Näringsfri bioraffinering av corn steep water till mjölksyra med Bacillus licheniformis OP16-2 under termo-alkaliska förhållanden med en pilot-skala bedömning

Att förvandla en biprodukt från majs till en värdefull grön kemikalie

Mjölksyra är en arbetsmyra i den moderna ekonomin: den hjälper till att bevara mat, lugnar huden i kosmetika och är en viktig byggsten för biologiskt nedbrytbara plaster. Att producera stora mängder på ett hållbart och billigt sätt är dock fortfarande en utmaning. Denna studie utforskar en oväntad hjälte — corn steep water, en näringsrik biprodukt från vätmald majs — och visar hur en härdig jordbakterie kan omvandla denna flytande avfallslösning till högvärdig mjölksyra utan tillsatta näringsämnen, under varma och alkaliska förhållanden som naturligt begränsar kontamination.

En dold resurs i majsindustrin

När majs bearbetas i stora fabriker blötläggs kärnorna i varmt vatten innehållande svaveldioxid för att mjuka upp dem och frigöra stärkelsen. Den kvarvarande vätskan, känd som corn steep water, är full av sockerarter, aminosyror, vitaminer och mineraler. Traditionellt har den använts endast i små mängder som tillskott i jäsprocesser. Författarna till denna artikel ställde en mer ambitiös fråga: kunde corn steep water i sig, utan tillsatta näringsämnen, fungera som enda näringskälla för mikrober att producera mjölksyra och förvandla en lågvärdig biprodukt till en central råvara för en ”näringsfri” bioraffinaderi?

Att hitta en värme- och alkaliälskande mikrobiell arbetsmyra

Industriella jäsningar brottas ofta med två problem: kostnaden för raffinerade sockerarter och risken att oönskade mikrober fördärvar processen. För att angripa båda problemen sökte forskarna i jordprover från hela Egypten efter bakterier som trivs vid hög temperatur (runt 50–60 °C) och i alkaliska förhållanden (runt pH 9). Sådana hårda miljöer avskräcker naturligt vanliga kontaminerande mikrober. Av 50 kandidater utmärkte sig en stam, senare identifierad som Bacillus licheniformis OP16-2. Den kunde växa kraftigt i corn steep water, tolerera hämmare såsom salter och svavelhaltiga föreningar kvar från majshantering, och omvandla tillgängliga sockerarter till mjölksyra med mycket hög effektivitet.

Justera receptet för maximal produktion

Efter att ha valt denna lovande stam finjusterade teamet systematiskt jäsningsreceptet. De testade olika sockerhalter i corn steep water, temperaturer, startmängder bakterier och pH-värden. De jämförde också två sätt att hålla pH under kontroll när mjölksyra ansamlades: tillsats av natriumhydroxid (NaOH) eller användning av fast kalciumkarbonat. Därefter använde de avancerade statistiska verktyg för att utvärdera hur alla dessa faktorer samverkar, snarare än en i taget. Detta tillvägagångssätt avslöjade en optimal ”sötspot”: cirka 80–83 g/L socker i corn steep water, en temperatur nära 45 °C, ett svagt alkaliskt start-pH på ungefär 8,5–9,0 och en måttlig till hög startbiomassa. Under dessa förhållanden omvandlade mikroben ungefär 94 % av det förbrukade sockret till mjölksyra, en anmärkningsvärt hög avkastning.

Uppskalning från kolvar till en pilotbioreaktor

Laboratoriekolvar är användbara för upptäckt, men verklig påverkan beror på prestanda i större tankar. Forskarna gick därför vidare till en 50-liters bioreaktor, där de matade endast obehandlad corn steep water, justerad till rätt sockerhalt och pH. I ett standard batch-körning nådde de cirka 74–76 g/L mjölksyra, vilket stämde överens med deras statistiska prognoser. För att öka produktionen bytte de till en ”multi-pulse fed-batch”-strategi: istället för att tillsätta allt socker på en gång matade de gradvis in koncentrerad corn steep water i takt med att bakterierna förbrukade sockret. Detta höll sockernivån i ett bekvämt intervall för mikroberna och undvek stress från höga koncentrationer. Under omkring en veckas drift steg mjölksyranivåerna till cirka 153 g/L, fortfarande med hög avkastning och stabil produktivitet.

Varför detta är viktigt för hållbara material

Mjölksyra framställd från förnybara resurser är central för produktion av biologiskt nedbrytbara plaster som polylaktid (PLA), liksom miljövänliga lösningsmedel och livsmedelsingredienser. Denna studie visar att en enda robust bakterie, som växer under varma och alkaliska förhållanden, kan förvandla corn steep water — ofta behandlad som en avfallsström — direkt till mjölksyra utan tillsatt jästextrakt eller andra kostsamma näringsämnen. Genom att kapa både råmaterial- och steriliseringskostnader tar denna termo-alkaliska, näringsfria process oss närmare en prisvärd, storskalig produktion av gröna kemikalier från jordbruksbiprodukter, och förvandlar avfall till en värdefull ingrediens för mer hållbara konsumentprodukter.

Citering: Selim, M.T., Salem, S.S., El-Belely, E.F. et al. Nutrient-free biorefinery of corn steep water into lactic acid by Bacillus licheniformis OP16-2 under thermo-alkaline conditions with a pilot-scale assessment. Sci Rep 16, 4357 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35828-4

Nyckelord: mjölksyrajäsning, corn steep water, bioraffinering, Bacillus licheniformis, bioplaster