有机酸与微生物工业-2.乳酸

有机酸与微生物工业-2.乳酸

2.乳酸有那些种，不同微生物产生的乳酸是不同的，它们有不同的用途。

      早在1841年，在Boutron 和Fremy的记载中就有了关于乳酸的生产方法，是将麦芽或酸乳放入淀粉浆和牛奶中，任其自然发酵，并逐渐进行中和，就会有乳酸产生。但是，实际上直到1881年才在美国实现了工业化生产。大约在1894年乳酸开始在皮革和纺织工业上应用。1896年德国人Leichmann分离出了德氏乳杆菌，在50℃高温下仍然能够保持旺盛的产酸能力，可以使酒或麦芽汁变成酸性，进行乳酸发酵。1901年日本人按照德国的方法研究用甘薯淀粉生产乳酸。到第二次世界大战期间，乳酸的产量达到高峰，预计对乳酸的需求量将大幅度增加，因此，在上个世纪的40和50年代对乳酸发酵和提取进行大量研究，但是未能取得多大的进展。到70年代，乳酸发酵才有了重大发展，利用酶法和固定化细胞生产乳酸的研究也取得了一定成功。1982年全世界的乳酸产量达到2.4-2.8万吨，其中50»¥上用于食品工业，作为酸化剂和防腐剂使用，20”¨于2-硬脂酰乳酸酯的生产，其余的用于制药、制革、纺织等工业部门。
     我国早在1944年重庆振元化学药品厂首先生产了乳酸钙。目前我国乳酸和乳酸有关制品已达到3000吨。
      乳酸的化学名称为1-羟基丙酸，在分子中有一个不对称碳原子，因此有两种立体结构，它们都有旋光性，L-乳酸为左旋，D-乳酸为右旋。如果两种光学异构体各占50š„混合物就没有旋光性，称为外消旋。
      乳酸在水中完全与水混溶，不容易结晶出来。浓溶液（60»¥上)就有很强的吸潮性，所以商品乳酸通常是60š„溶液。药典级乳酸含量为85-90¼Œ食品级含量为80»¥上，均为无色或微黄粘性液体。
      由于乳酸分子内有羟基和羧基，所以有自动酯化的能力。浓度越浓，这种趋势越强烈。因此，在表示乳酸浓度时，往往用游离酸和总酸（包括水解后才能够滴定的聚合形式存在的在内）来表示。
       聚乳酸就是一个分子的乳酸的羟基通过与另一个乳酸的羧基形成酯键，使乳酸分子彼此相连，形成巨大的分子。它不仅具有高分子材料的良好的可塑性，用于生产多种特殊的材料，与人工合成的高分子材料不同，在自然环境中很容易降解，用聚乳酸制备的塑料不存在白色污染问题。最近成为倍受人们注意的高分子材料。
      乳酸的生产有多种方法。在利用微生物发酵时，因使用的微生物不同，将糖质原料转化为乳酸的途径不同，发酵产生乳酸效率最高的是同型乳酸发酵，在理论上，同型乳酸发酵，可将一个葡萄糖分子转化成两个乳酸分子，转化率接近100¼›异型发酵一般是一个葡萄糖产生一个乳酸，而且发酵的副产物较多，理论上转化率为50€‚显然同型发酵的生产效率高。乳酸发酵类型是同型还是异型，除了与微生物菌种有关外，也和发酵条件有关，当条件变化时，同型发酵也可能转变为异型发酵。
       发酵生产乳酸使用的菌种应当是产酸迅速，副产物少，营养要求简单，耐温。这样可以避免杂菌污染，加快发酵速度，提高产率，便于后续提取工艺操作。工业上应用的乳酸菌包括杆状菌和珠状菌，都是革兰氏阴性菌，不运动，无芽孢，厌氧或微好氧。但是不同菌种产生的乳酸的光学性质不同，有产生L-乳酸的，有产生D-乳酸的，有的菌产生乳酸消旋酶，使发酵产生的乳酸消旋，产物为D,L-混合的外消旋型。大部分根霉发酵产生的是L-乳酸。
       利用细菌进行乳酸发酵为厌氧发酵，如果使用的原料是糖类原料，最主要的是葡萄糖，但也可以是麦芽糖、半乳糖、乳糖、蔗糖、糖蜜、以及戊糖，甚至也可以是淀粉水解的糊精等低聚糖。另外还需要一些基本的氨基酸和金属离子。由于物料简单，其发酵工艺也十分简单。但是，为了降低成本，又为了满足细菌对营养的需要，常使用一些天然原料，如酵母膏，小麦胚芽、牛奶、米糠等。因为的发酵过程中不断产生乳酸，使发酵液的酸度不断增加，当酸度太高时，细菌就会受到抑制，产乳酸就会停止。所以，在发酵过程中，要不断地将产生的乳酸中和，维持发酵液的一定的酸度，才能够使发酵正常进行。为了控制发酵过程中的这些影响因素，使发酵在最优化的条件下进行，针对不同的情况，研究开发了各种发酵工艺。

以上转载中国科学院微生物研究所