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L—乳酸的研究进展及其运用远景
本站 工夫:2013-04-20 浏览:次 admin

 

乳酸(Lactic Acid)是一种主要的多用途有机酸之一,普遍存在于人体、动植物和微生物体中。按其构型及旋光性可分为L一乳酸,D一乳酸、DL一乳酸三类。因为人体只具有代谢L一乳酸的L一乳酸脱氢酶,因而只要L一乳酸能被人体完整代谢应用。而D-乳酸和DL一乳酸过量摄入则有可能引发代谢杂乱以至致使中毒。因而,从康健角度去思索,世界卫生组织明白划定,成人天天摄入D一乳酸的量不得凌驾100mkg体重,关于三个月以下的婴儿食物中不应到场D一乳酸,而关于L一乳酸则不加限定.
1,L一乳酸的性子
乳酸(Lactic Acid)学名为2一经基丙酸(2Hydroxy Propaneic Acid ),分子式为C3 H6 03,结构式为CH3 CHOHCOOH,相对份子质量为90.08。因为其份子内含有一个不对称碳原子,因而具有旋光性,L一乳酸为右旋,当L一乳酸和D一乳酸等比例混淆时,即成为外消旋的DL一乳酸。L一乳酸能取火完整相容,但不结晶。60%以上浓度的乳酸具有很强的吸湿性。纯洁的无水乳酸是红色结晶体,熔点为16. 8`C,沸点为122`C (2kPa) ,相对密度为1.240 L一乳酸份子内含有羟基和羧基.因而有主动醋化才能,脱水能聚合成散L一乳酸。一样平常产业用L一乳酸含量为50%- 80%,食物及医药工业用L一乳酸的含量为80%90% L一乳酸及L一乳酸盐正在食物、医药、农业、化工等范畴有普遍的运用。另外,L一乳酸另有正在鼎力大举开辟的应用领域,即消费散L一乳酸。散L一乳酸作为无毒,可降解的生物相容性下份子质料,可用来制造生物可降解塑料、绿色包装材料和药用修复质料等,以处理日趋严峻的"白色污染"题目,引发了天下的普遍存眷,运用远景异常辽阔,具有较好的社会效益和经济效益。跟着L一乳酸用处愈来愈普遍,市场的需求量也愈来愈大。国内外皆曾经睁开了对其消费的深切研讨,并与得了可喜的结果。
2 L一乳酸消费要领
 L一乳酸的工业化消费重要有化学合成法、酶法和微生物发酵法。外洋三种要领皆有报导,我国多接纳发酵法为主。
2. 1、化学合成法:化学合成法消费乳酸可经由过程多种路子,个中具有现实意义的是乳睛法。该法以乙醛和氢氛酸为质料,正在常压下液相反应发生粗乳睛。粗乳睛经由过程蒸馏提纯后,到场浓盐酸或浓硫酸水解天生乳酸,粗乳酸可采用醋化法进一步纯化美国的斯特林化学公司和日本的武藏野化学公司均接纳化学合成法。
22、酶法
2.2.1、抓丙酸酶法转化:日本东京大学的本崎等研讨了用酶法催化分解乳酸.离别从恶臭甲单饱菌和假单饱菌的细胞中提取纯化了L2一卤代酸脱卤酶和DL-2一卤代酸脱卤酶,做用于底物DL, --2一氯丙酸,造得L一乳酸或D一乳酸L -2一卤代酸脱卤酶催化L2一卤代酸联卤;DL2一卤代酸脱卤酶既可催化L-2一卤代酸脱卤,又可催化D-2一卤代酸脱卤,正在催化是可发作构型改变。
222、丙酮酸酶法转化 Hummel等人从D一乳酸脱氢酶生机最高的杂乱乳杆菌DSM0196菌体中获得D一乳酸脱氢酶,以无旋光性的丙酮酸为底物获得D一乳酸.23微生物发酵法微生物发酵法接纳玉米、小麦等淀粉为质料,经由淀粉酶和糖化酶将淀粉被糖化,再有微生物发酵将糖转化为I一乳酸。差别的乳酸菌所露的酶系差别,代谢路子及构成的终究产品也不同。从代谢产品而言,乳酸菌对糖的发酵能够分为同型乳酸发酵和异型乳酸发酵两类。细菌发酵为厌氧或微好氧,细菌的同型发酵一样平常是经由过程糖酵解路子,异型发酵有6一磷酸葡糖酸路子和单邪路径两种根霉发酵属好氧异型发酵,但其路子取细菌异型发酵差别,是经由过程糖酵解路子,发酵发生乳酸。一样平常同型发酵所发生的终究代谢产品是乳酸,副产物很少,转化率下,一样平常8O%以上,而异型发酵所发生的终究产品是乳酸中,另有乙醇、乙酸、二氧化碳等,副产物较多,转化率低,一样平常50% ;
3、乳酸消费要领的对照
化学合成法因为所用的质料是乙醛和剧毒物资氢氰酸,因此合成法消费乳酸大大遭到限定,另外其生产成本也较高。酶法消费乳酸固然能够专一性旋光乳酸,但工艺对照庞大,应用到产业上借有待于进一步研讨。微生物发酵法消费乳酸,可经由过程菌种选育和造就前提的挑选而获得具有专一性的L一乳酸,D一乳酸或DL一乳酸,完整能够知足散乳酸的消费需求。微生物发酵法消费乳酸果其质料泉源普遍,生产成本也较低,产物光学纯度高和安齐可靠性好等长处而成为目前国内外生产乳酸的主要要领之一。
4、国内外L一乳酸发酵研究进展
 微生物发酵法是现在国内外乳酸生产技术的重要要领,固然乳酸的生产技术日趋前进,但乳酸的生产成本仍需进一步低落,因而列国皆正在从育种选育、发酵工艺及星散手艺等方面想法革新、开辟新的要领。现便有关那方面在国内外最新进展做一扼要综述。
4.1、乳酸消费菌种:从各文献报导来看,产L一乳酸的菌种许多,但产酸能力强,具有消费代价的现在重要是霉菌中的根霉菌属及细菌中的乳杆菌属( Lactobacillus ) ,链球菌属(Streptococcus),及芽袍杆菌属(Bacillus)等。表1列出了一些重要的产L一乳酸的微生物菌株。根霉菌属(Rhizopus) 黑根霉(Rhizopus nigricans) 小麦曲根霉( Rhizopus frifici ) 华根霉( Rhizopus chinensis) 番薯根霉(Rhizopus patato)米根霉( Rhizopus oryzae ) 结节根霉( Rhizopus nodosus) 日本根霉(Rhizopus japonicus) 少根根霉( Rhizopus arrhizus ) 艳丽根霉(Rhizopus elegens)乳杆菌属(Lactobacillus ) 干酷乳杆菌(Lactobacillus casei) 嗜热乳杆菌(Lactobacillus thermophilum ) 清酒乳杆(Lactobacillus sake) 嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus) 嗜淀粉乳杆菌(Lactobacillus amylophilus) 唾液乳杆菌(Lactobacillus salivarias) 动物乳杆菌( Lactobacillus plantarum ) 戊糖乳杆菌( lactobacillus pentosus) 木糖乳杆菌( Lactobacillus bifidus)链球菌属(Streptococcus) 嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus) 乳脂链球菌(Streptococcus cremoris) 唾液链球菌(Streptococcus salivarius)芽袍杆菌属(Bacillus ) 凝聚芽袍杆菌(Bacillus soagulans ) 嗜热脂肪芽袍杆菌(Bacillus stearathemophilus)
4.1.1、根霉发酵米根霉是根霉菌属中L一乳酸发酵的代表性菌种,异型发酵,国内外关于米根霉的选育事情做了大量的报导。Yu等对米根霉间接发酵农产品消费L一乳酸停止了研讨,以碳酸钙为中和剂,每公斤粗淀粉质料可天生350g以上的L一乳酸.并申请了美国专利。江苏省微生物研究所曹本昌等人选育出了一株产L一乳酸的根霉菌株JSM1 -R73,并对该菌株的机能及产酸前提停止了研讨,用500 L的发酵罐停止了扩大实行。当葡萄糖浓度为10%时产酸70g/L;13%时产酸101g/L以上,该菌能够玉米粉作为培养基,当玉米粉浓度为12%时产酸70g/L以上;20%时产酸105g/L,个中L一乳酸的纯度正在88%以上,最高可到达99 %。山西省微生物研究所蒋明珠等[6]人从56种根霉菌株中挑选出10种产乳酸较下的菌株,个中根霉R- 47L一乳酸最高,产酸稳固,正在摇瓶造就条件下,初始葡萄糖浓度为15%,3,48h,L一产乳酸达118. 4g/L,对糖的转化率达78. 9%。福州大学杨虹应用淀粉一酸性培养基富集造就,并联合高锰酸钾一溴化钾平板检出要领从泥土挑选生产乳酸81L的根霉R-2菌株,以其为动身菌株经紫外线诱变,从琥拍酸平板上得到R291,以葡萄糖为碳源的状况下产酸103g/L,对糖的转化率为68. 9%。中科院等离子研究所古绍彬以葡萄糖为碳源对PW352菌株特性停止了研讨,并在此基础上接纳离子束诱变法对米根霉PW352停止了改进,得到高产L-乳酸菌株RE3303,产酸才能达131136g/L,最高可达140g/L,糖的转化率为86% -90%,产酸比PW352进步75 %。天津产业微生物研究所杨子培等人用米根霉TL - 527_y菌株以玉米淀粉深层发酵消费L一乳酸,正在3m3发酵罐中,当玉米淀粉浓度为130g/L时,均匀产酸量94. 1g/L,对糖的转化率为79. 55 %,个中L一乳酸的纯度含量可达98 %以上,该研讨具有较下的产业运用代价
4. 1. 2、细菌乳酸发酵正在乳酸发酵工艺上除可采用根霉消费L一乳酸中,现在国内外皆睁开了对细菌发酵消费L一乳酸的研讨。缘由在于细菌厌氧发酵可大规模低落能耗,削减乳酸的生产成本,补充根霉发酵L一乳酸所存在的缺点和缺乏. Zhang等人研讨了食淀粉乳杆菌NR-RL B4542间接从淀粉发酵消费L一乳酸的前提,淀粉的肇端浓度为120g/L,从液化淀粉动身,可正在20h消费出浓度为96.2g/L的乳酸。Elujanen等对干酪乳杆菌NRRL B- 441L一乳酸停止优化,正在葡萄糖浓度为I60g/L时,乳酸浓度最高可到达118. 6g/L,他们接纳便宜的大麦芽提取物加少许酵母膏(4g/L)庖代零丁运用酵母膏(22g/L),较大的节约了生产成本。乐晓洁等人应用紫外线诱变要领,对动身菌株于酪乳杆菌YBQ1I停止诱变处置惩罚,挑选得到了一株正向突变株YBQH2 -14,L一乳酸产量到达93g/L,对糖的转化率到达77. 5 %。比动身菌株产酸进步48.5%。徐子钧等以代谢调空发酵理论依据,应用紫外线,亚硝基肌,DES等理化因子对乳酸菌停止复合诱变,再用下浓乳酸钙平板、纯乳酸平板、珑拍酸平板挑选获得一株高产L一乳酸的正向突变株M7,均匀发酵产量为90g/L,比本菌株产量进步30%G,对糖的转化率为88. 9%。刘勇军等接纳新的物理诱变源一N‘离子注入,对动身菌株乳酸细菌LB 1停止诱变改进,得到一株L一乳酸产量比动身菌株下2倍的突变株LB11.郑艳等以初筛获得的一株干酪乳杆菌鼠李糖亚种突变株R2为动身菌株,经紫外线、硫酸二乙醋,复合诱变处置惩罚,挑选生产乳酸较下的突变株ZY, L一乳酸产量达9. 57 g/200 ml ,L一乳酸含量达93.9% ,糖的转化率达96.3 %近来几年来芽袍杆菌发酵消费乳酸遭到人们的存眷。Danner等接纳嗜热脂肪芽袍杆菌菌株FA6IFA9,以葡萄糖为碳源,分批培养发酵消费L一乳酸,糖的转化率离别为84. 0%98.7 % o Poyat等报导:挑选获得能正在52发展的一株凝聚芽抱杆菌TBO4,能正在造就墓不灭菌的条件下发酵消费乳酸,经发酵前提的优化,乳酸的终究浓度为55g/L,糖的转化率为92%。路祸同等宣布了芽袍乳酸菌凝聚芽袍杆菌TQ33挑选及产酸前提的研讨效果,其最适发展温度4550,厌氧条件下,以葡萄糖为碳源发酵L一乳酸,72h产酸量最高到达67. 8g/L,个中L一乳酸含量占96%以上。跟着DNA重组手艺的生长,正在乳酸菌的选育中应用该手艺构建乳酸菌株也不乏实例。Dong等报导了基因工程菌F-. coliRRl的构建研讨效果。从干酪乳杆菌中提取的L一乳酸脱氢酶被转入到短少D一乳酸脱氢酶和磷酸转乙酸酶的受体菌株中,这个从新整合的菌体只发生L一乳酸,而不发生D一乳酸o Hakki&Akkaya等报导了米根霉的基因工程菌构建的研讨效果。作者接纳乳酸乳球菌的乳酸脱氢酶基因的DNA序列设想了引物,接纳反转录一聚合酶链式反应(RT - PCR)扩增了米根霉乳酸脱氢酶基因的片断,编码靠近为72 %,以此为根蒂根基停止米根霉基因工程菌消费乳酸的开辟研讨。
5 L一乳酸发酵生产工艺乳酸发酵历程中因为络续天生产品(乳酸)而使发酵液的酸度逐步上升,致使刘菌体发展和乳酸构成发生抑止感化,为此不能不到场碳酸钙等中和剂停止中和,这不仅增添星散提取的难题,并且影响产品质量,而且形成了严峻的净化。为了进步乳酸产率,革新星散历程,近年来盘绕乳酸消费的各个单位历程睁开了很多研讨,上面引见几种有代表性的乳酸发酵新工艺。
5. 1、连续发酵应用保持肯定基质浓度的恒化器和连结肯定细胞浓度的恒浊器能够停止乳酸的连续发酵aBawmane,化学有限公司接纳连续发酵乳酸的工艺。正在2L连续发酵装配上,天天置换1. 5倍体积培养液,一连操纵了64天。林建同等对转盘反应器流动化米根霉的L一乳酸发酵停止了研讨。效果注解:此要领停止乳酸发酵具有发酵速度快,得率下和既能用于连续发酵又能用于间歇发酵等长处。澳门太阳赌城2007
5. 2、细胞流动化发酵应用流动化乳酸菌能够进步细胞浓度和产率。正在流动化细胞颗粒或生物颗粒中,细胞被限定正在特定的载体中而保存了较下的生物活性产酸效力更高。Day等将干酪乳杆菌的一个亚种停止细胞流动化,发酵糖蜜消费乳酸,也获得较好的结果。孙彦等接纳聚氨醋泡沫法流动化米根霉发酵消费L-乳酸,速度比游离菌体进步了3倍。流动化要领简单易行所造得的细胞稳定性强,轻易扩大消费。
5. 3、细胞轮回发酵发酵历程中跟着乳酸的络续发生,发酵液的pH逐渐低落,使乳酸菌的发展和产酸量遭到抑止。为了进步乳酸产率需求连结下细胞浓度并实时从发酵液中移走抑止性产品(乳酸)。细胞轮回发酵,是应用肯定装配让成熟的发酵液流向后处置惩罚单位的同时,使菌体返回生物反应器内继承运用,并合时扫除朽迈的细胞,也称原位星散(ISPR)手艺。往年去开辟了一系列ISPR新技术。以下是IS-PR手艺几种重要要领。
5. 3. 1溶荆萃取发酵溶剂萃取发酵是正在发酵历程中应用有机溶剂一连移走发酵产品以消弭产品抑止的耦合发酵手艺。它具有节省能源,溶剂选择性高档长处。Chen等运用微孔中空纤维膜( MFH)溶剂萃取法,一连原位萃取乳酸。发酵菌种用德氏乳杆菌NRRL B445,乳酸发酵质料用纤维素等,硫酸水解预处理。加纤维素酶同时糖化萃取发酵(SSEF),这类工艺现实是两个工艺的组合:发酵液的SSF和流经MHF的萃取工艺。文献报导,应用双液相萃取法停止乳酸发酵,将聚乙二醇( PEG )水溶液和经基醚纤维素(HEC)水溶液到场发酵液中使乳酸和菌体星散,HEC对细胞的发展无影响。该工艺取间歇发酵比拟,乳酸产量进步15%倾倾百老汇
     5. 3. 2 电渗析发酵电渗析发酵(EDF)的道理是用电场使离子选择性经由过程交流膜,以削减产品抑止。电渗析发酵不消中和剂便能够掌握pH,借能够简化产物提取工艺。但因为乳酸菌常附着到阴离子膜上,使电渗析效力下落。因而,乳酸对膜的吸附EDF的限定身分。细胞流动化手艺能够处理这个问题。
5. 3. 3吸附发酵用恰当的载体选择性吸附乳酸,能够削减产品抑止,常用的吸附剂有活性炭、离子交换树脂等。用流动化细胞发酵乳酸,将活性炭到场到柱型流化床生物反应器中,能够掌握发酵液的pH。海内也展开了乳酸吸附发酵研讨。国产树脂D354具有吸附容量大、选择性好的特性,其星散结果取PYP树脂雷同。Moldes等将SSF手艺取离子交换树脂吸附发酵液中乳酸相祸合,体系运作20h,乳酸产率达1. 18g(L *h)
5. 3. 4膜法发酵膜法发酵使发酵和星散历程相祸合,细胞轮回运用,乳酸从发酵罐中一连移走,使发酵历程的细胞浓度连结较下的程度。细胞轮回能够运用不同类型的膜,如渗析(依托散布排阻少、微滤和超滤(靠份子排阻)1141Danner等设想了超滤膜生物反应器(MR )耦联一单极电渗析箱(ED),组成MBR - ED单位操作系统,对能应用乙糖和戊糖的嗜热脂肪芽袍杆菌BS119停止连续发酵消费乳酸的研讨。效果MBRED单位操作系统使乳酸浓度到达115g/L。正在运转1052h后并未测出有微生物的净化。文献报导了,用细胞再循环反应器停止一连的膜星散,构成的乳酸被一连扫除,使培养基中的乳酸质量分数连结正在12%。根基处理了产品抑止的题目。总之,ISPR手艺战胜了传统发酵工艺中的产品抑止、生产成本下和碳酸钙对环境污染等瑕玷,是以后乳酸发酵产业的发展方向,值得深切研讨。
6 L一乳酸的运用远景 正在食品行业中的运用
因为L一乳酸对人体无毒无副作用,并且易吸取,可间接到场体内代谢,酸性温和且稳固,有助于食物的风味,因而L一乳酸及其衍生物,作为酸味剂、乳化剂、杀菌剂、保鲜剂,pH调节剂、啤酒、糕点等普遍的应用于食品工业。
6. 1、医药行业的运用 L一乳酸可间接设置成药物或制成乳酸盐运用,因为乳酸对人和畜有害,并且有很强的杀菌感化,因此,乳酸可间接用作室表里情况、饮食、手术室、病房、实验室、车间等场合的消毒剂。L一乳酸、L一乳酸钠取葡萄糖、氨墓酸等复合设置成输液,可治疗酸中毒及高钾血症L一乳酸亚铁、L一乳酸钙,L一乳酸锌是增补金属元素的优越药品。由散乳酸制成的手术缝合线、生物植片等正在临床上都被普遍运用。
6.2、正在轻工、化工行业的运用可作为纺织品的助染料剂,正在电子、航空和航天及半导体产业中作为邃密金属清洁剂。正在化妆品和清洁卫生用品方面,可作为润泽津润剂、皮肤增白剂、保湿剂抗菌剂、乳化剂延伸产物的保质期等感化。正在皮革产业中可用40%乳酸撤除蹂皮中石灰,进步皮革质量。正在卷烟产业中,可用乳酸撤除烟草中量,消灭辛辣味,改进口胃,进步烟草层次。
6. 3、正在农业上的运用由发酵得到的阻乳酸氨溶液,可间接作为青贮料添加剂,应用于农业饲料。别的L一乳酸借能够作为动物发展生机剂,水产J生菌剂等应用于农、渔业上,具有非常诱人的开辟远景。
6. 4、可生物降解质料散乳酸生物工程质料散L一乳酸是以L-乳酸为质料分解的高分子材料,无毒,具有优越的生物相溶性,可生物降解吸取,强度下,可塑性加工成型。它易被自然界中的种种微生物或动植物体内的酶剖析替代,终究构成二氧化碳和火,不污染环境,因此被以为是最有前途的可生物降解高分子材料。
6.4. 1、可生物降解塑料为处理塑料废弃物对情况形成净化题目,可生物降解塑料曾经正在很多国度最先研讨取运用。散乳酸塑料可用作消费农用薄膜、食物包装袋、保鲜膜、餐盒、塑料容器等。另外散乳酸无望正在不久的未来替代PVC , PP等种种弗成降解的塑料,以消弭"白色污染"所形成的情况危急。
6. 4. 2、可生物降解医用质料人类对医用高分子材料的需求日趋增大,特别是用于人体内的高分子材料要求较下,需具有优越的物理化学机能,还要供取人体构造有优越的相溶性,有相称的机器强度及耐久性,可禁受种种消毒处置惩罚及优越的加工机能,无毒副作用等。散乳酸质料具有了如许的前提,因而正在开辟应用于生物医学范畴如手术缝合线、骨科流动、构造修复质料、医用外衣、个人卫生用品及药物掌握开释系统等。云顶集团4008网址
7、进一步开辟发起综上所述,L一乳酸家当是现在国内外研讨的热门课题,乳酸的发酵工艺已根基过关,乳酸的提取手艺也有所打破。但存在的重要问题是:发酵产酸率低,生产成本偏高;星散、提取装备落伍,产品质量不稳定。总体上乳酸生产技术取外洋有肯定的差异。那一定程度上障碍了我国乳酸行业的生长。因而,发起以后应从以下方面借进一步深切研讨。 (1)运用新技术选育高产菌株:菌种是发酵产业的命根,一个优秀的消费菌株是进步产物产量、质量和经济效益的保障。因而,一方面应当继承停止野生型乳酸消费菌株的挑选开辟事情;另一方面应当将传统的诱变育种手艺和分子生物学育种手艺有用的相结合,定向选育消费L一乳酸的优秀消费菌株。同时,鼎力大举展开和开辟基因工程菌的构建,并正在规模化消费中运用。 (2)优化发酵工艺,低落生产成本:停止培养基的优化挑选研讨,应用含糖废物便宜的质料,竖立高效、本钱低的L一乳酸发酵工艺和提取要领,低落生产成本。 (3)革新发酵装备和提取工艺:正在乳酸发酵消费中,下流提取工艺的本钱占很大的比率,因而强化下流加工历程及装备的研讨开辟。设想新型发酵装备,有用的综合利用先辈的原位星散手艺、集成份子蒸馏和膜星散手艺改进星散工艺,低落产物提取本钱,进步效益。
 
 
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