 优 势 菌 群 ， 其次是 乳 酸杆菌属（ Lactobacillus ） 和 梭 菌 属 第 四 族 （ Clostridium IV ） ， 其 丰 度 分 别 为 15.41% 和10.05%。Clostridiumsensustricto 是研究最多的一种产丁酸菌属，能够以糖类或纤维素类生物质为碳源发酵生成丁酸，该菌可能是本工艺的重要的功能菌群。

179

180181182

183

184

185186187

188189190191192193194195

图 8 混合微生物菌群结构分析（门、属水平）。Fig.8 Structure analysis of mixed microbial flora onphylum and genus level.

3讨论与结论影响混合微生物发酵乳酸产丁酸的因素很多，研究发现其中 pH 值、底物浓度及外加乙酸浓度对丁酸

产率的影响显著。pH 值会影响微生物代谢，如微生物的生长速率、对碳源的利用、对底物的水解速率，产物的种类及含量、优势菌群的组成结构等 [20, 23]。因此过高或过低的 pH 值都不利于发酵反应的进行。乳酸作为发酵底物为丁酸合成提供能源，其浓度变化也会影响丁酸的产率，浓度较低会限制微生物代谢，而较高浓度会抑制微生物代谢。因为研究表明，未离解的乳酸分子容易渗透细胞膜，在较高 pH 条件下释放质子，导致细胞质的酸化，从而细胞失活或死亡[14, 24]；一般认为丁酸合成过程是碳链延长过程，小分子有机酸乙酸接受乳酸提供的乙酰辅酶 A，延长碳链合成丁酸。因此，乙酸作为碳骨架，其额外加入可以提高发酵速率[25, 26]，但是过高的乙酸浓度对于反应也有一定的抑制作用，并且容易诱导其他副产物的积累。

本试验通过构建补料批式发酵反应工艺，利用含有乳酸的发酵培养基对菌种进行目的性驯化，发酵温度控制在 30±1℃，pH 控制在 6.5左右，水力停留时间（HRT）约为 15天。驯化约 3 个月得到稳定产丁酸混合体系。通过对影响微生物发酵乳酸产丁酸的条件进行响应面优化，建立了主要因素交互影响丁酸产率的二次多项数学模型，通过显著性方差检验及模型响应面图分析，发现 pH 值和乳酸浓度交互作用显著，模型拟合度和可信度均较高。通过稳定点的计算，得到最佳水平：pH 值为 6.72，乳酸浓度为 27.83 g L-1，外加乙酸浓度为 2.79 g L-1。此时，可得到理论最大丁酸产率 2.47 g L-1 D-1。通过验证试验，发现最终丁酸产率达到 2.43 g L-1 D-1，与优化结果十分接近，产率比优化之前产提高 47.27%，具有十分显著的意义。

高通量测序分析混合微生物群落结构发现占优势的菌群是梭菌属 Clostridium sensustricto、乳酸杆菌属Lactobacillus 和 梭 菌 属 第 四 族 Clostridium IV ， 其 丰 度 分 别 为 69.35% ， 15.41% 与10.05%。Clostridiumsensustricto 是一类革兰氏阳性能形成孢子的严格厌氧菌属，能够以糖类或纤维素类生物质为碳源发酵生成丁酸，包括 C. butyricum，C. tyobutyricum 和 C. thermobutyricum等多种产丁酸的菌种，其培养的最佳 pH 在 5.5-7.5 之间[27, 28]，主要通过乙酰辅酶 A：丁酰辅酶 A 转移酶途径进行链延长反应合成丁酸[29]。Clostridium IV 是一类可以发酵糖类等碳水化合物合成乳酸和丁酸的微生物[30, 31]，几乎没有研究发现该菌群可以利用乳酸来合成丁酸，仅 Zhu等[22]发现该菌群可以发酵乳酸合成己酸，在发酵过程中会有少量丁酸积累。而 Falony.G等在研究肠道微生物时发现，Clostridium IV 与 Clostridium clusterXIVa功能比较相近，Clostridium clusterXIVa 中含有多种菌种如 Eubacteriumhallii, Anaerostipescaccae, Eubacteriumlimosum

等能够利用乳酸产丁酸[32, 33]，因此，Clostridium IV 也可能有这方面的作用。Lactobacillus 是一类能够发酵糖类产生乳酸的无芽孢、革兰氏染色阳性细，其发酵原理是在酶的催化作用下将糖类物质转化为乳酸，同

B.A.

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时放出能量供给其自身生命活动，乳酸杆菌属在自然界分布极为广泛，除少数外，其中绝大部分都是人体内必不可少的且具有重要生理功能的菌群 [34]。因此，在本工艺中，该菌种的作用与丁酸合成并没有直接关系。综上所述，在本试验工艺中，Clostridium sensustricto 可能是丁酸合成的关键功能菌群。参考文献[References]1 Agler MT, Werner JJ, Iten LB, Dekker A, Cotta MA, Dien BS, Angenent LT. Shaping Reactor Microbiomes to Produce the Fuel

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