【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的方法來(lái)提取乳酸，在粗乳酸鈣的溶液中加入硫酸鋅溶液反應(yīng)，在發(fā)酵液還未變冷時(shí)濾去石膏再冷卻結(jié)晶，然后將分離出來(lái)的晶體溶解后，再通入硫化氫制備出乳酸，反應(yīng)生成的硫化鋅沉淀再與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅和硫化氫，兩者均可回收再利用，用此方法可以使乳酸的收率提高到60％左右[14]。 我國(guó)發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸的現(xiàn)狀 現(xiàn)今我國(guó)乳酸生產(chǎn)主要采用的方法是利用微生物發(fā)酵法 [3]，微生物發(fā)酵法是國(guó)家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)，該技術(shù)符合我國(guó)產(chǎn)業(yè)政策和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的方向。當(dāng)今主要有三大因素刺激我國(guó)乳酸工業(yè)的工業(yè)化發(fā)展，第一個(gè)因素是我國(guó)大量的白色塑料污染垃圾，用乳酸生產(chǎn)的聚乳酸替代聚氯乙烯，聚乳酸在自然條件下可以降解，其具有良好的可塑性和生物相容性,經(jīng)過特殊處理的聚乳酸克服了耐熱性差和抗沖擊強(qiáng)度低的缺點(diǎn),使聚乳酸具有優(yōu)良的機(jī)械性能和物理性能。第二個(gè)主要因素是乳酸可以解決溫室效應(yīng)問題，二氧化碳和水反應(yīng)生成乳酸，乳酸又可通過降解成二氧化碳，所以其在降低溫室氣體方面有很大的作用。最后一個(gè)因素就是乳酸在生物燃料方面有很大的作用，是當(dāng)前解決減少化石燃料消耗的重要方法之一。 我國(guó)發(fā)酵乳酸過程中存在的問題的解決方案我國(guó)發(fā)酵采用傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)，其發(fā)酵受底物和產(chǎn)物的抑制作用，生產(chǎn)規(guī)模小、L乳酸產(chǎn)品拓展和聚乳酸研究滯后，還有糖化和發(fā)酵兩步工藝的經(jīng)濟(jì)效益低，有待于進(jìn)步，制約著L乳酸工廠化規(guī)模化的發(fā)展。同步糖化發(fā)酵是將酶催化水解碳水化合物底物和細(xì)菌發(fā)酵結(jié)合的生產(chǎn)模式，具有操作簡(jiǎn)單，無(wú)需單獨(dú)糖化，即克服了糖化酶的產(chǎn)物抑制作用，還可避免因初始糖濃度過高而引起的底物抑制作用，還可以減少生產(chǎn)周期，節(jié)約其生產(chǎn)成本和提高乳酸生產(chǎn)效率的作用。2 工藝設(shè)計(jì)及控制同步糖化發(fā)酵技術(shù)是將糊化液直接通入發(fā)酵罐中，并向其中添加糖化酶使淀粉糖化生成葡萄糖，糖化酶的酶活力隨溫度升高而增大，最適溫度為55℃。該技術(shù)克服傳統(tǒng)發(fā)酵中糖化酶的產(chǎn)物抑制作用和因初始糖濃度過高而引起的底物抑制作用，節(jié)約生產(chǎn)成本且提高乳酸生產(chǎn)效率的作用。 同步糖化法生產(chǎn)乳酸的工藝流程圖1：同步糖化法生產(chǎn)乳酸的工藝流程 原料粉碎糊化擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵罐滅菌處理過濾凈化糖化酶離子交換處理水濾渣空氣預(yù)熱斜面培養(yǎng)壓料板框過濾板框過濾酸解酸液活性炭濃縮乳酸成品酸解液配料該工藝的生產(chǎn)過程主要為：大米和麩皮經(jīng)粉碎糊化處理后，與水以4:1:5的比例混合配成發(fā)酵原料，經(jīng)過滅菌后通入發(fā)酵罐，再加入菌種、凈化空氣和淀粉糖化酶進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵液經(jīng)過升溫和過濾處理，再將其通入中和罐，以CaCO3做中和劑處理；再經(jīng)過過濾洗滌，得到乳酸鈣固體，送入酸解罐酸解。酸解罐中添加濃H2SO4進(jìn)行酸解，并加入活性炭進(jìn)行脫色；然后通過板框壓濾機(jī)過濾和沉降過濾，除去CaSO4及雜質(zhì)。酸解后的過濾液經(jīng)離子交換處理，再進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮和結(jié)晶；結(jié)晶完成后，用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，最后通過干燥和篩選得到成品乳酸。 乳酸發(fā)酵條件及控制 原料該工藝生產(chǎn)的主要原料為大米，輔助原料為麩皮，大米與麩皮和水的比例為4：1：5。 發(fā)酵的菌種該生產(chǎn)工藝選擇的菌種是德氏乳酸桿菌。德氏乳桿菌在分類學(xué)上是屬于真細(xì)菌目、乳桿菌科、乳桿菌屬?！歉锾m氏陽(yáng)性菌。該菌種可以利用麥芽糖、葡萄糖、半乳糖和糊精等碳源來(lái)發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，德氏乳桿菌的最適生長(zhǎng)溫度是45℃，但該菌在50℃時(shí)仍具有生物活性，能耐受55℃高溫。（1）菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)乳酸發(fā)酵一般為純種培養(yǎng)，接種量為10%，所以必須進(jìn)行菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)，其生產(chǎn)方法是將試管原種先接種到10ml試管培養(yǎng)一段時(shí)間后轉(zhuǎn)接到200ml的三角瓶 中，再轉(zhuǎn)接到1L三角瓶后轉(zhuǎn)接到1000L種子罐再轉(zhuǎn)接到60m3發(fā)酵罐。該菌種為兼性好氧菌，應(yīng)采用斜面凍結(jié)保存菌種，使用時(shí)進(jìn)行活化處理，將原種轉(zhuǎn)接到10ml試管，在45℃下培養(yǎng)24小時(shí)，適當(dāng)轉(zhuǎn)接多次，再接種到發(fā)酵罐中。（2）接種物成熟標(biāo)志發(fā)酵液中乳酸菌種細(xì)胞密度為71010~81010個(gè)/ml，大小為（7~8）um（~）um，鏡檢時(shí)無(wú)大的異染顆粒，無(wú)與菌種有明顯差別的雜菌。 發(fā)酵工藝控制及注意事項(xiàng)（1）糊化鍋先將原料混合均勻后再將其通入糊化鍋，使得糊化鍋的表壓達(dá)到100Pa，保持表壓100Pa不變30分鐘后，然后再結(jié)束糊化反應(yīng)，此項(xiàng)過程結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)夾生大米且充分膨脹。糊化過程結(jié)束時(shí)，先降低壓力釋放出多余的蒸汽，然后向夾套中通入冷卻水使糊化液的溫度降低到60℃以下，再將糊化液和夾套的冷卻水都通入發(fā)酵罐。（2）種子罐種子培養(yǎng)基的組成成分與發(fā)酵培養(yǎng)基的組成成分基本相同，每升培養(yǎng)基中葡萄糖量為150 g，碳酸鈣量為100 g。，投入培養(yǎng)基后開始攪拌，在50℃下培養(yǎng)24小時(shí)。，~，如果鏡檢合格菌絲體生長(zhǎng)良好，接入蒸煮罐內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。（3）發(fā)酵罐①發(fā)酵配料：發(fā)酵罐中通入糊化鍋夾套中的冷卻水，節(jié)約生產(chǎn)成本，水溫為50℃左右，加入原料然后定容，培養(yǎng)基濃度為100 g/L，然后通入無(wú)菌空氣，即能使料液混合均勻，還能增加溶氧量，每克大米添加120活力單位的活化酶，其接種量為10%。②發(fā)酵控制：德氏乳桿菌的特點(diǎn)是在45~50℃時(shí)進(jìn)行繁殖，是一種耐高溫的乳酸菌，但不耐高酸，因此發(fā)酵過程保證酸堿值大于等于4，現(xiàn)今乳酸發(fā)酵所用的中和劑是碳酸鈣。該工藝采用分批添加碳酸鈣來(lái)控制酸堿度，在發(fā)酵后6小時(shí)開始添加（），每8小時(shí)添加一次，添加次數(shù)為6次，碳酸鈣添加總量為大米總量的3/4。③泡沫的控制：如果在工業(yè)生產(chǎn)中泡沫控制不當(dāng)，使發(fā)酵液中產(chǎn)生大量泡沫時(shí)將會(huì)對(duì)該生產(chǎn)過程造成的巨大危害，比如使得發(fā)酵罐裝填系數(shù)減小，引起原材料的浪費(fèi)以及產(chǎn)物的損失等。我們可以通過改變發(fā)酵液成分配比以及發(fā)酵工藝的操作條件的控制來(lái)減少泡沫的產(chǎn)生?；蛘卟捎没瘜W(xué)方法即添加化學(xué)消泡劑的方法削弱泡沫的產(chǎn)生，我們還可以通過利用物理的方法使液膜某些部分的局部受力改變，從而使得泡沫破裂。物理法消泡主要采用的生物機(jī)械消泡器的結(jié)構(gòu)形式主要有柵式、旋轉(zhuǎn)圓盤式、渦輪式和旋風(fēng)分離式等幾種。④發(fā)酵后期管理：殘?zhí)菨舛冉档偷? g/L時(shí)，并且發(fā)酵醪有特別黏性時(shí)，結(jié)束發(fā)酵，此時(shí)德式乳酸菌活動(dòng)減弱，丙酸等雜菌開始生長(zhǎng)，向發(fā)酵液中加入石灰石調(diào)節(jié)酸堿度，使發(fā)酵液的pH=10左右，并向其中通入空氣使其混合均勻，待石灰完全溶解時(shí)停止通空氣，然后將其靜置、澄清后進(jìn)入后期提取上清液和沉淀物。 提取工藝及其控制 提取工藝流程發(fā)酵液 預(yù)熱罐 壓料罐 第一次板框過濾 沉降罐 第二次 板框過濾 濃縮 酸解 第三次板框過濾 濃縮 脫色 離子交換 脫色 濃縮 乳酸制品 提取工藝條件（1）預(yù)熱沉淀流程，所以其中的溶液總量均不能超過其總?cè)莘e的80%，在其中煮沸5min，沉降罐中調(diào)節(jié)其酸堿度不得使其pH低于12，該罐中溫度可達(dá)到8590℃，MgCl2加量小于2%。（2）第一次板框過濾，所以其進(jìn)料量不得超過其總體積的80%，壓料罐中的壓力要小于等于40atm，濾渣中含鈣量不能超過2%。（3）雙效蒸發(fā)工藝，向該罐中投料的濃度必須大于20%。（4）濃縮工藝。該壓力下，使溫度達(dá)到70℃的條件時(shí)就能蒸發(fā)濃縮乳酸，其進(jìn)料量不能超過其總體積的72%，該罐中的工作時(shí)間不能小于24小時(shí)，脫色活性炭的添加量小于等于1%。 提取工藝的控制（1）預(yù)熱將發(fā)酵結(jié)束的發(fā)酵液用泵泵入預(yù)熱罐內(nèi)進(jìn)行加熱，使發(fā)酵醪的溫度由50℃升高到80℃左右，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄嚢?，通過添加堿來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)酵醪的pH值到10，整個(gè)過程要防止析出無(wú)水乳酸鈣晶體和固體化整個(gè)發(fā)酵醪，為后續(xù)的操作帶來(lái)不必要的麻煩。（2）壓料罐壓料罐中的溫度為140℃，，以空氣做為介質(zhì)。壓縮機(jī)將預(yù)熱液從壓料罐壓入板框壓濾機(jī)，使板框壓濾機(jī)進(jìn)行第一次板框過濾。（3）第一次板框過濾：先給壓縮機(jī)中通入75℃左右的的熱蒸汽，預(yù)防發(fā)酵醪的熱料遇冷之后析出碳酸鈣晶體，并用板框壓緊鋪好的濾布，使得熱料液自流形成一層過濾層后再慢慢向其中加入物料，進(jìn)行過濾，當(dāng)濾液的析出量逐漸減少時(shí)，停止向其中通物料。并通入熱水沖洗濾渣，同時(shí)將濾液沖送到沉降罐中澄清。（4）沉降沉降罐中的酸堿度必須調(diào)節(jié)在pH=12以上，并將發(fā)酵液加熱到90℃，并加入2%的MgCl2，使菌體及其他懸浮物在沉降罐中沉淀下來(lái)。（5）第二次板框過濾第二次板框過濾的主要過濾物質(zhì)為蛋白質(zhì)、氨基酸等雜質(zhì)，可以很大程度上降低雜質(zhì)含量。其操作方法與第一次板框過濾相同，但在操作前必須要注意板框與濾布之間是否有破損，防止漏液。（6）雙效蒸發(fā)在經(jīng)過雙效蒸發(fā)塔處理后，可以使得乳酸鈣的濃度可達(dá)到26%。雙效塔處理操作前要必須用注意檢查各閥門是否關(guān)閉。（7）酸解先將乳酸鈣的晶體添加到酸解罐中，再向其中加入石膏洗滌水，然后再直接通蒸汽使乳酸鈣晶體溶解，并使得乳酸鈣的濃度達(dá)到180g/kg左右，然后再向酸解罐內(nèi)加入濃硫酸酸解。該過程需要注意的是要控制溫度不得高于70℃，防止發(fā)酵液的碳化和溫度對(duì)色度比色度的影響。%的甲基紫溶液進(jìn)行檢驗(yàn)乳酸鈣，當(dāng)溶液呈現(xiàn)橘黃色時(shí)表示酸解反應(yīng)完成，酸解反應(yīng)結(jié)束后料液即進(jìn)入第三次板框過濾。（8）濃縮①工藝條件：常壓下乳酸的在190℃的溫度下乳酸會(huì)完全分解，所以不能被蒸餾出來(lái)。通過降低壓力來(lái)使沸點(diǎn)降低，使其低于常壓下乳酸的分解點(diǎn)，則會(huì)使乳酸蒸餾出來(lái)。該工藝中濃縮采用的是真空濃縮循環(huán)加熱的方法，該方法濃縮的主要特點(diǎn)是能在較低真空度下利用水的沸點(diǎn)比較低的原理將水蒸發(fā)掉，完成濃縮的目的。操作過程中，物料溫度必須達(dá)到70℃左右。②工藝操作：操作前需要注意的是首先要檢查閥門是否關(guān)閉好，必須要保證操作的正常進(jìn)行。然后再打開真空系統(tǒng)，使蒸汽發(fā)生器保持工作一段時(shí)間后使其真空度達(dá)到一定的值，到達(dá)特定值后再向其中添加物料。加熱時(shí)要保持真空度在一定的范圍之內(nèi)。后期的檢查指標(biāo)主要是濃縮液的密度，結(jié)束濃縮時(shí)要先停止加熱，再關(guān)閉真空系統(tǒng)。③產(chǎn)品純度：乳酸鈣溶液酸解后經(jīng)過初步凈化，再通過過濾除去石膏渣，使其乳酸的濃度達(dá)到約110g/kg左右。第一次濃縮在較低的真空度下可得到35%的乳酸，第二次濃縮是在在80kPa的蒸發(fā)器下濃縮后得到工業(yè)級(jí)乳酸。色度濃縮指的是因?yàn)樗岫忍岣吆?，雜質(zhì)中的有色物質(zhì)的反應(yīng)，使的其色度增加，因此需要用活性炭脫色。（9）乳酸純化①離子交換法是指通過帶電的溶質(zhì)分子與離子交換介質(zhì)中的離子相互交換，使帶電粒子附著在離子交換柱上，從而達(dá)到分離純化的目的。該法的主要特點(diǎn)是其操作分辨率高，操作容易且工作容量大。該法的目的即能除去乳酸鈣中的鈣離子還能使乳