发育生物学

乳酸的生产

摘要：本文综述了乳酸的生产方法及其应用, 以及对L-乳酸和D-乳酸的介绍，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;生产方法；L-乳酸；D-乳酸：

1、前言

乳酸又叫做丙醇酸，学名2-羟基丙酸，其分子式为C3H6O3是世界上上广泛应用的三大有机酸之一[1]，广泛应用于食品、医药、美容、高分子材料、饲料及化工等领域。因为乳酸分子中存在一个不对称碳原子，所以具有炫光性，根据其炫光性的不同可分为D-乳酸L-乳酸，消旋体乳酸是由左旋乳酸和右旋乳酸以相等的量混合而成[2]。

乳酸可以与任何比例的水互溶，不易结晶析出，乳酸水溶液呈弱酸性，当溶液中乳酸的浓度超过50%时会部分形成乳酸酐，因此乳酸通常是纯乳酸和乳酸酐的混合物，当乳酸浓度达到60%以上时已具有很高的吸湿性[3]。乳酸在有机溶剂中的溶解性不相同，乳酸可以与乙醚和丙酮相溶，但是却无法与氯仿和苯互溶。乳酸下常温下通常为无色或微黄色液体，几乎无臭或微带有脂肪酸臭。乳酸分子不仅可以参加氧化还可以参加还原反应，而且还可以发生缩合反应和酯化反应，这是因为乳酸分子自身携带羧基和羟基，聚乳酸及时乳酸自酯化形成的聚合体。

目前生产乳酸的方法主要有化学合成法[4]、酶法和微生物发酵法。其中化学合成法包括丙烯腈法、丙酸法、丙烯法和乳腈法，化学合成法的原料物质中存在对人体有害的成分，随着人们越来越关注生活品质，化学合成法的应用前景不太理想。酶法主要包括氯酸酶法和丙酮酸酶法。酶法可以得到纯度较高的乳酸，但在工业上还存在很多问题。微生物发酵法主要包括同型发酵途径、异性发酵途径和双歧乳酸发酵途径[5]，其中同型发酵法是指葡萄糖经EMP途径生成丙酮酸的过程，该过程理论上糖酸转化率是100%，发酵过程中实际转化率不可能达到100%,因为微生物还存在其他的代谢活动需要消耗葡萄糖。将转化率在80%以上的发酵类型定义为同型乳酸发酵。目前乳酸菌的最高转化率接近100%。异型乳酸发酵是指乳酸菌通过戊糖磷酸途径，将葡萄糖分解成众多产物，例如乳酸、乙醇和乙酸等，因该过程中副产物较多，所以转

化率一般就比较低。双歧乳酸发酵途径的菌株为双歧杆菌，该途径转化率较低。

2、L-乳酸的理化性质、用途、功能以及生产

L-乳酸广泛存在于人体、动物、植物和微生物中。L-乳酸由于其易被人体吸收、保湿性好被大量用于医药、食品、化工等领域。又因为人和动物仅能合成L-乳酸脱氢酶，因此只可以代谢L-乳酸。在体内L-乳酸可被分解为氨基酸和二羧基产物，而D-乳酸不能或只能少量被代谢，因此L-乳酸及其衍生物或聚合物具有较好的生物相容性。

2.1 L-乳酸在食品工业的应用

L-乳酸具有稳定性和微酸性被广泛应用在食品中作酸味剂、防腐剂和还原剂等，其主要被添加在糖果、清凉饮料和糕点的生产和鱼肉、蔬菜的加工保藏。L-乳酸对人体无毒性被称为绝对安全的食品添加剂和调味剂。L-乳酸的酸性温和，不改变食品本身的风味，还容易被人体吸收代谢。在啤酒酿造业中，L-乳酸已代替磷酸来调节pH 值，且抑菌、改善口味，可以延长其保存期。硬脂酰乳酸钙可以和面包面团的谷蛋白结合，因而被用作面团的改良剂。

2.2 L-乳酸在医药工业中的应用

L-乳酸无毒性和亲水性且能被人体吸收，可以直接配成药物。许多地方都用乳酸盐来消毒杀菌由于其超强的消毒杀菌能力。复合的葡萄糖、氨基酸与 L-乳酸、L-乳酸钠可治疗酸中毒及高钾血症。人体内的微量金属元素可以由相应的乳酸盐药物来摄取。

2.3 L-乳酸在化学工业中的应用

L-乳酸可用于生产丙二醇、丙烯酸和二戊二酮等许多化工原料。除此之外，L-乳酸具有消泡的作用可生产耐热和耐火绝缘材料。L-乳酸的衍生物在化学工业中的用途之广是难以细述的。乳酸铵可添加在反刍动物的饲料中，从而把非蛋白氮转化为蛋白质供人类食；乳酸乙酯是名酒香味的主要成分之一；乳酸甲酯、乳酸丁酯及乳酸的高级酯和醚类是油漆、涂料树脂的的良好溶剂，塑料的增塑剂和润滑剂

2.4 L-乳酸在可生物降解材料中的应用

近些年，随着环境问题的频频出现，人们的环保意识也越来越强。由于聚乙烯类塑料制品的大量使用导致白色污染，为了解决这个问题，可降解塑料得到广泛应用。L-乳酸为单体合成的高分子化合物聚 L-乳酸

具有可塑性高、柔韧性好、高透明度、无毒性、良好的生物相溶性，还可被微生物降解利用。自然界中的微生物或动植物利用自身体内特殊种类的酶很容易将其代谢转化为CO2和水，显然是不会对环境造成破坏，因此聚乳酸是最具有市场潜力的可生物降解材料。自从各个国家限塑令颁布开始，可生物降解塑料就称为了各国科学家研究的焦点。这种可降解塑料的应用范围相当之广，遍及我们生活的各个角落，比如大棚薄膜、快餐盒、购物袋、家用各种塑料制品等。为了缓解不可降解塑料造成的严重环境污染，在未来的发展中聚乳酸很可能成为唯一的塑料。聚乳酸也用在医用高分子材料中，这与聚乳酸的良好特性有关，具有良好的生物相容性，没有毒性，理化性质较稳定，能被人体降解代谢还不产生副作用。此外聚乳酸也用做手术缝合线及药物缓释剂等。

现在生产L-乳酸主要采用生物发酵法，该法采用小麦、玉米等淀粉为原料，经过糖化酶的糖化作用和淀粉酶的水解作用，然后通过微生物发酵将糖转化为L-乳酸的生产方法。在能源短缺和环境污染的今天，利用木质纤维素为原料发酵生产L-乳酸具有重大意义。

3、D-乳酸的理化性质、用途、功能以及生产

纯D-乳酸在常温下为无色糖浆状澄明液体，无味无臭，易吸湿，与水、乙醇、甘油、糠醛混溶，稍溶于乙醚，不溶于氯仿、石油醚、二硫化碳和苯。D-乳酸具有一元羧酸的典型化学性质，水溶液呈弱酸性。当浓度达到50%以上时会形成乳酸酐，与一些醇类物质反应生成醇酸树脂。D-乳酸分子结构中同时存在羧基和羟基，在脱水剂氧化锌作用下也可脱去两分子水自聚形成环状二聚体D-丙交酯C6H8O4

D-乳酸在自然界存在于细菌的细胞壁和芽孢杆菌属细菌的孢子内，以及某些植物细胞内。近来研究表明，D-乳酸在人体内也具有一定残有量。因为人体只具有L-乳酸脱氢酶（L-LDH）故人体只能代谢利用L-乳酸，不能代谢D-乳酸。人体内D-乳酸积累过多会引起机体的代谢紊

乱[6]，世界卫生组织明确规定，人体每天摄入D-乳酸的量限制在

100mg/kg（相对于人的体重）以下，而对L-乳酸不加限制。

3.1 D-乳酸的用途、功能

D-乳酸作为一个手性中心，是多种手性物质的前体，广泛应用于医药，高效低毒农药除草剂及化妆品等领域的手性合成[7]。德国Hoechst公司于80年代末开发的一种以D-乳酸为原料的新型高效除草剂--威霸，系