1 绪论

作为被世界使用最广泛的有机酸之一的乳酸，它在医药、食品等轻化工领域应用甚多，环保领域尤为突出。目前在所有的工业化生产乳酸方法中，我国主要采用的方法是微生物发酵法，还对米根霉深层发酵产L-乳酸的研究工作，在生产、转化率、发酵周期等方面达到了国际水平，并建成了千吨以上规模的L-乳酸生产数十家。但目前乳酸的普及应用人有较大的瓶颈，尤其是在乳酸提取精制方面，乳酸的提取精制占到了乳酸生产成本的一半以上，因此，以最低成本提取最优质的乳酸新技术是目前亟待解决的问题，近年来，很多国家在研究提取乳酸方面提出了新的方法，主要有：乳酸锌提取技术，离子交换法提取技术，电渗析发提取技术等。在设计乳酸提取车间工厂时根据生产工艺极其产能的实际情况，选用合适的生产设备和最优的生产工艺，对工厂进行合理布局，在达到生产要求的基础上降低生产成本，从而实现效益的最大化。

1.1 乳酸的概况

1.1.1 乳酸的理化性质

乳酸分子中有一个不对称硫原子，因此有旋光性。L-乳酸为左旋性，D-乳酸为右旋性.分子量90.08。结构式表示如下：

HOOHH3CHHH3COHOOHO D(-)-乳酸 L(+)-乳酸 图1 乳酸的结构式

表1 乳酸的理化性质

构型

熔点/℃

比旋光度[α]D

L D LD

25-26 25-26 18

20

解离常 数（25℃） 1.37×10 1.37×10 1.37×10

-4-4-4

熔化热/

（KJ/mol） 16.87 16.87 11.35

﹢3.3° ﹣3.3° 0

乳酸与水的互溶性很强，非常不容易从水中结晶出来。但是当浓溶液达到60%以上时，就会具有很强的吸湿性。基于此原理，商品乳酸几乎都是60%的溶液。其中食品级乳酸含量为80%以上，药典级多为85%-90%。通过在67-133Pa的真空环境下反复进行分馏，便可获得纯品乳酸结晶。

1.1.2 乳酸的工业生产

乳酸是一种广泛存在于自然界的羟基羧酸。1881年Avery在美国马萨诸塞州进行乳酸生产性试验获得成功，1895年德国的Ingelhein建立了第一家乳酸生产工厂，此技术随后传至欧洲其他国家。1963年美国Monsanto公司在美国德克萨斯建立了第一家乳酸化学合成工厂，便出现了化学合成法生产乳酸。

世界每年生产乳酸超过20万吨，实际消耗量超过15万吨。我国2004年乳酸产量约4.5万吨左右，2005年达到10万吨，成为世界上第一的乳酸生产大国。我国主要采用传统的微生物发酵法生产，产品有DL-乳酸，L-乳酸。我国比较大的乳酸生产厂家主要有安徽丰原格拉特乳酸有限公司，河南金丹乳酸有限公司，湖北广水民族化工有限公司等。

1.1.3 乳酸的用途及功能

乳酸及其盐类和衍生物在医疗、农业和许多工业部门都有广泛的用途。乳酸不仅对人畜无害，而且有杀菌作用，可以用作手术室、病房、实验室、车间等场所的喷雾杀菌。由于其酸性稳定，因此被广泛用在食品工业中作为酸味剂和防腐剂以保存食品的味道。还可用于蔬菜和鱼肉的加工和保存。在卷烟工业中，它用于提高烟草的品质，保持烟草湿度。由于乳酸可以通过将钙转化成可溶性钙盐，让皮革变得柔软不粗糙，所以乳酸常被用于制革工业脱石灰，从而制造出高级的皮革，使触感柔柔软。发酵工业上调节发酵液酸度也常用乳酸。

乳酸盐、乳酸衍生物和聚合物的种类不下几千种，其用途之广是难以细述的。

乳酸钠、乳酸铁、乳酸铜、乳酸钙可以补充金属元素，以弥补某些东西金属元素的不足。乳酸铵则可以作为反刍动物饲料的添加剂，从而把非蛋白氮转化为蛋白质供人类食用。乳酸乙酯是名酒香味的主要成分之一。乳酸丁酯能使硝酸纤维素、虫胶、色素等溶解。世界上约有1/4的乳酸用来生产硬脂酰乳脂酸。它的钙盐，硬脂酰乳脂酸钙(CSL)，可以和面包团中的谷蛋白结合，因而被用作面团的改良剂。它也可以与面粉中的淀粉作用，是面包质地柔软。硬脂酰乳脂酸钠（SSL）具有类似的作用，另外他们还可以作为乳化剂。两者都可以延长面包的保存期。

用聚乳酸制作而成的生物塑料可以用于制作手术缝合线，它能将伤口愈合，并分解被人体吸收，无需拆线。甚至有人推测可以用它来作生物植片，已修复骨折或其他机体损伤。

1.1.4 乳酸的质量检验与储存

通过乳酸的用途和需求不同的划分，它包括食品添加剂级、药典级和工业级三种，食品添加剂标和药典级的标准是乳酸必须是由糖质或淀粉原料通过微生物发酵制成，检验乳酸质量首先要观察其外观，要求为无色或者黄色、澄清、粘性液体。然后还要检验以下指标：1、Fe2+含量2、 含量 3、易碳化物4 乳酸含量、5 Cl-含量、6 砷含量、7 重金属（以Pb计）含量、8 Ca2+含量、9 灼烧含量。乳酸制作成乳酸钙一定要符合药品卫生标准的规定，即每克乳酸钙中含有的细菌数量不能够超过1000个，霉菌数量不能够超过100个，并且不含有大肠杆菌。 乳酸制品的存储主要是运输环节和销售环节，在这两个环节下必须保证乳酸制品处于冷藏的环境，否则乳酸中的活性菌在很短的时间里面会大量死亡，更有甚者会因为它的变质而造成危害。因此重视乳酸的储存有极其重大的意义。

1.2 乳酸的发酵方法

制造乳酸的原料国外常用玉米淀粉糖、糖蜜或乳清，而国内常用大米或薯干作为碳源。

乳酸发酵原料包括葡萄糖、玉米淀粉、马铃薯淀粉、菊芋，使用淀粉类原料时需先用酸或酶水解。

保加利亚乳酸菌、干酪乳杆菌能同化乳糖，这些菌种能以乳清作为原料生产乳酸。但乳清含有大量的盐类杂质，会影响乳酸的提取。

糖蜜是乳酸发酵的重要原料之一。但糖蜜原料杂质多，发酵乳酸需要用溶剂

抽提，才能制备出纯净的乳酸。如果先用活性炭处理糖蜜或用其他方法纯化糖蜜则能减轻产品提取阶段的负荷。纤维素经纤维素酶水解后也可作为乳酸发酵原料。

除培养基碳源、氮源、PH等条件显著影响乳酸发酵外，许多化学因子能促进或抑制乳酸发酵。近年来还发现咖啡因、NaF、还原型谷胱甘肽对乳酸发酵有促进作用，而樟脑使乳杆菌细胞体积增加，但抑制产酸。

乳杆菌虽是一种微好氧菌，但乳酸的生物合成过程不需供氧，不需要连续搅拌与通气。乳酸发酵罐一般配有搅拌或通气装置作用间隙搅拌或通气，防止CaCO3沉淀。乳酸发酵过程中产生的CO2也有一定的搅拌作用。

乳酸发酵事宜的PH值为5.5~6.0，在PH<5时发酵被抑制。为此预先在培养基中加入灭过菌的CaCO3，或在发酵过程中间加CaCO3或NaOH中和。