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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、双蒸镉等捉取和精镉工艺。 关键词：乳酸;生产工艺；提取；精制 关键词：乳酸; 生产工艺；提取；精制 1 V前言 乳酸，分子式CHaCH (OH) COOH, 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 成木。因此，寻求更为经济、有效的分离方法，是乳酸牛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5?5.5,让 菌种在适合产酸的温度下发酵3?6d,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，lmol葡萄糖可以生成2 mol乳酸，理论转 化率为1()()%.同型乳酸发酵可表示为： EMP途栓2(ADf EMP途栓2(ADf) 2CH)COCOOH 2CHCH(OH)COOH + 2ATP 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，再经差向界构酶作用变成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 —磷酸甘油醛.3■磷酸甘油醛进一 步还原为乳酸.界型乳酸发酵的菌种除生成乳酸外，还生成乙醇、C02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%以上山. 2. 1. 2 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，发酵过程很少发牛乳酸的消旋作用，有利于制得纯净的 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。 2. 2发酵液中乳酸的分离 对于发酵生产乳酸，最适的pH为5.5?6.0.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，pHv5时产酸受到抑制.为提高乳酸产率， 需要控制发酵液pH值.传统的pH值调节是用CaCO3,来中和产生的乳酸，以 维持适宜的pH值。传统工艺从乳酸钙中提取乳酸的过程复杂，而且乳酸盐对细 胞代谢有抑制作用。 随着乳酸需求量的增加需要开发消除产物抑制的新型乳酸分离方法。近儿 年，原位分离技术（InsinJProductRemove,简称IsPR）在乳酸发酵的应用引起了世 界范围的关注，如溶剂萃取发酵法（使用油酸、叔胺等为萃取剂）、吸附法（离子交 换树脂、活性炭、高分子树脂等）幢、膜法发酵（渗析、电渗析、中空纤维超滤膜、 反渗透膜等）等，这些方法在发酵过程中从培养介质中及时移走乳酸，达到减少 产物抑制、控制pH值的目的，从而提高原料的利用率和产品产率，对于实现连 续生产过程具有重要意义⑵。 2. 2. 1萃取发酵 萃取发酵是在发酵过程中利用有机溶剂连续萃取出发酵产物，以消除产物抑 制的耦合发酵技术.萃取发酵具有能耗低、溶剂选择性好、无细菌污染等优点.常 用的萃取剂有十二烷醇、油醇、叔胺口引等.萃取剂一般有轻微毒性，与细胞直 接接触会产生毒害作用，造成细胞活性降低.生产中减轻溶剂毒性的方法有：1） 用膜将溶液和细胞分开；2）细胞固定化；3）在固定化载体中包埋植物油，如豆油 等.双水相萃取的双水相体系不会对细胞产生毒害作用，为发酵提供了一种生物 相容的环境.双水相体系进行萃取时，产物与生物催化剂（如乳酸菌）会分别分配 于相反的