【文章內(nèi)容簡介】 要有：同性乳酸發(fā)酵、異型乳酸發(fā)酵和雙岐發(fā)酵途徑三種。產(chǎn)乳酸細菌有很多，其中德式乳桿菌是國內(nèi)外乳酸生產(chǎn)中常用的乳酸菌。與乳酸菌相比，米根霉對糖的轉(zhuǎn)化率較低，但其營養(yǎng)要求簡單，只需無機氮及少量無機鹽即可，米根霉能產(chǎn)生淀粉酶和糖化酶，它既能利用糖也可以直接利用淀粉或淀粉質(zhì)原料直接發(fā)酵生成L乳酸。且米根霉菌絲較大，易分離，且生產(chǎn)的L乳酸的純度較高。 化學合成法 利用化學合成法生產(chǎn)乳酸的方法很多，工業(yè)上使用的方法有三種：乙醛氫氰酸法；丙酸氯化水解法；丙烯氧化法，其中實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的是乳腈法。乳腈可以由丙烯腈生產(chǎn)的副產(chǎn)物而來，亦可由乙醛與氫氰酸反應得到，乳腈水解即可得到乳酸，并可通過酯化法精制。CH3CHO+HCN→CH3CH(0H)CN (1)CH3CH(OH)CN+2H2O+H2SO4→CH3CH(OH)COOH(2)CH3CH(OH)COOH+C2H5OH→CH3CH(OH)COOC2H5+H2O (3)CH3CH(OH)COOC2H5+H2O→CH3CH(OH)COOH+C2H5OH (4) 乙醛、氫氰酸和循環(huán)水與少量的苛性鈉一起注入攪拌式反應器。反應是在大氣壓力下進行，通過水的蒸發(fā)驅(qū)散反應熱。將反應溫度降至15℃以下，可促進腈生成。在間歇式工藝中，停留時間為20～40 min，轉(zhuǎn)化率可達90％～95％。對于當量加成HCN和乙醛．可獲得96％以上的總收率 。但由于乳腈法只能生產(chǎn)外消旋體乳酸，且其原料氫氰酸的劇毒性大大限制了生產(chǎn)和發(fā)展。丙酸氯化水解法是以丙酸為原料，經(jīng)氯化生成一氯丙酸，用氫氧化鈉將氯取代即得粗乳酸，將粗乳酸酯化、精餾，再通過水解，即得精乳酸。而丙烯氧化法是在15~20℃將丙烯與液體N204反應，得到1一硝基一2一羥基丙烷，然后用鹽酸或硫酸水解。通過生物質(zhì)化學降解的方法也可以得到乳酸。因為糖類在酸和堿催化條件下可以發(fā)生降解，研究表明將纖維素和氫氧化鈣等無機堿或銨類有機堿共混于水中，在250℃、5～25 MPa的條件下可使纖維素迅速降解為乳酸。在300℃、25MPa的亞臨界水環(huán)境中以蔗糖為原料加入少量如Co、Cu等金屬離子后，乳酸收率可達到42％。生物質(zhì)化學降解的研究是生物質(zhì)資源利用的重要途徑，而乳酸作為降解的產(chǎn)物之一具有很大的研究前景。生物質(zhì)化學降解過程的復雜性是其發(fā)展主要障礙之一，詳細的降解機理探索和合適的催化劑選擇是生物質(zhì)降解方法未來的重要研究方向。除以上方法外，還曾有乙酸乙烯酯羰基化法、乙醛一氧化碳合成法等化學合成技術出現(xiàn)，除乙醛氫氰酸法外，其他的化學合成技術或因成本問題，或僅僅在理論探索，并未實現(xiàn)實際的規(guī)模化生產(chǎn)。 乳酸生產(chǎn)新技術由于化學合成法的種種缺點，所以現(xiàn)在在乳酸合成新工藝的研究上還是以發(fā)酵法研究的比較多，基于傳統(tǒng)發(fā)酵生產(chǎn)過程存在菌種的發(fā)酵條件嚴格、效率低、成本高、分離難、工藝步驟多等缺點，人們在篩選更優(yōu)的菌種和改進乳酸發(fā)酵工藝方面做了相當?shù)墓ぷ?；同時，針對傳統(tǒng)工藝所存在的一些主要問題，近年出現(xiàn)了許多發(fā)酵新工藝，主要有：固定化微生物法、電滲析連續(xù)發(fā)酵法、萃取發(fā)酵法、膜法發(fā)酵法、吸附發(fā)酵法、同時糖化發(fā)酵工藝。表1—2 發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸新技術優(yōu)缺點比較發(fā)酵方法優(yōu)點缺點固定化法 減少細菌流失，利于穩(wěn)定和連續(xù)化生產(chǎn)固定化載體穩(wěn)定性要求高，傳遞阻力和接觸面積問題對菌種的生產(chǎn)能力有影響電滲析發(fā)酵不需要中和沉淀，簡化后工藝：縮短了發(fā)酵周期：易于實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)較高的電力等能量消耗；副產(chǎn)大量鹽類：膜污染影響生產(chǎn)效率和成本膜法發(fā)酵(超濾、反滲透等)可連續(xù)性的移出產(chǎn)物減小抑制：維持高細胞濃度利于發(fā)酵膜清洗和殺菌較為困難液膜萃取(乳狀液膜、支撐液膜、中空纖維液膜)可實現(xiàn)固定化；大比表面積及高選擇性表面活性劑乳狀液膜操作復雜，滲透溶脹影響大：支撐液膜穩(wěn)定性不足：中空纖維液膜對料液要求較高，易于形成乳濁液萃取發(fā)酵能耗低、選擇性高、分離效率高：工業(yè)化技術成熟萃取劑與發(fā)酵菌對環(huán)境的pH值要求不同：萃取劑的毒性吸附發(fā)酸(離子交換、活性炭等)分離效果好，工藝技術研究較多易受污染需再生過程：交換效率易受進料條件影響；交換廢液需處理同時糖化發(fā)酵(SSF)糖化發(fā)酵過程同時進行，減少工藝步驟，利于降低成本需要尋找合適的糖化酶和發(fā)酵菌種；工藝控制要求高發(fā)酵法的各種技術各具特點，近年來，不少研究者嘗試多種技術耦合以實現(xiàn)取長補短也取得了一些有益的進展?？梢灶A見，多種技術的耦合、簡化生產(chǎn)過程將是發(fā)酵法乳酸生產(chǎn)技術研究的重要方向。 乳酸的提取和精制技術乳酸的提取精制是將粗產(chǎn)品制取成品乳酸的重要步驟，在傳統(tǒng)乳酸發(fā)酵法生產(chǎn)工藝中，提取精制過程耗費的費用為整個乳酸生產(chǎn)成本的一半以上。傳統(tǒng)乳酸生產(chǎn)采用鈣鹽法提取乳酸，一般通過在發(fā)酵過程中加入鈣中和劑生成含乳酸鈣的發(fā)酵液，經(jīng)過反復結(jié)晶、洗晶后加入硫酸酸解提取乳酸，并通過反復的吸附脫色等步驟精制得到產(chǎn)品。乳酸提取的新工藝技術有：乳酸鋅結(jié)晶工藝，采用此工藝，粗制品收率可由70%提高到80%以上，總體收率由40%~50%提高到60%~65%，溶劑萃取法提取乳酸，它具有操作簡便，對設備腐蝕性小，可連續(xù)自動化操作等優(yōu)點，離子交換法提取乳酸，該工藝簡單，乳酸回收率高，產(chǎn)品質(zhì)量高，電滲析法提取乳酸等。2 生產(chǎn)工藝乳酸生產(chǎn)工藝流程為：原料（輔料）—→調(diào)漿—→液化—→發(fā)酵罐—→預熱罐—→板框過濾—→沉降罐—→板框過濾—→濃縮—→酸解—→板框過濾—→濃縮—→脫色—→離子交換—→脫色—→濃縮—→成品 發(fā)酵工藝 發(fā)酵工藝流程及特點 工藝流程：原料（大米和麩皮）—→調(diào)漿—→蒸煮糊化—→定溶—→糖化發(fā)酵（同時進行） 特點： 采用大米為原料，將糖化酶與乳酸菌同時接入糊化醪中，糖化與發(fā)酵是同時進行的， 其優(yōu)點是不需要提取淀粉或者先行加糖，減少設備投資。由于乳酸發(fā)酵溫度（50℃）接近糖化酶最適合作用溫度（5560℃），適合二者同時進行。根據(jù)工業(yè)經(jīng)驗該工藝雜菌污染極少，這是因為乳酸有一定的殺菌功能，即使發(fā)酵容器敞開，也不必擔心雜菌污染。 發(fā)酵工藝條件 原料： 以大米為主要原料（大米粒徑），麩皮為輔助原料；大米：麩皮=4：1；加水比例為1：4，按淀粉計加入5～10u/g耐高溫淀粉酶。 菌種：采用德氏乳桿菌（Lactobacillus delbrueckii）為菌種。 （1）分類：屬真菌目，乳桿菌科，乳桿菌屬，細胞呈桿狀，～。單個或短鏈，革蘭氏陽性，不運動。能利用麥芽糖，蔗糖，葡萄糖，果糖，半乳糖、糊精等，發(fā)酵產(chǎn)生D乳酸，少數(shù)菌種產(chǎn)生DL乳酸，在不加中和劑的情況下，最高生成乳酸濃度可達16g/L，最適合生長溫度為45℃，在50℃時仍能旺盛生長、產(chǎn)酸，最高能耐55℃。在瓊脂平板培養(yǎng)基上菌落扁平，呈鋸齒形；明膠平板培養(yǎng)基上菌落呈灰色，環(huán)狀；在瓊脂斜面培養(yǎng)基上呈半透明、灰色條紋。 （2）菌種的擴大培養(yǎng)：乳酸發(fā)酵生產(chǎn)必須采用純種培養(yǎng)，并且接種量相當大，一般為5%～10%，因此生產(chǎn)中需要采用菌種的擴大培養(yǎng)操作，其步驟如下：試管原種—→10mL試管—→200mL三角瓶—→13L三角瓶—→200300L種子罐—→20003000L種子罐。因德氏乳桿菌為厭氧或者兼性好氧菌，應采用斜面凍結(jié)保存或冷凍干燥保存，使用時先進行活化，將保存的原種轉(zhuǎn)接到10ml 5176。Bx麥芽汁的試管中，然后在45176。C下培養(yǎng)24h，可適當轉(zhuǎn)接多次，再經(jīng)過一級種子活化，二級種子活化，最后即可使用。 （3）德式乳桿菌接種物成熟指標：，細胞密度71010～81010個/mL，細胞大小為（7～8）um（～）um，鏡檢可見到2～4個細胞排列成鏈，細胞原生質(zhì)均勻，無大異染顆粒。不得檢出形狀和大小與德式乳桿菌有明顯差別的雜菌。 （4）種子罐培養(yǎng)：接種量：10%；；；周期3040小時。種子培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基皆不必滅菌，接入到三角瓶中培養(yǎng)，開動攪拌，在50℃左右培養(yǎng)3040小時。 （5）大罐發(fā)酵條件：a淀粉酶用量：100單位/天，敞口發(fā)酵；周期：約為70小時；發(fā)酵結(jié)束指標：乳酸鈣含量：%左右；。 發(fā)酵工藝操作要點及注意事項 原料處理 大米需要粉碎（粒徑）。 調(diào)漿池 將大米：麩皮=4：1進行投料，開動攪拌，加水比為1：4。 調(diào)漿池中攪拌均勻后進入糊化鍋，通蒸汽，（表壓），約2030min即糊化醪要求；糊化結(jié)束后，降下鍋的壓力，放出多余的蒸汽，夾套中通冷卻水，使糊化醪降至60℃以下，放到發(fā)酵罐中。 （1） 配料：種子培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基相同，皆不必滅菌，接種量10%，將種子培養(yǎng)基投入種子罐中，開動攪拌，在50℃左右培養(yǎng)24小時。 （2） 放罐：，鏡檢合格，菌絲生長良好，接入蒸煮罐內(nèi)，進入擴大培養(yǎng)，因發(fā)酵罐體積過大，濃度不易控制。 發(fā)酵罐 （1）配料：發(fā)酵罐中先放一定量的冷水，可利用糊化罐進冷卻水，水溫5055℃，放入原料，加水定容，發(fā)酵培養(yǎng)基濃度約100g/L，往罐中通入壓縮空氣，使料液翻勻，溫度5052℃時加糖化酶，每克大米120單位，接種量10%翻勻，進行發(fā)酵。 （2）發(fā)酵控制：乳酸菌不能耐高酸度，發(fā)酵過程中pH≥4，發(fā)酵開始后約6小時，開始加CaCO3進行中和。CaCO3天家總量為大米總量的3/4，考慮發(fā)酵罐填充系數(shù)等因數(shù)，CaCO3分批添加，每次加入總量的1/6，每8小時加一次，分6次加完。每加一次都要通過壓縮空氣攪拌，發(fā)酵過程維持料溫度50177。1℃，每隔2小時測試一次。 （3）發(fā)酵后期管理：當測試殘?zhí)墙抵?g/L以下時，表明發(fā)酵結(jié)束，總發(fā)酵時間約70小時，往罐中添加石灰以中和過量乳酸，使料液pH升至11～12，再加堿時要通氣翻拌均勻，待石灰溶解后停止通氣，使菌體雜質(zhì)沉淀下來，用泵抽出液相，送入板框過濾機，沉渣濾出，用少量沖洗發(fā)酵罐，沉渣與洗滌水一般置于另一容器中沉淀。這種上清夜與上述濾液一并集中在處理池中升溫至85℃，加入1～2g/L MgCl2溶液及適量的石灰乳，用壓縮空氣攪拌，此時可見大量絮狀物出現(xiàn)，澄清后進行提取工序。 （4）放罐：發(fā)酵結(jié)束時，%左右，可放罐，先將罐溫升到70℃，壓入貯罐或板框，壓完后關閉進空氣閥，排出罐口空氣，打開人孔蓋，用水洗罐，再蓋上人孔蓋，排出洗水。 （5）發(fā)酵液處理應注意問題：乳酸發(fā)酵通常在過剩的CaCO3存在的情況下進行，生成5個水的水合型乳酸鈣，由于雜質(zhì)存在，發(fā)酵近結(jié)束時，發(fā)酵醪有一種粘性。在初糖濃度較高時，如不注意就會有五水乳酸鈣針狀晶體析出，晶體空隙也含水分，從而使整個發(fā)酵醪固體化，給后面操作帶來麻煩。因此在乳酸菌活動減弱，料液濃度開始下降時要及時升溫至90100℃。攪勻后靜置46小時，使菌體懸浮物下沉，為避免乳酸鈣結(jié)晶析出，澄清過程保溫55℃，將上清液放出，沉淀單獨處理。 提取精制工藝 提取工藝流程及特點： 發(fā)酵液—→預熱罐—→壓料罐—→板框過濾—→沉降罐—→板框過濾—→濃縮—→酸解—→板框過濾—→濃縮—→脫色—→離子交換—→脫色—→濃縮—→成品： 發(fā)酵結(jié)束后，升溫至80℃以上，加石灰調(diào)節(jié)pH至10左右，放入沉降罐使菌體雜質(zhì)沉淀下來，過濾后進行雙效蒸發(fā)，再在酸解罐中的硫酸中酸解。過濾除石灰渣，這時酸濃度達到78176。Be蒸發(fā)濃縮至11176。Be后，進行第一次脫色，經(jīng)板框過濾后，先通過732陽離子交換柱。再通過701陰離子交換柱，除去所含雜質(zhì)離子，再次蒸發(fā)濃縮，同時加活性炭脫色處理，經(jīng)過濾后得乳酸清夜，放入計量罐，桶裝成品。 提取工藝條件 預熱、沉降罐不能超過其容積的80%，煮沸5min，沉降罐料溫調(diào)至pH=12以上，溫度達8590℃。MgCl2加量不超過2%。 壓料罐進料不得超過其容積的80%，壓力不超過40atm，濾渣含鈣量不得超過2%。 。，放料濃度不得低于20%，～ Ca2+ 和 進行定性控制草酸鈣板框濾渣含酸不得超過2%。粉末活性炭加量根據(jù)料液顏色控制510%，脫色12小時，%的草酸氨及5%的BaCl2檢測酸解液，兩者均清亮或均渾濁，則知酸解完畢。 。溫度控制在70℃條件下蒸發(fā)，脫色罐進料不得超過其真空容積的72%。脫色時間不低于24小時，成品脫色活性炭加量不得超過1%。 提取工藝操作要點及注意事項 發(fā)酵液放罐后，泵入預熱罐進行加熱（以50℃至80℃以上）攪拌，加石灰調(diào)pH值至10，以防止五水乳酸鈣針狀晶體析出，同時防止整個發(fā)酵醪固體化，給后續(xù)操作帶來麻煩。（KZ2號046號） ，設計溫度140℃，外形尺寸17802700， ，工作介質(zhì)為空氣。 配套設備：飛燕牌空氣壓縮機。 型號： 型式：單級風冷移動式 排氣量： 軸功率： 額定壓力： 轉(zhuǎn)速：1200r/min 外形尺寸：154551092 總重量：239kg 預熱液由空氣壓縮機從壓料罐壓入第一次板框進行過濾。 第一次板框過濾： 壓縮機先通入熱水或蒸汽預熱至7080℃。否則熱料遇冷板框會析出乳酸鈣晶體而造成損失，也給過濾造成困難。鋪好濾布，壓緊板框，過熱的料液先自流，形成一層濾層后再慢慢加物料，帶濾液析出量逐漸減少，不能再進料。通熱水沖洗濾渣。濾液會集在清夜罐中，趁熱送到沉降罐中澄清，操作前特別襖注意：檢查板框與濾布有無破損漏夜，否則易導致走料或逃液事故。 沉降 調(diào)pH=12以上加熱至90℃，并加2%MgCl2，使菌體及雜質(zhì)沉淀下來。 操作同第3布，此次過濾除去蛋白質(zhì)、氨基酸等雜質(zhì)，可大大降低雜質(zhì)含量。 經(jīng)雙效蒸發(fā)后，乳酸鈣濃度可達26%，注意進料前，應檢查各閥門是否關閉，以保證正常操作。 酸解 酸解時要控制溫度不高于70℃，即防止碳化，有防止對色度影響，在酸解鍋內(nèi)加入稀硫酸溶液并開始攪拌，并且保證溫度T≤70℃，以每分鐘13L速度加入30176。Be硫酸，達到終點后，乳酸濃度達到40%時穩(wěn)定下來，用玻璃棒蘸取酸解液定性檢測，（草酸pH=～）%，酸解