乳酸的生产方法及应用研究

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1、乳酸的生产方法及应用研究　　摘要：本文综述了乳酸的生产方法及其应用，并就国内外乳酸的生产和消费情况作相应介绍。关键词：乳酸；合成；发酵；应用 　　作者简介：黄光斗，男，湖北武汉人，教授，硕士生导师，研究方向：新型催化剂；李柯，女，河南驻马店人，硕士研究生，研究方向：新型催化与绿色化学工艺。 　　乳酸，化学名2-羟基丙酸，广泛应用于化学工业，如：应用于食品、日用品、制药、皮革、油漆、烟草及纺织印染业等领域[1]，近年来尤其表现在聚乳酸可降解材料及医用生物材料的应用。 1乳酸的生产方法 1.1发酵法

2、 　　发酵法的主要途径是糖在乳酸菌作用下，调节pH值5左右，保持大约50ºC发酵三到五天得粗乳酸。其流程如下图： 　　发酵法的原料一般是玉米、大米、甘薯等淀粉质原料，也有文献报道以苜蓿[2]、纤维素[3]等作原料，近年有研究提出厨房垃圾及鱼体废料循环利用生产乳酸的。乳酸发酵阶段能够产酸的乳酸菌很多，但产酸质量较高的却不多，主要是根霉菌和乳酸杆菌等菌系。不同菌系其发酵途径不同，可分同型发酵和异型发酵，实际由于存在微生物其它生理活动，可能不是单纯某一种发酵途径。 1.1.1同型发酵 　　微生物通过EM

3、P代谢途径发酵，乳酸是代谢的唯一产物，lmol葡萄糖转化生成2mol乳酸，理论转换率为100%，实际上转化率在8O%以上者即视为同型发酵。总反应式为： 　　C6H12O6+2ADP+2Pi--→2CH3CH(OH)COOH+2ATP 1.1.2异型发酵 　　微生物经由Bifidus途径和PK途径生成等物质的量的乳酸、CO2和乙醇。葡萄糖的理论转化率只有5O%，总反应式为： 　　C6H12O6+ADP+Pi---→CH3CH(OH)COOH+CH3CH2OH+CO2+ATP 1.2合成法 　　合成方法

4、制备乳酸有乳腈法、丙稀腈法、丙酸法、丙稀法等，用于工业生产的仅乳腈法(也叫乙醛氢氰酸法)和丙稀腈法。 1.2.1乳腈法 　　乳腈法是将乙醛和冷的氢氰酸连续送入反应器生成乳腈，用泵将乳腈打入水解釜，注入硫酸和水，使乳腈水解得到粗乳酸。然后再将粗乳酸送人酯化釜，加入乙醇酯化，经精馏、浓缩、分解得精乳酸。美国斯特林化学公司及日本的武藏野化学公司均采用此法合成乳酸。 1.2.2丙烯腈法[4] 　　丙烯腈法是将丙烯腈和硫酸送入反应器中水解，再把水解物送人酯化反应器中与甲醇反应；然后把硫酸氢铵分出后，粗酯送入蒸

5、馏塔，塔底获精酯；再将精酯送入第二蒸馏塔，加热分解，塔底得稀乳酸，经真空浓缩得产品。 1.2.3丙酸法 　　丙酸法以丙酸为原料，经过氯化、水解得粗乳酸；再经酯化、精馏、水解得产品。该法原料价格较贵，仅日本大赛路公司等少数厂家采用。反应如下： 　　CH3CH2COOH+Cl2一→CH3CHClCOOH+NaOH —→CH3CH(OH)COOH+NaCl 1.2.4丙烯-N2O4法 　　在15-20℃将丙烯与液体N2O4反应，得到1-硝基-2-羟基丙烷，然后用盐酸或硫酸水解得乳酸[5]。 1.3酶化法

6、1.3.1氯丙酸酶法转化 　　东京大学的本崎[6]等研究利用纯化了的L-2-卤代酸脱卤酶和DL-2-卤代酸脱卤酶分别作用于底物L-2-氯丙酸和DL-2-氯丙酸，脱卤制得L-乳酸或D-乳酸。L-2-卤代酸脱卤酶催化L-2-氯丙酸，而DL-2-卤代酸脱卤酶既可催化L-2-氯丙酸，又可催化L-2-氯丙酸生成相应的旋光体，催化同时发生构型转化。 1.3.2丙酮酸酶法转化 　　Hummel[7]等从活力最高的乳酸脱氢酶的混乱乳杆菌DSM20196菌体中得到D-乳酸脱氢酶，以无旋光性的丙酮酸为底物可得到D-乳酸

7、。 　　目前工业生产乳酸方法主要是发酵法和合成法。发酵法因其工艺简单，原料充足，发展较早而成为比较成熟的乳酸生产方法，约占乳酸生产的70%以上，但周期长，只能间歇或半连续化生产，且国内发酵乳酸质量达不到国际标准。化学法可实现乳酸的大规模连续化生产，且合成乳酸也已得到美国食品和药品管理局(FDA)的认可，但原料一般具有毒性，不符合绿色化学要求。酶法工艺复杂，其工业应用还有待于进一步研究。 2市场消费及应用情况 　　目前世界乳酸的总生产能力约为25万吨／年，产量约为13万吨／年，近80％的厂家采用发酵法

8、。消费领域中，约60%以上的乳酸用于食品工业，仅小部分用于其它方面，近年乳酸在生物降解材料的应用出现巨大增长态势。国内乳酸总生产能力约为2万吨/年，实际产量约1.5万吨/年，约40%的乳酸用于香料和香精的生产，此外在调酒、制药、皮革、烟草及印染业也有广泛应用，乳酸聚合材料在我国还处于发展阶段。 2.1酿酒业 　　在酿造工业中使用80%的乳酸作为灭菌剂，防止杂菌繁殖，促进酵母菌发育，防止酒混浊；作风味剂，能改善品味，提高酒的收率。乳酸较磷酸、盐酸安全性好，能提高啤酒品级