乳酸的生化处理综述

1、乳酸的生化处理专题综述09生工（2）周明辉0902012002摘要：文章根据相关国内外研究介绍了乳酸的生产和分离提纯工艺，各种发酵生产方法，液膜提取、离子交换、电渗析、双蒸馏等提取和精馏工艺。关键词：乳酸；发酵生产；生产工艺；提取；精制/、八1、前言乳酸，分子式CHCH（OH COO,2-羟基丙酸，分子量90.08。乳酸是一种天 然有机酸，根据旋光性可以分为 D-乳酸L-乳酸和两者混合物DL-乳酸。发酵液 的提取与精制技术，直接影响产品的质量和收率，且其操作费用一般占整个产品 成本。因此，寻求更为经济、有效的分离方法，是乳酸生产亟待解决的重要课题。2、乳酸的生产和分离乳酸主要通过发酵法和化学合

2、成法生产。发酵法采用天然原料，是乳酸生产的 主要方法，具有较大的市场和较强的竞争力.2. 1乳酸的发酵生产发酵法主要以淀粉为原料，还可以葡萄糖、糖蜜等为原料，实际是己糖或能 分解为己糖的化合物传统的钙盐法生产乳酸的发酵工艺为：首先将淀粉糖化， 接入筛选的菌种后，再加入碳酸钙以中和生成的乳酸，调节pH值在55.5,让菌种在适合产酸的温度下发酵 36d，生成产品为粗乳酸钙的发酵液发酵法的 关键是菌种的选择，用于发酵生成乳酸的菌种主要有细菌和根霉.2. 1. 1细菌细菌的乳酸发酵主要采用下列两种方式。同型乳酸发酵：葡萄糖经糖酵解途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的 催化下还原为乳酸此发酵过程中，1

3、 mol葡萄糖可以生成2 mo1乳酸，理论转 化率为100% 同型乳酸发酵可表示为：pupi 样粹91 君 * 5COCOOH 歸k gmomcooH t 沖异型乳酸发酵：异型乳酸发酵是某些乳酸菌利用己糖单磷酸盐途径，分解葡萄糖为 5 磷酸核酮糖，再经差向异构酶作用变成 5磷酸木酮糖，然后经磷酸酮解 酶的作用下发生裂解反应，生成乙酰磷酸和 3一磷酸甘油醛 3-磷酸甘油醛进一 步还原为乳酸异型乳酸发酵的菌种除生成乳酸外，还生成乙醇、CO2 和乙酸。生产中应该选用能够进行同型乳酸发酵的菌种， 以提高乳酸的产量 工业中常用 德氏乳杆菌发酵，德氏乳杆菌产生 DL 型乳酸，对糖的转化率高达 90以上 1

4、 212 根霉 （Rhizopus）根霉多数采用米根霉， 传统的米根霉发酵采用游离细胞在搅拌罐中进行 米 根霉的菌丝发达， 游离细胞发酵过程中米根霉会形成很大的菌丝团， 引起氧气及 其它营养物质的传递困难， 造成产酸速率低、 生产不稳定等缺点 固定化米根霉 发酵能使菌丝均匀地分布在固定介质上， 在一定程度上缓解这一问题 有报道用 气升式反应器固定化米根霉生产乳酸， 或通过控制接种量和碳酸钙的加入量来调 节根霉的生长形态， 以得到较高浓度的乳酸。 另外，从发酵液中不连续的提取乳 酸浓度较高的发酵液，同时再补加一定量的底物也可以提高乳酸的产出量。根霉与乳酸菌相比，发酵过程很少发生乳酸的消旋作用，有

5、利于制得纯净的L-乳酸。由于人体含有的L 一乳酸脱氢酶只能分解L-乳酸，从保健的角度出发 在食品和医药中应尽量使用L-乳酸。22发酵液中乳酸的分离对于发酵生产乳酸，最适的pH为5.56.0.乳酸发酵过程中，随着乳酸的不 断生产，发酵液的 pH 值不断降低， pH11 控制器二二二二二二1一 切卡取州；KJ|萃取乳酸为离子缔合反应机理，萃取乳酸溶液所用萃取剂，一般选用胺类， 尤以叔胺为多，但该类萃取剂具有一定毒性；且存在乳酸发酵过程中要求PHpKa,而其萃取过程要求PHk pKa的矛盾。另外，发酵液中乳酸浓度过高将会直 接影响过程速率。因此，寻找一种低毒或无毒，并有足够Lewis碱性的萃取剂是研

6、究的关键。3. 3液膜法提取液膜分为三类：乳状液膜、支撑液膜、中空纤维液膜。乳状液膜工艺包括：制乳、提取、澄清、破乳、回用等工序；乳状液膜不稳定，特别是存在严重 的渗透溶胀现象；液膜配方具有一定毒性。支撑液膜支撑液膜，是以被吸附在固体膜微孔内的有机萃取剂为选择性渗透体系，它集萃取与反萃取于膜的两侧同时进行， 萃取剂则往返于膜内两侧之间， 实现物质的 选择性传输，因而不存在溶剂萃取过程的分相问题及乳状液膜中乳液的稳定性、 破乳等问题。同时，萃取剂用量大为减少，使得某些性能良好，而价格昂贵的萃 取剂的应用成为可能。中空纤维液膜中空纤维液膜的优点是：单位体积内的有效膜表面积比率高，该膜不需要支 撑材

7、料，寿命较长，是一种效率高、稳定性好的膜。中空纤维膜的缺点：不能处 理含悬浮固体的料液，反萃困难。34 离子交换法离子交换树脂具有吸附选择性强，易于工业化等特点，在乳酸发酵与原位分 离耦合过程中倍受青睐。 离子交换法应用于发酵体系中， 不需加中和剂， 据文献 报道4 ，大孔吸附树脂基本上不吸附乳酸；弱碱性阴离子交换树脂的交换容量比 较大，其交换能力大大高于强碱性阴离子交换树脂。 阳离子交换树脂对发酵不产 生任何副作用，无需调节 PH,大大降低了反应器尺寸，提高了乳酸产量，从而 降低了回收精制乳酸的成本。35 电渗析法电渗析法的基本原理是利用离子在直流电场作用下的定向移动和离子交换膜 的选择透过

8、性而进行的分离过程， 该方法的特点是分离效率高， 能耗低， 便于自 动控制，发酵产物乳酸能在位分离，避免添加中和剂。36 双蒸馏法减压蒸馏法是至今生产结晶乳酸的唯一方法。 吕九琢等人研究了一种乳酸精制新工艺刮膜蒸发和短程蒸馏联用法，如图所示1-规热誥J刮朕加发器:1缓冲SL2削程蒸锻器.3-冷毓器卫-冷盼齐换热為图X刮慣蒸览I艺汛程?1 9 班程蒸谡匸艺浦亀据报导，此方法不用活性炭和离子交换,仅经两次减压蒸馏就使精乳酸达到国标4、结束语发酵法生产乳酸，其工艺流程长，乳酸的收率低。为缩短该工艺流程，可从 以下三种途径考虑：从发酵液中把乳酸分离出来；在乳酸钙结晶酸解后把乳酸分 离出来；在三次浓缩后把乳酸分离出来。如前述，在这三种途径中，从发酵液中 分离乳酸是最好的一种方法。我国的乳酸工艺与国外的发达国家还有一定差距，今后的研究重点应着眼于 一下几点：筛选生产 L-乳酸选择性更高的菌种，以满足要求、开发更廉价的工 艺、加强以乳酸为原料的后续产品的开发5。参考文献1吴晖.李明阳.刘冬梅.