在菌群发酵从5升放大到50升阶段，科研人员正进行接种操作。受访者供图

■本报记者 杨晨

实验室的长桌上，没有试管、烧杯和培养皿，取而代之的是果汁、洋酒、白酒……

穿过几间弥漫着发酵酸气的生物实验室，在中国科学院成都生物研究所（以下简称成都生物所）一座大楼4层的尽头，藏有一间由办公室改造而成的调酒屋。

在这个“风味实验室”里，成都生物所副研究员朱晓宇正在进行一项试验：将一种名为“己酸乙酯”的有机化合物作为核心风味因子，调制出口味层次更丰富的鸡尾酒——“低度酒、高度香”。

己酸乙酯，正是浓香型白酒主要香气来源，其前体物质己酸主要由以粮食为原料的生物发酵制得。历经十年技术攻关，朱晓宇所在团队进行了路径革新，从白酒酿造产生的废弃“黄水”中，高效提炼出纯净、安全且风味不减的己酸。

团队从解析机理入手，逐步驯化微生物、优化发酵工艺，最终成功构建了一个稳定、高效的己酸生物制造系统，实现了从基础研究到十吨级工业应用的完整跨越。

据估算，这项技术可将每吨处理成本约30元的“黄水”，转化为每吨价值超过3000元的己酸产品，使“环境负债”变成了“绿色资产”。

让“黑箱”变“白箱”

在粮食发酵变成酒的过程中，数以亿计的微生物会产生自己的“代谢物”。这些物质混合着水，渗到窖池底部，形成了黄褐色、黏稠的“黄水”。对于酒厂而言，黄水有机物浓度高，直接排放会造成环境负担，合规处理又增加了不少成本。

但“黄水”富含的乳酸和糖类等营养物质，是微生物“口中”的美味“食物”，也是科学家眼中的可再生资源。“我们利用生物技术，把‘黄水’中的乳酸和糖作为养料，培养出高效的己酸合成菌，并实现规模化量产。”近年来，成都生物所研究员李东团队，就做出了这项“变废为宝”且“环境友好”的新突破。

他们利用厌氧发酵工艺生产己酸。在工业生物合成中，好氧与兼性厌氧发酵因易于规模化培养而成为主流。而严格厌氧菌对无氧环境要求极高，在大规模培养中面临工程控制难题，限制了其工业应用。

为突破这一瓶颈，团队采用了“菌群发酵”技术路线。作为李东团队技术负责人之一的朱晓宇解释：“与依赖单一菌种的纯菌发酵不同，菌群发酵更适用于‘黄水’这种成分复杂的废弃物基质。”通过构建多菌种共生体系，不同微生物之间形成代谢互补、功能协同的生态网络，增强了系统的适应能力与运行稳定性。

经精准调控，研究团队构建了以瘤胃球菌属为核心的高效己酸合成菌群。当对该体系的群落演替规律与代谢网络进行解析后，原本被视为“黑箱”的混菌发酵过程，也转化为机制明确、可预测调控的“白箱”系统。

在该系统中，各个菌群分工明确。己酸菌能够将“黄水”中的乳酸等有机酸高效、定向地转化为己酸。“‘上游’的乳酸菌可将未被充分利用的复杂有机物转化为乳酸；‘下游’的甲烷菌则可消耗己酸反应过程中产生的氢气，维持系统还原力平衡，推动反应持续进行。”朱晓宇说道。

这种自我维持的菌群结构，有效减少了对外部严格无氧条件的依赖，为厌氧发酵的规模化应用提供了工程可行性。

企业硬性指标倒逼科研

经过长达3年的菌群驯化，团队在实验室里成功将己酸浓度提升至33.7克/升，创造了已报道的最高纪录。

实验室的成功只是起点。己酸菌的培养在几百毫升至数升的试剂管内能够稳定进行，但发酵到500升中试规模，乃至1吨、2吨甚至10吨级工业化生产，每一阶段传质传热条件、设备可靠性、染菌控制、经济性要求等方面均会发生变化，任何参数的微小偏差都可能导致生产失败。

“你从来就没有一种踏实的感觉，会觉得这个系统随时就要崩掉。”朱晓宇回忆道，在驯化初期里，团队过着“像喂孩子一样”的生活。尤其从50升放大到500升的阶段，团队每天监测、定时补料，要从早晨8点守到深夜12点。

补料，是为了维持这个脆弱生态系统的生命线。他们向发酵罐中持续定量加入含乳酸的培养基。一旦停止补料，菌群不仅不会“长大”，还会因“饥饿”而死亡。

“总是要人来小心呵护是不可能实现规模化的。”从500升到2吨规模的过程中，团队开发出一整套包括菌种大规模保藏、系统快速恢复、复杂原料适应性调控在内的技术体系，从而实现稳定的工业化生产。

随着规模扩大，新问题应接不暇。有时发酵罐整整一个月毫无动静，有时顺利运行几轮后却突然“停摆”。团队不得不反复排查原因，改进工艺。

即便掌握了成熟的工艺，生产过程中也会遭遇意想不到的状况。进行10吨级规模的发酵时，合作的酒厂通常会先将成吨的“黄水”运至团队的培养中心，经过高效定向发酵，产出高浓度的己酸菌液，再由企业直接运回，作为启动的接种菌种。在第一次发酵中，系统环境的复杂波动导致团队投入的2吨菌种活性急剧下降，整个发酵进程几近停滞。

他们只得从实验室冰柜里找出仅存的一小管原始菌种，重新开始逐级发酵放大，但效果不佳。重压之下，朱晓宇在家里躺了两天，不知道该怎么继续。

在“再救一下”的坚持中，团队作出了一个反常的决定。他们将目光投向了那些被认为已经“死亡”的菌种，设计了一套独特的刺激方案，尝试激活这批“沉寂”的菌种。

令人惊喜的是，这次重启后，菌群展现出前所未有的活力，短时间内竟为企业生产了上百吨菌液。

企业的硬性指标亦是考验，例如要求3个月内发酵成功率高于90%，如果达不到，合同无法签署。

“这些条件是不是太苛刻了？”成都生物所领导看到合同条款后不禁问道。但团队一致认为，达不到要求，说明没有生存下来的能力。“这种压力反过来倒逼科研人员，拿出真正过硬、稳定且具备市场竞争力的解决方案。”

为行业痛点提供解决方案

为何酒厂需要大量的己酸？它在白酒酿造中究竟扮演什么角色？朱晓宇解释，己酸可转化为己酸乙酯，后者就是白酒“窖香浓郁、绵甜甘冽”口感的主要来源。

传统浓香型白酒的酿造依赖窖泥中己酸菌群的缓慢自然积累，通常需要数年时间才能形成醇厚酒香。而研究团队通过制备高活性己酸菌液，将其用于养护窖泥、强化发酵等核心环节，有望大幅缩短漫长的自然培育过程，从而提升白酒的生产效率，并让高品质白酒价格更加亲民。

“我们并未改变发酵的本质，只是加速了微生物的生长与代谢过程，因此白酒的风味根基与传统方式一致，不会失去其自然特性。”朱晓宇补充道。

不仅如此，原来酒厂处理每吨“黄水”需花费30元左右，属纯成本支出，如今李东团队的技术可将等量“黄水”转化为高浓度己酸菌液。据估算，每吨菌液在生产中创造的价值超过3000元。

“这项技术的意义更体现在环保效益上。”李东指出，该模式未来还可拓展至酱油醋渣、啤酒废水等其他有机废弃物的资源化利用。

在朱晓宇的办公室，一场关于“风味”的探索还在进行。成都生物所助理研究员崔润智在杯中调和二锅头、桃汁与微量己酸乙酯，制成一杯特调饮品。入口后，桃子的清甜与酒香依次散发，口感醇厚且余味悠长。

“我们尝过市面上不少预调鸡尾酒，总觉得风味不够立体。”崔润智谈道，在调酒实验中他们发现，加入己酸乙酯后，酒体摆脱了低度酒常见的“水感”，呈现出“低度酒、高度香”的独特体验。

更令团队惊奇的是，己酸乙酯仿佛一位“风味协调者”，能使原本难以融合的伏特加与果汁“握手言和”，糅合成一体。

虽然其背后的机理尚不明确，但朱晓宇认为，这一发现为团队打开了新的思路。“或许我们的成果还能直接面向消费市场，为低度酒风味不足的行业痛点提供解决方案，甚至成为我们探索技术自主商业化、拓宽发展路径的新方向。”