L-乳酸生产工艺有哪些呢?
L-乳酸是一种强有机酸,能与水互溶,不容易结晶,60%以上的浓度具有极强 的吸湿性。在真空条件下反复分馏,可得纯品结晶L-乳酸。
L-乳酸的生产方法主要有化学合成法、微生物发酵法和生物酶法,用作食品 与医药工业的乳酸产品全部由发酵法生产。
(1)化学合成法 。1963年,美国的孟山都公司开始采用化学合成法生产乳酸,由化学合成法生产乳酸,可以通过多种途径,其中具有现实意义的是乳腈法,此 方法主要由美国标准化学品公司和日本五藏野化学公司实施。 其工艺流程是在乙 醛中加入氢氰酸,在常压条件下经过催化剂的作用液相反应产生乳腈,再回收粗乳 腈,进行蒸馏提纯后,加入浓盐酸或浓硫酸进行水解生成乳酸...全部
L-乳酸是一种强有机酸,能与水互溶,不容易结晶,60%以上的浓度具有极强 的吸湿性。在真空条件下反复分馏,可得纯品结晶L-乳酸。
L-乳酸的生产方法主要有化学合成法、微生物发酵法和生物酶法,用作食品 与医药工业的乳酸产品全部由发酵法生产。
(1)化学合成法 。1963年,美国的孟山都公司开始采用化学合成法生产乳酸,由化学合成法生产乳酸,可以通过多种途径,其中具有现实意义的是乳腈法,此 方法主要由美国标准化学品公司和日本五藏野化学公司实施。
其工艺流程是在乙 醛中加入氢氰酸,在常压条件下经过催化剂的作用液相反应产生乳腈,再回收粗乳 腈,进行蒸馏提纯后,加入浓盐酸或浓硫酸进行水解生成乳酸,反应副产物为氨 盐。粗乳酸可以采用甲醇酯化法得到乳酸甲酯,经过精馏后再进一步水解纯化 为乳酸。
由于化学合成法所使用的原料是乙醛和剧毒物质氢氰酸,因此合成法生产乳 酸大大受到限制,乳酸也仅仅是外消旋的DL乳酸,应用范围小,另外其生产成本也 比较高,生产量比较低。
乳酸的其他一些可行的化学合成法还包括糖的碱性催化水解、丙烯乙二醇氧 化、乙二醇的硝酸氧化等,但是目前还不能进行工业化生产。
(2)酶法生产乳酸。
①2 -氯丙酸酶法转化:日本东京大学的木琦等研究了用酶法生产乳酸,分别 从恶臭假单胞菌113细胞中纯化出L-2 -卤代酸脱卤酶(简称L -酶)和DL -2 - 卤代酸脱卤酶(简称DL-酶),使之作用于底物DL - 2 -卤丙酸,就可以得到L- 乳酸或D-乳酸。
②丙酮酸酶法转化:Hummel等从D -乳酸脱氢酶活力最高的混乱乳杆菌 DSM20196菌体中得到D -乳酸脱氢酶,然后以无旋光性的丙酮酸为底物得到D -乳酸。
酶法工艺生产的乳酸虽然可以专一性地得到旋光乳酸,但是工艺比较复杂,应 用到工业上还有待于进一步的研究,目前无规模化生产。
(3)微生物发酵法发酵法生产乳酸是以淀粉质、糖质原料经过微生物的发 酵后,再提取精制得到,一般按照发酵微生物的种类可以分为细菌发酵和根霉发 酵。乳酸杆菌是L-乳酸生产的主要细菌生产菌种,根霉是真菌微生物中具有工 业生产意义的乳酸生产菌。
用根霉生产L -乳酸与乳酸杆菌相比,根霉对糖的转 化率低,理论上只有75% ,而使用乳酸杆菌时,糖的转化率理论上可达100% ,在实 际生产中都能在90%以上。细菌的营养要求比较复杂,而根霉的营养要求简单。
另外,根霉的发酵温度比较低,一般为301左右,在生产中容易发生染菌,发酵平 均产酸在14%〜15%。而通过乳酸杆菌发酵的细菌生产乳酸的发酵温度一般控制 在50T,温度高不容易染菌,并且发酵产酸率一般可以达到17% ~ 18%,发酵过程 要优于根霉的发酵。
由于根霉的乳酸发酵为好氧发酵,因此在培养过程中需要通入无菌空气来控 制发酵,在无菌空气的制备上要求严格。而乳酸杆菌的发酵培养则是厌氧发酵,不 需要通人空气,因此生产要求比较低。另外,现代乳酸发酵采用大罐深层液体自动 循环的连续发酵技术,能够大大提高发酵的产率,降低生产成本。
国内的大多数乳 酸生产企业均采用乳酸杆菌的深层液体发酵形式。
乳酸发酵原料可以用玉米、大米以及商品淀粉,产品提取与精制可以采取比较 成熟、稳定的乳酸钙不结晶的一步提纯新工艺。L-乳酸的发酵法生产工艺与混旋 乳酸的生产是类似的,乳酸发酵过程中由于不断生成乳酸而使发酵液的pH逐渐 降低,导致对菌体生长和乳酸的合成产生抑制作用。
为此必须采取添加碳酸钙的 办法来中和乳酸,这就不仅增加了乳酸分离提取的难度,而且还影响产品的质量, 并容易造成污染。
微生物发酵法是目前国内生产乳酸的主要方法,虽然发酵法生产乳酸的技术在 不断进步,但是其生产成本还需要进一步降低,才能扩大乳酸的应用范围。
在降低微 生物发酵乳酸的生产成本方面,关键是生产菌种产酸水平的提高和发酵工艺的改进。
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