乳酸发酵车间工艺设计

乳酸发酵车间工艺设计内容摘要：

助溶剂、药物制剂、 pH 调节剂等。 可直接制成药或制成盐类，用作含漱剂、涂布剂、膀胱注入剂等，还可内服用于肠内消毒。 它能溶解蛋白质和角质，对病变组织的腐蚀作用特别敏感，可用于治疗喉头结核、白喉、狼疮等病。 利用乳酸亲水性的特点与难溶性药物结合，可增加药物的吸收量，防止副作用产生。 乳酸除了可以直接用作消毒剂外，还可以制成乳酸钠，配成输液，治疗酸中毒及高钾血症。 L(+)乳酸钙、 L(+)乳酸亚铁、 L(+)乳酸锌都是补充金属元素的良好药品， 此外由聚乳酸制成的手术缝合线、生物植片等在临床上都被广泛应用。 ⑶、化妆品工业 在化妆品中其用量也逐渐增大。 乳酸本身含有天然润肤成分，刺激皮肤细胞再生效果明显，在皮肤、头发的护理中起到保湿滋润，替代甘油作保湿剂，调节酸碱性、抗微生物等作用，对皮肤无刺激性，兼有剥离性能、抗菌性能和增白性能，对改善皮肤组织结构，消除皱纹、色斑，治疗皮肤干燥、痤 疮等有显著疗效。 ⑷、香料和香精、皮革、卷烟工业 乳酸乙酯是重要的食用香料，用来配制酒和食用香精，在盛产清香型酒国家，乳酸用量很大。 制革工业用它来除去柔皮中的石灰和钙质，使皮革柔软光滑。 用乳酸比其它酸脱灰质量好，因此高级皮革都用乳酸脱灰。 一般皮革用的乳酸含量为 40%，对乳酸的质量要求低，深色和带臭味的均可使用。 课程设计 7 卷烟生产中用乳酸调节烟草味道，清除苦辣味且防霉变，并利用乳酸的引湿性保持水分，增加烟丝的柔软性，降低尼古丁含量。 也常用乳酸处理低档烟草来提高档级。 ⑸、化学工业 在化学领域中，由于 L(+)乳酸是 生物可降解塑料 —— 聚乳酸的原料而备受关注。 聚乳酸有望在不久的将来代替 PVC、 PP 等各种不可降解的塑料，以消除“白色污染”所造成的环境危机。 此外聚乳酸还具有良好的机械性能、透明性、透气性等而被大量应用于农业、制造业等领域。 ⑹、其他行业 纺织业中乳酸用于 pH 值调整，是良好的媒染剂； 农药中用作除草剂的原料； 因其具有清洁除垢等作用，用于洗涤清洁产品； 在涂料墨水工业中用作 pH 调节剂和合成剂； L乳酸在塑料纤维工业中是可降解新型材料聚乳酸 PLA 的原料。 在饲料中 L乳酸用于调节动物肠道的 pH，促进饲料的消 化吸收，可提高牛羊的产奶量。 聚乳酸（ PLA） ： 在人体内降解成 L乳酸；在自然界中，可在微生物作用下，最终变成 C02 和水，有利于环保。 聚乳酸具有与聚苯乙烯相似的光泽度和加工性能，还具有优良的生物相容性和生物分解吸收功能，因此广泛用于生产生物降解塑料、绿色包装材料 (例如购物袋、保鲜膜、餐盒、桌布、餐巾 )、农用薄膜、抗癌药物、缓释胶囊制剂、手术缝合线等。 聚乳酸纤维强度高，延伸度较大，可用分散染料常压染色，制成的织物光泽柔和亮丽，抗皱防缩性能好，有吸湿排汗和抗紫外线功能，是近年来研究开发的纺织服装新材料。 由 于人和动物体内只有代谢 L乳酸的酶，因此若过量摄入 D乳酸或 DL乳酸，会导致 D乳酸在血液中积聚，引起疲劳、代谢紊乱甚至酸中毒。 因此，世界卫生组织规定人体每天摄入的 D乳酸量不能超过 100mg／ kg体重，且禁止在 3 个月以下婴儿食品中添加 D乳酸或 DL乳酸，而对 L乳酸则不加限制。 于是近年来 L乳酸的研究与开发引起了人们的广泛兴趣。 特别是在当今重视环保的绿色浪潮中，用 L乳酸生产的聚乳酸，具有良好的加工性能和可生物降解性，是理想的生态循环使用的新型高分子材料，用于生产生物降解塑料和纤维制品，具有广阔的市场 日前景。 乳酸的生产方法 ⑴发酵法 发酵法分为 传统发酵法 和 连续发酵法。 传统发酵法控制发酵温度一般在 40～ 50℃， pH 值在 左右，用碱式钙化物中和，用硫酸酸解乳酸钙为游离乳酸，再经提纯得乳酸产品； 连续法为美国加利福尼亚大学开发成功的，特点是菌体循环，产率高，但该技术尚未经大规模生产装置的考验，菌体寿命也还有限。 发酵法生产乳酸是以淀粉、葡萄糖等糖类原料经微生物发酵而得来，按照发酵微生物的种类可分为 细菌发酵 和 根霉发酵。 ⑵合成法 工业上化学合成乳酸的方法是乙醛氢氰酸法 (也叫 乳腈法或醛、酮和 HCN 加成法 )和丙酸法。 ① 乙醛法 课程设计 8 该法是以乙醛、氢氰酸和乙醇 (或甲醇 )为原料。 由于原料价格低廉，因此国外合成乳酸主要采用此法。 该法为乙醛和氢氰酸加成、乳腈水解得粗乳酸，粗乳酸与乙醇酯化生成乳酸酯，乳酸酯再水解生成稀乳酸及稀乳酸浓缩等工序。 ②丙酸法 以丙酸为原料，经氯化得 2氯丙酸，再与氢氧化钠反应得粗乳酸，再经酯化、精镏、水解得产品，该法原料价格较贵，仅日本大赛路公司等少数厂家采用。 ⑶酶法生产 L乳酸 ①氯丙酸酶法转化 日本东京大学的木畸等人研究了用酶法生产乳酸，他分别从恶臭假 单孢菌和假单孢菌 113细胞中纯化出 L2卤代酸脱卤酶 (简称为 L酶 )和 DL2卤代酸脱卤酶 (简称为 DL酶 )，使之作用于底物 DL2氯丙酸，就可得到 L乳酸或 D乳酸。 ②丙酮酸酶法转化 Hummel等从 D乳酸脱氢酶活力最高的乳杆菌 DSM20196 菌体中得到 D乳酸脱氢酶，然后以无旋光性的丙酮酸为底物得到 D乳酸。 乳酸生产方法的比较 化学合成法由于所用的原料是乙醛和剧毒物质氢氰酸，因而合成法生产乳酸大大受到限制，其生产成本也较高。 酶法生产乳酸虽然可以专一性得到旋光乳酸，但工艺 比较复杂，应用到工业上还有待于进一步研究。 微生物发酵法生产乳酸，可通过菌种和培养条件的选择而得到具有专一性的 D乳酸、L乳酸或是 DL乳酸。 乳酸菌发酵温度高，产酸率相对较高，对糖利用率高，且发酵时不需通氧气，但其营养要求复杂，且无菌操作严格，给实际生产带来操作不便。 根霉营养要求简单，菌丝体比细菌大，易于分离，有利于制得高质量的乳酸产品。 尤其是根霉属发酵可得到光学纯度很高的 L(+)乳酸，这对进一步生产乳酸聚合物极为重要，而乳酸菌发酵乳酸常因消旋作用而得到 DL乳酸。 课程设计 9 国内外生产情况 ⑴国内 ： 我国乳酸目前都为发酵法生产，乳酸及其衍生物的年产量在 2 万 t 左右，大部分是 DL乳酸及其衍生物， L乳酸及其衍生物产量少，乳酸钙的年产量在 7 000 t 左右。 全国乳酸厂已达 70 多家，现有生产能力大约 2 万 t/a。 90%的产品是 DL乳酸，由于精制技术落后，产品质量不高，特别是产品的颜色无法达到国外客户的要求，因此出口难度大，价格也比较低。 近年来，我国 L乳酸生产已开发出具有国际水平的“嗜热乳酸杆菌”技术，使每吨 L乳酸的淀粉消耗降低到 t 左右，远远低于 DL乳酸的消耗水平 (约 t)，同时在 L乳酸的精制方面采用了先进的“短程蒸馏”技术，如果将这几项先进技术整合实施，实现工业化大规模生产，可使我国 L乳酸工业生产达到国际先进水平。 ⑵美国： 美国有 2 个乳酸生产厂，它们是美国最大的发酵生产商 ADM 公司和荷兰 PURAC 与美国Cargill 公司的合营公司，生产能力分别为 万 t/a 和 万 t/a，产品全部为 L乳酸。 1998年 Cargill 公司建成 7 300 t/a 聚乳酸。