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1、第25卷第1期山西化工Vol.25No.12005年2月SHANXICHEMICALINDUSTRYFeb.2005综述与论坛发酵生产L-乳酸的现状与展望122赵鑫,赵良启,谢红(1.山西大学化学生物学与分子工程教育部重点实验室,山西太原030006;2.山西省生物研究所,山西太原030006)摘要:L-乳酸是一种有多种用途的重要的有机酸。概述了生产制备L-乳酸的方法及其优缺点,着重综述了微生物发酵法生产L-乳酸的研究现状,并展望了其发展前景。关键词:L-乳酸;发酵;米根霉;乳酸菌中图分类号:TO929文献标识码:A文章编号:1004-7050(
2、2005)01-0015-05乳酸,学名为-羟基丙酸,按其旋光性可分为1.1化学合成法[1]D型、L型和DL型3种。乳酸是一种重要的有机由化学合成法生产乳酸可通过多种途径,最常酸,广泛存在于人体、动植物及微生物中。乳酸、乳酸见的是乳腈法。该法是乙醛与氢氰酸经碱性催化作盐及其衍生物广泛应用于食品、医药、酿造、纺织等用生成粗乳腈。粗乳腈通过蒸馏回收纯化并用浓盐领域。由于人体只含有L-乳酸脱氢酶,所以只能够酸或硫酸水解为粗乳酸和其他氨基酸副产物。粗乳分解自身产生或摄入的L-乳酸。从保健角度看,乳酸的精制是先用甲醇酯化乳酸得到乳酸甲酯,蒸馏酸的构型是相
3、当重要的,若过量食用D-乳酸或DL-后再进行水解生成乳酸与甲醇,甲醇可再循环利用。乳酸会导致血液中富含D-乳酸,尿中会出现高酸度1.2酶法现象,引起代谢紊乱。世界卫生组织提倡在食品及医1.2.1氯丙酸酶法转化药行业中使用L-乳酸取代目前普遍使用的DL-乳日本东京大学的本崎等[3]研究了用酶法催化合酸,因此研究大量生产L-乳酸代替D-乳酸和DL-乳成乳酸,分别从恶臭甲单孢菌和假单孢菌的细胞中[2]酸成为一种趋势。提取纯化了L-2-卤代酸脱卤酶和DL-2-卤代酸脱卤此外,L-乳酸还有正在大力开拓的应用领域,即酶,作用于底物DL-2-氯丙酸,制得L-乳
4、酸或D-乳生产聚L-乳酸。聚L-乳酸作为无毒、可降解的生物酸。L-2-卤代酸脱卤酶催化L-2-卤代酸脱卤;而DL-相容性高分子材料,可用来制造生物可降解塑料、绿2-卤代酸脱卤酶既可催化L-2-卤代酸脱卤,又可催色包装材料和药用修复材料等,以解决日益严重的化D-2-卤代酸脱卤,在催化时可发生构型转变。“白色污染”问题,已引起了世界的广泛关注,应用前1.2.2丙酮酸酶法转化景非常广阔,具有较好的社会效益和经济效益。[3]Hummel等从D-乳酸脱氢酶活力最高的混随着L-乳酸用途越来越广泛,市场的需求量也乱乳杆菌DSM20196菌体中得到D-乳酸脱氢酶
5、,以越来越大。国内外都已经展开了对其生产的深入研无旋光性的丙酮酸为底物得到D-乳酸。究,并取得了可喜的成果。1.3发酵法1L-乳酸的生产方法发酵法制备乳酸是以还原糖、牛乳等为原料,接种微生物经发酵而生产乳酸。乳酸菌一般不能直接收稿日期:2004-10-18作者简介:赵鑫,男,1981年出生,山西大学微生物学2002级硕士利用淀粉质原料,或先经水解转化为还原糖后由乳研究生。研究方向:微生物发酵工程。酸菌发酵产生乳酸,或加入糖化酶进行边糖化、边发山西化工2005年2月酵乳酸的“双边发酵”。其他的微生物,如根霉等,可微生物发酵法生产乳酸,可通过菌种选育
6、或代直接利用淀粉、糊精等碳水化合物发酵生产乳酸。按谢调控而获得具有立体单一的D-乳酸和L-乳酸,或发酵过程中产物生成情况,可以将乳酸发酵分为以两种异构体以一定比例混合的消旋体,以满足生产下四个类型,它们各自具有不同的发酵机理。聚乳酸的需要。微生物发酵法生产乳酸因其原料来1.3.1同型乳酸发酵源广泛、生产成本低、产品光学纯度高和安全性好等微生物通过EMP代谢途径进行同型乳酸发优点而成为生产乳酸的重要方法。酵,乳酸是代谢的惟一产物。1mol葡萄糖可以生成2国内外L-乳酸发酵生产的研究现状2mol乳酸,理论转换率为100%。但由于发酵过程中微生物有其他
7、生理活动存在,实际转化率一般在微生物发酵法是目前乳酸生产的主要方法。虽80%以上者,即视为同型乳酸发酵,总反应式为:然发酵法乳酸生产技术在日益进步,但乳酸的生产C6H12O6+2ADP+2Pi2CH3CHCOOH+2ATP成本仍需进一步降低,才能够扩大乳酸的应用前景。1.3.2异型乳酸发酵在降低乳酸成本方面,关键还是菌种水平的提高和微生物经由Bifidus途径和PK途径生成等摩发酵工艺技术的改进。尔数的乳酸、CO2和乙醇。葡萄糖的转化率只有2.1菌种的选择和改良50%,总反应式为:自然界中可发酵生产乳酸的微生物很多,但产C6H12O6+ADP+P
8、iCH3CHCOOH+CH3CH2OH+CO2+ATP酸能力强、可应用到工业上的主要有霉菌中的根霉1.3.3双歧发酵属及细菌中的乳酸菌类
