乳酸的應(yīng)用

乳酸作為一種常見(jiàn)的工業(yè)產(chǎn)品, 已廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中。首先食品還含豐富的L-乳酸菌, 能夠起到維持人體胃腸道健康、調(diào)節(jié)生理機(jī)能的作用。L-乳酸本身還可用作調(diào)味劑和防腐劑。

L-乳酸在醫(yī)藥行業(yè)和化妝品行業(yè)中也具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。L-乳酸具有很強(qiáng)的殺菌作用, 其殺菌能力是檸檬酸、酒石酸和琥珀酸的好幾倍; 

L-乳酸鹽, 如L-乳酸鈣、L-乳酸鐵、L-乳酸鈉都易于被人體吸收, 是補(bǔ)充礦物元素的良好藥品;

 聚L-乳酸可被用作可降解手術(shù)縫合線、注射用膠囊等。

同時(shí), L-乳酸還具有很強(qiáng)的保濕抗皺作用, 可用于護(hù)膚品行業(yè)。

乳酸還是化工行業(yè)最重要的平臺(tái)化合物之一, 可以代替輕質(zhì)油氣通過(guò)脫羧、脫水、還原等過(guò)程得到乙醛、丙烯酸、丙酸等化學(xué)品。

聚L-乳酸具有良好的初期機(jī)械性能, 可生物降解, 熔點(diǎn)約170 ℃, 是一種很好的聚乙烯、聚氯乙烯等塑料材料的替代品, 是人類在保護(hù)環(huán)境、消除白色污染道路上的重要發(fā)展方向。

目前乳酸的生產(chǎn)工藝：

由于當(dāng)前對(duì)使用傳統(tǒng)石化工藝的成本和環(huán)境影響的擔(dān)憂，人們對(duì)發(fā)現(xiàn)新的環(huán)境友好型化學(xué)品來(lái)源越來(lái)越感興趣。于是對(duì)于乳酸提取工藝的研究也逐漸被重視， 研究證明一種基于生物質(zhì)的技術(shù)，通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的生物技術(shù)工藝，該工藝應(yīng)該具有多種優(yōu)勢(shì)：底物成本低、生產(chǎn)溫度低和能耗低。

但從發(fā)酵液中分離和純化乳酸的有效方法也非常重要，因?yàn)檫@些步驟可能高達(dá)總成本的 50% , 并且仍然難以以高成本回收。因?yàn)榕c水的高親和力、高溫分解及復(fù)雜且能源密集的回收技術(shù)。目前從發(fā)酵液中回收乳酸的方法有相當(dāng)多，如鈣鹽法、酯化蒸餾法、溶劑萃取法、膜電滲析法、分子精餾法等，都有科研人員對(duì)此進(jìn)行了研究。

鈣鹽法總體可分為預(yù)處理、結(jié)晶、洗滌、酸化、再結(jié)晶5步。該方法工藝簡(jiǎn)單且成熟, 其中, 鈣離子對(duì)L-乳酸發(fā)酵具有促進(jìn)作用。然而, 該方法對(duì)活性炭的需求量較大,  對(duì)糖類物質(zhì)的分離程度也不高。 有報(bào)道提出可聯(lián)合活性炭與大孔吸附樹(shù)脂對(duì)L-乳酸鈣溶液進(jìn)行脫糖脫色, 并通過(guò)2次降溫的方式結(jié)晶L-乳酸鈣。該方法可將結(jié)晶率提升至80%, 且L-乳酸的純度達(dá)到97.2%。

乳酸或L-乳酸鈣在有催化劑存在的條件下, 易與低級(jí)醇(甲醇、乙醇等)形成酯, 這些酯的沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于L-乳酸, 因此, 很容易通過(guò)減壓蒸餾分離。鈣鹽法存在L-乳酸產(chǎn)品純度不高的問(wèn)題, 而通過(guò)酯化蒸餾法可以有效地分離L-乳酸和糖類物質(zhì), 提升產(chǎn)品的純度。因此, 工業(yè)上往往將鈣鹽法所得的L-乳酸產(chǎn)品通過(guò)酯化蒸餾做進(jìn)一步的提純。該工藝得率可達(dá)97%, 而且成品純度較高, 可達(dá)藥用級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外現(xiàn)已普遍采用此工藝。但由于甲醇是一種有毒、易燃、易爆的溶劑, 且過(guò)程受酯化反應(yīng)平衡制約。

通過(guò)萃取法分離L-乳酸能耗較低, 可以實(shí)現(xiàn)發(fā)酵與分離的同步進(jìn)行, 降低L-乳酸對(duì)微生物的抑制作用。然而, 目前研究報(bào)道中的萃取劑通常成本較高, 且具有毒性, 故此方法仍處于研究階段。

采用單滲析膜(陽(yáng)離子交換膜), 使用L-乳酸鈉與硫酸同時(shí)進(jìn)料的方式實(shí)現(xiàn)了離子交換與電滲析的同步進(jìn)行, 過(guò)程中不損耗L-乳酸。電滲析法可以有效地分離L-乳酸與糖類物質(zhì), 但無(wú)法實(shí)現(xiàn)L-乳酸與其他有機(jī)酸的分離, 且膜污染和通量衰減同樣成為該技術(shù)在L-乳酸提取中應(yīng)用的限制因素。

分子精餾法于20世紀(jì)90年代被提出并得到研究。它指的是物質(zhì)在加熱層通過(guò)加熱揮發(fā), 以氣態(tài)形式傳遞至冷凝層經(jīng)液化實(shí)現(xiàn)分離。分子精餾過(guò)程中由于加熱層與冷凝層的距離短于蒸汽分子的平均自由程, 因此, 分子精餾過(guò)程不存在揮發(fā)物質(zhì)凝聚重新回到加熱層的情況, 精餾過(guò)程也不受氣液平衡的限制。

分子精餾過(guò)程加熱溫度低, 不需要達(dá)到物質(zhì)沸點(diǎn), 十分適合于熱敏感性物質(zhì)的分離和提純。現(xiàn)有的分子精餾法分離L-乳酸的研究中，已有研究證明在高真空低溫度的條件下，從合成乳酸中提純?nèi)樗岬墓に嚳尚行?，但?duì)于發(fā)酵原液，由于發(fā)酵液是一種比合成混合物更復(fù)雜的混合物，并且存在殘留糖和其他有機(jī)酸，因此原料的制備和分析以及分離過(guò)程的性能都需要重新研究摸索。

此種提取工藝方法，為了保持高真空，需要同時(shí)使用機(jī)械力泵和擴(kuò)散泵，這與節(jié)能有直接沖突。下游的每一個(gè)額外步驟都意味著總運(yùn)營(yíng)成本的增加。所以選擇分子蒸餾提純?nèi)樗岬墓に嚕€有待進(jìn)一步摸索與驗(yàn)證中，是目前比較熱門(mén)的一個(gè)研究方向。