【正文】 和乙醇 (或甲醇 )為原料。 27 28 酶法生產 L乳酸 ? (1)氯丙酸酶法轉化 ? 日本東京大學的木畸等人研究了用酶法生產乳酸，他分別從惡臭假單孢菌和假單孢菌 113細胞中純化出 L2鹵代酸脫鹵酶 (簡稱為 L酶 )和 DL2鹵代酸脫鹵酶 (簡稱為DL酶 )，使之作用于底物 DL2氯丙酸，就可得到 L乳酸或 D乳酸。 ? 微生物發(fā)酵法生產乳酸，可通過菌種和培養(yǎng)條件的選擇而得到具有專一性的 D乳酸、 L乳酸或是 DL乳酸。 30 第四節(jié) 乳酸發(fā)酵機理 ? 一些能大量產生乳酸的細菌稱為 乳酸細菌 ，用于發(fā)酵生產乳酸的細菌。此發(fā)酵過程中， lmol葡萄糖可以生成 2mol乳酸，理論轉化率為 100%。 34 ? 異型乳酸發(fā)酵是某些乳酸菌利用 HMP途徑，分解葡萄糖為 5磷酸核酮糖，在經差向異構酶作用變成 5磷酸木酮糖，然后經磷酸酮解酶催化裂解反應，生成已酰磷酸。 ? 產能途徑為 EMP途徑。 雙歧桿菌是人體腸道內典型的有益細菌，它的生長繁殖貫穿在人的整個生命歷程中。此時糖酸轉化率接近乳酸細菌的同型乳酸發(fā)酵。 40 糖代謝主要有以下幾種反應： (1)正常呼吸： C6Hl2O6 + 6O 2 6H2O + 6CO 2 (2)同化作用：干菌體量的 95%來自碳水化合物。在微生物的分類研究中， 通常把發(fā)酵 1mol葡萄糖產生的乳酸少于 ，同時還產生較多的乙醇、CO2或乙酸、甘油、甘露醇等產物的乳酸菌稱為異型乳酸菌。 ? 鏈球菌屬 (Streptoccoccus)有嗜熱鏈球菌、乳脂鏈球菌、唾液鏈球菌等。在瓊脂平板培養(yǎng)基上菌落小，扁平，呈鋸齒形。最適生長溫度為 45℃ ， 50℃ 仍能旺盛發(fā)育并產酸，最高耐受溫度為55℃ 。在明膠平板培養(yǎng)基上菌落灰色，環(huán)狀。能耐受 13g/l的 D乳酸，最適生長溫度為 36℃ 。明膠酵母膏葡萄糖穿刺呈絲狀生長，不液化明膠。 46 種類 根霉 ? 1884年 Eijkmann指出，根霉所產生的酸可能為乳酸，在1901年被 Chrzaszz所確證。孢囊梗直立或彎曲， 2～ 4根群生，有時膨大或分枝。也具有酒精發(fā)酵能力及蛋白質分解能力。之前國內外多采用根霉菌中的米根霉 進行 L乳酸的發(fā)酵。根霉菌在發(fā)酵過程中需要通氣攪拌 ,使得動力消耗增加 ,生產成本上升。一般的乳酸菌均不產淀粉酶 ,不能直接利用淀粉發(fā)酵生產乳酸 ,需糖化處理。 制麥的主要過程為：大麥進入浸麥槽洗麥、吸水后，進入發(fā)芽箱發(fā)芽，成為綠麥芽。 ? B點為最大點，過了 B點，可發(fā)酵糖 產率呈下降趨勢 ? 這是因副反應增加所引起 ? 故要在最大值 B點之 前，即 A點放料 ，到 C點完成。形成的乳酸鈣為水合型，即含 5H2O 發(fā)酵后 加熱 90100℃ 中和至 pH 靜置 46 h 壓濾 7080 ℃ 脫色 壓濾 真空濃縮 乳酸鈣 150 g/L 石灰乳 74 三、乳酸鈣結晶 ? 乳酸鈣在水中的溶解度與溫度成正比例關系 ? 雜質含量增加會使乳酸鈣的溶解度增大 ? 一般雜質數量增加 1%，乳酸鈣溶解度約增大 10% ? 1h 30oC降至 23 oC； 降至 18 oC；每小時降低 2 oC，降至 10 oC，保持 3h。目前世界乳酸總產量為 6萬 t左右， 主要是合成法生產 ，用發(fā)酵法生產的乳酸約 t，而世界上需要發(fā)酵法生產的乳酸約 t， L型乳酸約占 50％左右。 ? 近年來，我國 L乳酸生產已開發(fā)出具有國際水平的“嗜熱乳酸桿菌”技術，使每噸 L乳酸的淀粉消耗降低到 t左右，遠遠低于 DL乳酸的消耗水平 (約 t)，同時在 L乳酸的精制方面采用了先進的“短程蒸餾”技術，如果將這幾項先進技術整合實施，實現工業(yè)化大規(guī)模生產，可使我國 L乳酸工業(yè)生產達到國際先進水平。目前僅有武藏野化學所一家采用化學法生產乳酸，生產能力 1萬 t/a，產品全部為 DL乳酸。近年來，該公司又建了一套乳酸鈣生產裝置。亞洲是全球乳酸產量最大的地區(qū)，占全球總產量的 %，而北美是全球消費最大的地區(qū)，占全球總消費量的 %。 拓寬原料來源，降低成本。 97 優(yōu)化發(fā)酵、提取工藝、降低生產成本。 ? 細胞固定化技術、原位分離技術、溶劑萃取發(fā)酵法、離子交換樹脂吸附法、膜法發(fā)酵等都可廣泛應用于乳酸的發(fā)酵與分離中。發(fā)酵的好壞關鍵在于菌株的性狀，因此通過基因工程選育高產菌株是進一步的研究方向。 100 擴大 L乳酸的應用領域。在乳酸轉化成乳酸聚合物、丙烯酸類聚合物以及丙二醇、乙醇等小分子化合物方面存在著許多技術上的困難，從而限制了乳酸的應用范圍。因此開發(fā)乳酸發(fā)酵及聚合的成套技術，對于發(fā)展化工新材料、加速生物化工技術在石油化工領域的產業(yè)化速度將起到積極作用。 ? L乳酸是目前化工市場的急需產品，發(fā)酵生產急需要解決的是成本偏高和產品質量兩個問題。這樣既可降低生產成本，又可提高其附加值。 ? 在聚乳酸合成方面，催化劑體系及聚合機理的研究仍是一個重要課題。 ? 目前國內外只有關于工程菌構建的文章，尚無乳酸工程菌工業(yè)應用的相關報道。設計新型反應器，進行連續(xù)或半連續(xù)發(fā)酵，實現高底物濃度、高稀釋率下的連續(xù)操作。甘薯含有大量的淀粉、維生素和微量元素，利用甘薯發(fā)酵乳酸是完全可行的。 2023年占整體消費量的 46%，預計到 2023年，將超過整體消費量的一半。在今后幾年內，隨著生產成本的降低乳酸產品的年需求將達到200萬 ~300萬 t，將大量取代現在廣泛使用的熱塑產品，從而消除白色污染問題。荷蘭 PURACSA公司是全球最大的生產廠商，分別在巴西和西班牙建有生產裝置，均以糖蜜為原料，產品全部為 L乳酸。1998年 Cargill公司建成 7 300 t/a聚乳酸生產裝置， 2023年又與 DOW化學公司組建了 Cargill Dow Polymer公司，在 Blaiir建設一套 14萬 t/a聚乳酸裝置，并于 2023年 4月投產。全國乳酸廠已達 70多家，現有生產能力大約 2萬 t/a。H2O + H2SO4 2CH3CHOHCOOH + CaSO4 ? 糖化酶把糊精、低聚合糖進一步水解成葡萄糖，此過程即為 糖化 ? 雙酶水解法 液化 糖化 61 （二）接種物的制備 ? 種子罐容積約生產罐的 1/13 – 1/12 ? 裝料系數 ? 培養(yǎng)基配方 葡萄糖 150 麥根 (NH4)2HPO4 CaCO3 100 單位 g / L 62 (三 )發(fā)酵工藝條件 ? 德氏乳桿菌，發(fā)酵溫度 50+1 ℃ ? pH大于 ，若 pH小于，則發(fā)酵速度減慢 ? 填料系數 ? 正常發(fā)酵時 ,罐口敞開 ,使 CO2逸出 ? 發(fā)酵周期 56 d ,殘?zhí)? 1g/L 63 二、蔗糖發(fā)酵工藝 ? 德氏乳桿菌 加水 糖蜜 70 ℃ 甘蔗粗糖 CaCO3 滅菌 冷卻 麥根 接種 發(fā)酵 加石灰乳 使 pH上升至 910 加熱 升溫 70 靜置 612 h 壓濾 64 三、亞硫酸鹽廢液發(fā)酵工藝 ? 亞硫酸鹽廢液成分 SO2 SO32 木質素 少量 糠醛、 HAc、甲基糠醛 23% 單糖 發(fā)酵抑制物 √ 戊糖乳桿菌 C6H12O6 2 C3H6O3 C5H10O5 C3H6O3 + CH3COOH 乳酸 65 (一 )原料預處理 去除 SO2 蒸汽蒸發(fā)處理 沉淀處理 廢液 石灰乳 調 pH 處理條件 35 ℃ ， pH , 30 min 90%蒸汽冷凝在液體中 10%蒸汽帶出 ,即 SO2被帶出 66 （二）發(fā)酵工藝 ? 發(fā)酵溫度 30 ℃ ? pH ? 48 h ? 營養(yǎng)鹽 (麥根汁、玉米漿等 )與 亞硫酸鹽廢液要 分開滅菌 ，否則營養(yǎng)物會被沉淀的木質素等物質帶走 ? 中和液加石灰乳時要 不斷攪拌 ，防止局部過堿 。從大麥到制成麥芽需要 10天左右時間 。大麥在收獲后先貯存 23月，才能進入麥芽車間開始制造麥芽。同型發(fā)酵的乳桿菌實際轉化率大多在 90%以上。耐低 pH值 ,產物為高光學純度乳酸 ,菌體大 ,容易分離。發(fā)酵乳酸最適溫度為 30℃ ，可利用無機氮源。 ? 米根霉的最適溫度 37℃ ， 41℃ 時還能生長。 47