湿性，光学性不活泼，即使在极冷条件下也不凝固，相对 密度1.4392(20℃/40℃)，熔点18℃，沸点122℃ (±5mmHg )，有防止腐败发酵的作用，不侵犯健全的组 织，但对病变组织敏感。
第三章乳酸发酵工艺学
第二节 乳酸及乳酸衍生物的应用
n 乳酸是世界公认的三大有机酸之一，自从1780年Scheele发 现乳酸以来，乳酸的生产及应用技术得到大规模的提高。 L-乳酸、L-乳酸盐及其聚合物广泛应用于食品、医药、农 业、化学工业等领域。此外，以L乳酸聚合的聚乳酸(PLA)， 凭借其可生物降解，生物相容等特性，越来越受到广泛的 研究和关注。
第三章乳酸发酵工艺学
2020/12/6
第三章乳酸发酵工艺学
第一节 乳酸的理化性质
一、乳酸的命名与分子结构
n 乳酸因存在于酸牛奶中而得名，它广泛存在于人 体、动物、植物和微生物中，其产、消量仅次于 柠檬酸。
n 乳酸，英文名为(Lactic acid)，学名为-羟基丙酸
(-hydrxy-propionic acid)，结构式为CH3CHOHCOOH， 相对分子质量为90.08，是一种天然存在的有机酸。
q 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。
q 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。
q 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。
q 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。
q 乳酸丁酯：是高沸点溶剂，对非溶剂和稀释剂有极高的允许限度，可用 做硝酸纤维素和碱性颜料的溶剂。用在印刷油墨和喷漆中，可使涂料具 有良好的流动性和外观质量。还可作为食用香精用于乳制品、干酪、奶 油中。
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n 乳酸聚合物：近年来用L-乳酸生产生物降解材料聚乳酸已实现 了商业化生产，其物理性能与聚苯乙烯非常相似，它除了具有 以石油化学品为原料的塑料材料的优异特性外，还有最大的特 点足生物可降解性，即在自然界中可自然降解，不造成环境污 染，解决了为世界环保所困扰的“白色污染”问题，将大量用 于农用地膜，预计其需求量会迅速增加。另外聚乳酸用作不用 拆线的外科缝合线，作药物、酶和生物制品的微型包囊可缓慢 释放药物，囊材不起排异反应，经一段时间代谢后，能逐步降 解排除。它也用于杀虫剂胶囊、人工管等方面。
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第三节 乳酸发展简史与生产方法
一、乳酸工业发展简史
1、世界乳酸及乳酸钙工业发展简史 n 1780年，Scheele(席勒)从酸乳中提炼出制得乳酸 n 1857年，Pasteur(巴斯德)发现使乳变酸的乳酸菌 n 1878年，李斯特成功分离出乳酸细菌，命名为乳杆菌，即乳链球菌。 n 1841年，Boutron和Fremy采用自然发酵生产乳酸 n 1881年，Charles E. Avery公司采用纯种发酵工业化生产乳酸 n 1894年，Eijkman发现了鲁氏毛霉能产少量乳酸 n 1896年，leichman分离获得50度下发酵的优良乳酸菌—德氏乳杆菌 n 1936年，采用华根霉生产D-乳酸 n 1982年，采用固定化技术生产乳酸
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一、乳酸的用途
1、食品工业 （食品工业用含量为50%）
n 由于L-乳酸对人体无毒副作用，且易吸收，可直接参与体内代谢，因 此被广泛的应用于酸味剂、防腐剂(代替苯甲酸钠)、pH调节剂和食品 强化剂。乳酸可解除疲劳、松弛肌肉。
n 饮料、果汁、奶制品中用作酸味剂； n 调味品如酱油、醋、咸菜中用作防腐保鲜和调味剂，使酸味自然； n 蛋糕、面包、肉制品、果冻、奶酪、果酱、冰淇淋、腌制品等食品中
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n 21、944国年重内庆乳振酸元化及学乳药酸品厂钙采工用德业氏发乳展杆菌简发史酵生产
乳酸 n 1985—1992年，采用“双酶法”处理原料，大型发酵
罐生产乳酸 n 1991年，开始研究用米根霉发酵生产乳酸 n 1991年，用固定化技术
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二、生产方法
n 主要有发酵法和合成法两种。
q 最早使用的是发酵法，该法以大米、玉米、薯干、 糖蜜等为原料，经蒸煮、糖化、乳酸菌发酵等系列 工序制得乳酸。
q 用化学合成法可以大规模连续地生产乳酸，合成乳 酸在美国已得到食品药物管理局(FDA)的认可。
第三章乳酸发酵工艺学
n 发1、酵法发分酵为法传统发酵法和连续发酵法。
q 传统发酵法控制发酵温度一般在40～50℃，pH值在6.0 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；
n 由于乳酸含有一个羟基和一个羧基，因此可以参与多种反应， 如氧化反应、还原反应、酯化反应、缩合反应等，其中由L乳酸充分脱水可缩聚成聚L-乳酸。另外，加热乳酸使其自动 酯化，可形成乳交酯。
第三章乳酸发酵工艺学
n 乳酸市售品无论是发酵法或合成法的制品均为外消旋体。 n 外消旋体为无色糖浆状液体或晶体，无臭、有酸味，有吸
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表 产生乳酸的细菌属
属别
形态 发酵形式 用途
链球菌属 双球 链球 同型 乳制品 调味品
足球菌属 四联状 同型
Байду номын сангаас
明串株菌属 双球 链球 异型 食品发酵
乳杆菌属 杆状 同型或异型 乳酸 乳制品
双歧杆菌属 杆状 异型
乳制品
第三章乳酸发酵工艺学
q 国内外乳酸生产菌种主要是德氏乳杆菌，德氏乳杆菌生产 的乳酸主要为DL型，在一定的温度、pH值下进行厌氧批 式发酵。武汉大学生物工程研究中心易吉萍等人利用德氏 乳杆菌发酵大米，64 h后乳酸生成量达8.7748%。江南大 学生物工程学院庞钦、章克昌等人通过厌氧分离技术，接 入酒糟驯化后，分离得到产乳酸的嗜酸乳杆菌。分别以玉 米酒糟和瓜干酒糟为基质进行乳酸发酵，最终乳酸产量为 0.97% 和1.46%。
q 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， q 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。
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3、化妆品工业
n 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。
H
q
CH3-C-COOH
OH
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n 由于分子内含有一个不对称碳源子，因此具有旋光异构现 象。乳酸按其旋光性可分为D(-)-乳酸、L(+)-乳酸和DL-乳 酸三种。
n 由于人体只能代谢利用其中的L(+)-乳酸，因此世界卫生组 织(WHO)明确规定，成人每天摄入D(-)-乳酸的量不得超过 100 mg/kg体重，对于三个月以下的婴儿食品中不应加入 D(-)-乳酸，而对于L(+)-乳酸则不加限制。
第三章乳酸发酵工艺学
二、乳酸的性质
n L-乳酸是一种有机强酸，能与水、酒精和乙醚以任意比互溶。 60%以上浓度的乳酸具有很强的吸湿性。
n 乳酸通常为无色或微黄色粘稠状液体，在67～133Pa的真空 条件下反复分馏，可以得到纯品的乳酸结晶。纯净的无水乳 酸是白色的晶体，熔点为16.8℃，沸点为122℃(2kPa)，相对 密度为1.24g。
原料。 n 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。
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二、乳酸盐、乳酸衍生物及聚合物用途
n 乳酸是一种羟基羧酸，分子上有一个羟基和一个羧基，因此，能 进行反应，生成一系列的乳酸盐、乳酸酯、乳酸酰胺等乳酸衍生 物及其聚合物。
q 乳酸钙：L-乳酸钙广泛用于食品及医药工业，是一种良好的钙 源，用于治疗骨质疏松、手足抽搐、抽筋、低血钙、过敏、痉 挛和镁中毒等病症。用于面包、奶粉、酱菜等做钙营养剂。还 可作为稳定剂、缓冲剂、面团调节剂改善风味和口感，提高诸 如糖果、糕点等食品和饮料的质量。增强水果和蔬菜的抗氧化 性，防止褪色。加于饲料中能控制饲料中菌的改变，牛羊可提 高产奶量，提高家禽蛋壳硬度减少破碎。
q 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。
n 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。
第三章乳酸发酵工艺学
n (1) 细菌发酵法 q 用于乳酸生产的菌属主要有乳杆菌属(Lactobacillus)、链球菌属 (Streptoccoccus)、芽孢杆菌属(Bacillus)。 q 乳杆菌属的菌种有干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)、嗜热乳杆菌 (Lactobacterium thermophilum)、唾液乳杆菌(Lactobacillus salivarius)、 清酒乳杆菌(Lactobacillus sake)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、 德氏乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii)、嗜淀粉乳杆菌(Lactobacillus amylophilus)、植物乳杆菌(Lactobacillus P1antarurn)等。 q 链球菌属有嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、乳脂链球菌 (Streptococcus cremoris)、唾液链球菌(Streptococcus salivarius)等。 q 芽孢杆菌属主要是凝结芽孢杆菌(Bacillus coagu1ans)。
第三章乳酸发酵工艺学
q 乳酸乙酯：广泛用作食品、香料和饲料工业的香味剂和增效剂，也用做 硝化纤维及乙酸纤维溶剂，人造珍珠类的高级溶剂，作压制药片的润滑 剂。