乳酸生产的工艺原理

4. 钱志良，胡军.乳酸的工业化生产,应用和 钱志良，胡军.乳酸的工业化生产, 市场.工业微生物，2001,31（ 市场.工业微生物，2001,31（2）： 49~53 5. 白冬梅，赵学明，李鑫钢等.米根霉发酵生 白冬梅，赵学明，李鑫钢等. 产L-（+）-乳酸研究进展.现代化工， 乳酸研究进展. 2002，22（ ）：9~13 2002，22（6）：9~13
乳酸纯品为无色液体，工业品为无色到浅 乳酸纯品为无色液体， 黄色液体。无气味，具有吸湿性。 黄色液体。无气味，具有吸湿性。相对密 1.2060(25/4℃ 熔点18℃ 度1.2060(25/4℃)。熔点18℃。沸点 122℃ 2kPa)。 122℃（2kPa)。折射率 nD(20℃)1.4392。能与水、乙醇、 nD(20℃)1.4392。能与水、乙醇、甘 油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。 油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。 在常压下加热分解，浓缩至50%时 在常压下加热分解，浓缩至50%时，部分 变成乳酸酐，因此产品中常含有10%变成乳酸酐，因此产品中常含有10%15%的乳酸酐 15%的乳酸酐。 的乳酸酐。
合成法
合成方法制备乳酸有乳腈法、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) 的仅乳腈法(也叫乙醛氢氰酸法)和丙稀腈法。 （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（或直接用乳腈 作原料），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。 （2）丙烯腈法 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。 （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— Cl2一 NaOH— →CH3CH(OH)COOH NaCl
这个过程的意义在于重建糖酵解所需要的烟 酰腺嘌呤二核苷酸（NAD+）来保持三磷酸腺苷 酰腺嘌呤二核苷酸（NAD+）来保持三磷酸腺苷 的生产。在氧气充足的肌肉细胞中乳酸可以被氧 化为丙酮酸，然后直接用来作为三羧酸循环的燃 料。它也可以在肝脏内糖异生的过程中通过科里 循环转化为葡萄糖。乳杆菌属的细菌也可以进行 乳酸发酵。这些细菌可以生活在口内，它们产生 的乳酸是导致龃褫 齿的原因。在医学里乳酸常被用在乳酸林格氏液 中。这是一种与人的血液等张的氯化钠、氯化钾 和乳酸在蒸馏水中的溶液。在损伤、手术或烧伤 失血后常使用乳酸林格氏液来补充失血。
名称：乳酸 英文名：Lactic acid； 英文名：Lactic acid；2-Hydroxy propionic acid 其它名称：2 羟基丙酸；α 其它名称：2-羟基丙酸；α-羟基丙酸；丙醇酸 分子式： C3H6O3 结构简式： CH3CH(OH)COOH 缩写式： HL（其中L表示乳酸根） HL（其中L 分子量：90 分子量：90 相对密度：1.200 相对密度：1.200 熔点 18℃ 18℃ 密度 1.209 沸点 122℃ (15 mmHg) [1] 122℃
乳酸生产工艺原理
乳酸（lactic 乳酸（lactic acid ），学名为α羟基丙酸 ，是一 ），学名为α 种过劳而重要的有机酸。乳酸分子中有一个不对 称碳原子，因此有旋光性，分为L 乳酸和D 称碳原子，因此有旋光性，分为L-乳酸和D-乳酸。 其结构式如下： COOH COOH ︱ ︳ HO— C—H HO— H– H–C–OH ︱ ︱ CH3 CH3
在发酵过程中乳酸脱氢酶将丙酮酸转换为左旋乳酸。在一般的 在发酵过程中乳酸脱氢酶将丙酮酸转换为左旋乳酸。在一般的 新陈代谢和运动中乳酸不断被产生，但是其浓度一般不会上升。只有 在乳酸产生过程加快，乳酸无法被及时运走时其浓度才会提高。乳酸 运输速度由一系列因素影响，其中包括单羧基转运体、乳酸脱氢酶的 浓度和异构体形式、组织的氧化能力。一般来说血液中的乳酸浓度在 不运动时为1 2mmol/L，在强烈运动时可以上升到20mmol/L。 不运动时为1-2mmol/L，在强烈运动时可以上升到20mmol/L。 一般来说当组织的能量无法通过有氧呼吸得以满足，组织无法获 得足够的氧或者无法足够快地处理氧的情况下乳酸的浓度会上升。在 这种情况下丙酮酸脱氢酶无法及时将丙酮酸转换为乙酰辅酶A 这种情况下丙酮酸脱氢酶无法及时将丙酮酸转换为乙酰辅酶A，丙酮 酸开始堆积。在这种情况下假如乳酸脱氢酶不将丙酮酸还原为乳酸的 话糖酵解过程和三磷酸腺苷的生产会获得抑制。产生乳酸的过程为： 丙酮酸+NADH+H+→乳酸+NAD 丙酮酸+NADH+H+→乳酸+NAD .
酶本崎[6]等研究利用纯化了的L 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卤代酸脱卤酶和DL-2-卤代酸脱卤酶分别作用于 底物L 底物L-2-氯丙酸和DL-2-氯丙酸，脱卤制得L-乳 氯丙酸和DL- 氯丙酸，脱卤制得L 酸或D 乳酸。L 酸或D-乳酸。L-2-卤代酸脱卤酶催化L-2-氯丙酸， 卤代酸脱卤酶催化L 而DL-2-卤代酸脱卤酶既可催化L-2-氯丙酸，又 DL- 卤代酸脱卤酶既可催化L 可催化L 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。 （2）丙酮酸酶法转化 从活力最高的乳酸脱氢酶的混乱乳杆菌 DSM20196菌体中得到D 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 光性的丙酮酸为底物可得到D-乳酸。
乳酸发酵分为同型乳酸发酵和异型乳酸发 酵两种类型。 同型乳酸发酵的反应式为： 葡萄糖→丙酮酸→ 葡萄糖→丙酮酸→乳酸 其发酵总反应式为： C6H O6→2CH3CHOHCOOH 在此过程中，1mol葡萄糖可以生成2mol 在此过程中，1mol葡萄糖可以生成2mol 乳酸
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异型乳酸发酵除了生成乳酸外，还生成二 氧化碳和乙酸，其生物合成途径可分为6 氧化碳和乙酸，其生物合成途径可分为6磷酸葡萄糖途径和双歧途径两种。 6-磷酸葡萄糖途径为 CO2 葡萄糖→葡萄糖- 磷酸→ 木酮糖葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸→ ↗木酮糖-5-磷 酸→甘油醛-3-磷酸→丙酮酸→乳酸 甘油醛- 磷酸→丙酮酸→ 反应式为 ： C6H12O6+O2→CH3CHOHCOOH+CH3COO H+CO2+H2O
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 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 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。
生成方法
发酵法 发酵法的主要途径是糖在乳酸菌作用下，调节pH值 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。 保持大约50ºC发酵三到五天得粗乳酸。 发酵法的原料一般是玉米、大米、甘薯等淀粉质原料 （也有以苜蓿、纤维素等作原料，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。 发酵法分同型发酵和异型发酵。
双歧途径是双歧杆菌发酵产生乳酸的一种 途径。总反应式为： 2C6H12O6→2CH3CHOHCOOH+3CH3COO H 此发酵过程中，1mol葡萄糖可以生成 此发酵过程中，1mol葡萄糖可以生成 1mol乳酸和1.5mol乙酸。 1mol乳酸和1.5mol乙酸。
主要参考文献
1. 王博彦，金其荣.发酵有机酸生产与应用手 王博彦，金其荣. 册.第二版.北京:中国轻工业出版社，2000 第二版.北京:中国轻工业出版社，2000 2. 王锦化，朱亦仁，张振超等.发酵柠檬酸提 王锦化，朱亦仁，张振超等. 取方法的研究进展精细与专用化学品， 2003,11（ 2003,11（4）18~20,24 3. 吴宇琼，李定成，吴元欣.发酵法生产乳酸 吴宇琼，李定成，吴元欣. 的提取与精制研究进展. 的提取与精制研究进展.食品工业科 技,2003,1