乳酸教学讲解课件

*COOHHOHCH31第二章乳酸*COO1乳酸是一种天然有机酸，是三大有机酸之一。

1881年，美国科学家首先将酸乳中提取的乳酸菌用于大规模的乳酸发酵生产，至今已有一百多年乳酸是一种多用途的精细化学品，可广泛用于食品、制药、纺织、制革、环保和农业中。其产品主要表现形式为酸味剂、调味剂、防腐剂、鞣制剂、植物生长调节剂、生物可降解材料和手性药物等乳酸未工业化生产之前由干酪、酸奶、酱油、酵母、肉、酱菜、葡萄酒等食品的自然发酵形成，动物和人体在日常的行走、奔跑的活动中也会产生大量的天然乳酸

2乳酸是一种天然有机酸，是三大有机酸之一。

1881年，美国科2世界乳酸年产能力约为20-25万吨，需求量70万约吨，预计2010全球L-乳酸需求量500万吨，其中食品工业约占60％，其他主要用于医药工业和制造乳酸衍生物我国目前年生产能力约6～7万吨，产品纯度较低，生产成本较高。3世界乳酸年产能力约为20-25万吨，需求量70万约吨，预计23当今国外最先进的生产工艺是由玉米等谷类为碳源，采用细菌发酵法生产L－乳酸。而国内大都还采用米根霉发酵法，用淀粉为碳源，用CaCO3等中和剂控制发酵液的pH值，然后用H2SO4中和，产生大量硫酸钙沉淀，使工艺繁复，并带入大量杂质和染菌，使产品纯度下降米根霉发酵是好氧发酵，能耗高，转化率仅80％4当今国外最先进的生产工艺是由玉米等谷类为碳源，采用细菌发酵法4许多国家为解决“白色污染”问题，开发出由L－乳酸聚合得到的聚乳酸利用分子量不同的聚乳酸可以制作不同的材料，如分子量在1.5×104～5.0×104，用做胶粘剂或缓释药物；5.0×104～10×104，可以制膜；12×104～22×104，适用于纺织纤维；用作骨固定材料，则分子量需在50万以上所制作的材料具有良好的生物相容性和可生物降解性，分解的中间产物乳酸对人体无害，因此在美国、日本和欧洲等国引起极为广泛兴趣，并已较大规模地投产与投放市场。5许多国家为解决“白色污染”问题，开发出由L－乳酸聚合得到的聚5第一节乳酸的性质乳酸分子中有一个不对称C原子，有旋光性乳酸分子内有-OH、-COOH，故有自动酯化能力密度1.1848kg/L(80%W/W)与水完全互溶，较难结晶析出,商品乳酸通常为60%溶液。。6COOHOHHCH3COOHHOHCH3L（+）乳酸D（-）乳酸第一节乳酸的性质乳酸分子中有一个不对称C原子，有旋光性66乳酸钙在水中的溶解度较大，对发酵和提取工艺有决定作用在20℃时溶解度大于7%，50℃时溶解度大于20%。与各种钙剂的溶解性相比，25℃时各种钙剂的溶解性：L-乳酸钙1345；DL-乳酸钙702；碳酸钙0.56；葡萄糖酸钙670；柠檬酸钙20；活性钙（氢氧化钙）65；氨基酸钙224。可见L-乳酸钙溶解出的钙离子是最大的。7功能作用：由于具有呈中性、易溶解、口感好、易吸收等优点，乳酸钙是一种良好的钙源。

食品中的应用：在食品中，除了促进生长发育等营养功能外，乳酸钙还可作为稳定剂、缓冲剂、面团调节剂改善风味和口感，提高诸如糖果、糕点、奶粉、酸奶等食品和饮料的质量。乳酸钙还可增强抗氧化性，防止水果和蔬菜的褪色等。

医药应用：在医药中，乳酸钙可保持骨骼密度和强度，减少毛细血管的通透性，保持正常的神经肌肉的兴奋性，加强大脑皮层抑制过程。乳酸钙主要用于治疗骨质疏松症、手足抽搐、抽筋、低血钙、过敏症、痉挛和镁中毒等病症。

农业饲料应用：饲料中，乳酸钙用于控制饲料中内菌的改变，喂养牛羊可提高产奶量。添加于家禽饲料可使蛋壳硬度加大，破碎减少。

乳酸钙在水中的溶解度较大，对发酵和提取工艺有决定作用在20℃7第二节乳酸发酵机理乳酸发酵8同型发酵异型发酵发酵类型是同型或异型，决定于1、菌种特性2、与发酵条件关系密切第二节乳酸发酵机理乳酸发酵8同型发酵发酵类型是同型或异型，89A、同型乳酸发酵：发酵产物只有乳酸的一种发酵。产能途径为EMP途径。B、异型乳酸发酵：发酵产物除乳酸外还又一些乙醇、乙酸和CO2。产能途径为HMP或PK、HK途径。9A、同型乳酸发酵：发酵产物只有乳酸的一种发酵。9A、同型乳酸发酵：进行乳酸发酵的主要是细菌。

它们利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸还原产生乳酸。发酵产物中主要为乳酸的称为同型乳酸发酵，如乳链球菌（Streptococcuslactics）、乳酪链球菌（Streptococcuscremoris）、干酪乳杆菌（lactobacilluscasei）、保加利亚乳杆菌（Lac.bulgaricus）等。A、同型乳酸发酵：进行乳酸发酵的主要是细菌。10

C6H12O6＋2ADP2CH3CHOHCOOH＋2ATP同型乳酸发酵的特点：1mol的G产生2mol乳酸，理论转化率是100%。另外有很少量的乙醇、乙酸和二氧化碳等。C6H12O6＋2ADP2CH311B、异型乳酸发酵1、6-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径）2、双歧途径（磷酸酮糖途径）3、米根霉乳酸发酵机理

发酵产物中除乳酸外同时还有比例较高的乙酸、乙醇、二氧化碳等，称为异型乳酸发酵。其生物合成途径有两种。B、异型乳酸发酵1、6-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径）212

1.6-磷酸葡萄糖酸途径：葡萄糖经6-磷酸葡萄糖生成5-磷酸核酮糖，再经差向异构作用生成5-磷酸木酮糖；后者经磷酸解酮酶催化，分解为3-磷酸甘油醛和乙酰磷酸。乙酰磷酸经磷酸转乙酰酶作用变为乙酰CoA，再经乙醛脱氢酶作用生成乙醇。而3-磷酸甘油醛经EMP途径生成丙酮酸。后者经乳酸脱氢酶催化还原为乳酸。如下图所示。1.6-磷酸葡萄糖酸途径：136-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径）总反应式为：此过程1mol己糖生成1mol乙醇、lmol二氧化碳和1mol乳酸。乳酸对糖转化率50％。另外有比例较高的乙醇、乙酸和二氧化碳等。C6H12O6+ADP+PiCH3CHOHCHOH+CH3COOH+CO2+ATP肠膜明串珠菌（Leuconostocmesenteroides）及葡聚糖明串珠菌（Leuconostoc

dextranicum）通过该途径进行异型乳酸发酵。6-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径）总反应式为：此过程1m142.Bifidus途径（双歧途径）：双歧杆菌（Bifidobacteriumbifidum)进行的乳酸发酵也是一条磷酸解酮酶途径。该途径的特点是：①有两个磷酸酮解酶参与；②在没有氧化作用和脱氢作用下，2分子G分解为3分子乙酸和2分子3-磷酸甘油醛。接着，在3-磷酸甘油醛脱氢酶和乳酸脱氢酶的参与下，3-磷酸甘油醛转化为乳酸，转化率为50%。2.Bifidus途径（双歧途径）：15双歧途径（磷酸酮糖途径）发酵总应式为：2C6H12O62CH3CHOHCOOH+3CH3COOH此发酵过程中，2mol的葡萄糖生成2mol乳酸和3mol的乙酸，乳酸转化率理论为50%。双歧发酵是双歧杆菌发酵葡萄糖的一条途径。经HK途径—磷酸己糖解酮酶途径。双歧途径（磷酸酮糖途径）发酵总应式为：2C6H12O6163米根霉乳酸发酵机理

GLU：葡萄糖，PYR：丙酮酸，LAC：乳酸，MAL：苹果酸，FUM：富马酸，Ac-COA：乙酸辅酶A，TCA：三羧酸循环，EMP：糖酵解途径，a：乳酸脱氢酶，b：丙酮酸脱氢酶、乙醇脱氢酶，c：丙酮酸脱氢酶，d：丙酮酸激酶目前普遍认为，在米根霉的糖分解代谢过程中，主要包括EMP途径和TCA途径，并没有磷酸戊糖途径。在米根霉细胞内，存在两个独立调控的丙酮酸库：(1)基质丙酮酸库，丙酮酸可以进入乙醇、乳酸、草酰乙酸、苹果酸和富马酸合成途径；(2)线粒体丙酮酸库，丙酮酸进入TCA循环。随着外界条件的扰动，米根霉的代谢机制也发生着变化，如当葡萄糖浓度增大时，EMP途径和进入乳酸合成途径的通量都相应增大。3米根霉乳酸发酵机理GLU：葡萄糖，PYR：丙酮酸，LA17糖代谢主要有以下几种反应：(1)正常呼吸：C6Hl2O6+6O26H2O

+6CO2(2)同化作用：干菌体量的95%来自碳水化合物。

(3)富马酸发酵：C6Hl2O6+3O2C4H4O4+2CO2+4H2O(4)酒精发酵：C6H12O62C2H5OH+2CO2(5)L-酸发酵：C6Hl2O62C3H6O3若抑制(1)、(3)、(4)反应，乳酸得率就可以提高。根霉对糖转化率理论为75%。糖代谢主要有以下几种反应：(1)正常呼吸：18

微生物的代谢途径一般都不是单一的，因此，不论同型乳酸发酵还是异型乳酸发酵，实际代谢产物都不象代谢途径中那样单纯，所以，两类乳酸发酵的代谢产物没有不可逾越的界限。在微生物的分类研究中，通常把发酵1mol葡萄糖产生的乳酸少于1.8mol，同时还产生较多的乙醇、CO2或乙酸、甘油、甘露醇等产物的乳酸菌称为异型乳酸菌。同型乳酸菌发酵的微生物已经用来发酵产生乳酸。异型乳酸发酵的微生物，例如双歧杆菌，已经用于发酵生产活菌饮料，并越来越受重视。微生物的代谢途径一般都不是单一的，因此，不论同型1920思考题：试比较乳酸发酵机制的异同点。20思考题：2021212122第三节乳酸发酵微生物22第三节乳酸发酵微生物22一、乳酸菌的特性√细菌√米根霉√赖氏乳酸杆菌乳酸菌的分离23一、乳酸菌的特性2323德氏乳酸杆菌细胞杆状单个或短链革兰氏阳性不运动能利用糖类发酵生成D-和L-乳酸24最适宜生长温度45℃乳杆菌属的鼠李糖乳杆菌(Lactobacillusrhamnosus),以前称为德氏乳杆菌(Lactobacillusdelbrueckii)德氏乳酸杆菌细胞杆状24最适宜生长温度45℃乳杆菌属的鼠李24赖氏乳酸杆菌细胞杆状，2.0--4×0.6m

单个或成短链呈现两个或更多的深着色颗粒不运动革兰氏阳性最适宜生长温度36℃发酵生成D-乳酸25赖氏乳酸杆菌细胞杆状，2.0--4×0.6m2525米根霉菌落疏松或稠密白色灰褐色黑褐色葡萄枝爬行假根发达孢子梗直立或稍弯曲适宜温度37℃有淀粉糖化能力发酵生产L-乳酸最适宜温度30℃26米根霉菌落疏松或稠密2626二、乳酸菌的分离动、植物的汁液之自然发酵，首先为乳酸发酵，即自然发酵的先峰菌乳酸菌是兼性厌氧菌，杆状或球状，革兰氏呈阳性，发酵葡萄糖生成50%以上乳酸的一类群细菌27二、乳酸菌的分离动、植物的汁液之自然发酵，首先为乳酸发酵，即27L-乳酸微生物发酵优劣比较目前应用发酵法生产L-乳酸常用的微生物,一类为乳酸菌,另一类为根霉菌属。之前国内外多采用根霉菌中的米根霉进行L乳酸的发酵。米根霉菌发酵营养要求低,可直接利用淀粉无须糖化;耐低pH值,产物为高光学纯度乳酸,菌体大,容易分离。但是,米根霉菌的乳酸产率和转化率低于乳酸细菌,并且产物中含有大量副产物,给乳酸的提取和精制带来很大困难;根霉菌在发酵过程中需要通气搅拌,使得动力消耗增加,生产成本上升。乳杆菌的厌氧发酵或兼性厌氧发酵可以大规模降低能耗,有利于连续发酵,减少乳酸的生产成本。同型发酵的乳杆菌实际转化率大多在90%以上。但是乳酸菌属于化能异养微生物,营养条件复杂,需添加复合氮源,提高成本;一般的乳酸菌均不产淀粉酶,不能直接利用淀粉发酵生产乳酸,需糖化处理。L-乳酸微生物发酵优劣比较目前应用发酵法生产L-乳酸常用的微28第四节乳酸发酵原料一、主要原料乳酸细菌能直接利用29己糖低聚糖乳酸发酵营养因子氨基酸、维生素、核酸辅助原料麦根、麸皮、米糠等第四节乳酸发酵原料一、主要原料29己糖低聚糖乳酸发酵营养29

己糖、低聚糖蔗糖糖蜜淀粉水解糖乳糖及含乳糖原料保加利亚乳杆菌，直接接入全乳或脱脂乳发酵生产亚硫酸盐纸浆废液戊糖乳杆菌30菌体赖氏乳杆菌德氏乳杆菌菌种德氏乳杆菌

己糖、低聚糖蔗糖30菌体赖氏乳杆菌德30玉米、大米、红薯、马铃薯水解方法糖化剂31酸解酶法酶制剂麦芽粉麸曲无机酸单行发酵工艺并行发酵工艺糖化、发酵同时进行菌种德氏乳杆菌米根霉淀粉/淀粉质原料玉米、大米、红薯、马铃薯31酸解酶制剂单行发酵工艺菌种31二、辅助原料乳酸菌的生长、繁殖、发酵能力的获得与其它菌一样，也需要添加适宜营养物质营养盐添加量亚适量水平32理论氨基酸、维生素、核酸碱基天然麸皮、米糠、玉米浆、麦根二、辅助原料乳酸菌的生长、繁殖、发酵能力的获得与其它菌一样，321、麸皮

2、玉米浆

玉米用亚硫酸盐溶液浸出和浓缩而成是面粉工业的副产品，乳酸菌生长需要的许多生长因子麸皮中均有如镁、磷、铁、钙、生物素、维生素331、麸皮

2、玉米浆

玉米用亚硫酸盐溶液浸出和332、麦根是啤酒工业制麦工段的副产物，含氮量高达30%麦根中含有许多种游离的34氨基酸，碳水化物，维生素，叶酸，生物素大麦必须通过发芽过程将内含的难溶性淀料转变为用于酿造工序的可溶性糖类。大麦在收获后先贮存2-3月，才能进入麦芽车间开始制造麦芽。为了得到干净、一致的优良麦芽，制麦前，大麦需先经风选或筛选除杂，永磁筒去铁，比重去石机除石，精选机分级。制麦的主要过程为：大麦进入浸麦槽洗麦、吸水后，进入发芽箱发芽，成为绿麦芽。绿麦芽进入干燥塔/炉烘干，经除根机去根，制成成品麦芽。从大麦到制成麦芽需要10天左右时间。2、麦根是啤酒工业制麦工段的副产物，含氮量高达30%34氨基34第五节乳酸发酵工艺一、水解糖发酵工艺（一）原料的糖化1、淀粉水解原理

35淀粉葡萄糖复合二糖5-羟基甲基糠醛有机物、有色物质水解反应复合反应分解反应复合低聚糖有色物质、龙胆二糖等为乳酸菌的非发酵性物质，会导致分离难产率下降产品质量差第五节乳酸发酵工艺一、水解糖发酵工艺35淀粉葡萄糖复35（1）酸法水解酸法水解是以无机酸或有机酸为催化剂，在高温高压下水解淀粉的方法，其工艺流程如下36原料调浆糖化冷却中和脱色过滤糖液2、淀粉水解方法淀粉乳浓度180-200g/L盐酸量占干淀粉的0.5-0.8%pH值1.5（1）酸法水解酸法水解是以无机酸或有机酸为催化剂，在高温高压36水解终点的判断方法由图2-2可知，曲线为正弦抛物线。B点为最大点，过了B点，可发酵糖产率呈下降趋势这是因副反应增加所引起故要在最大值B点之前，即A点放料，到C点完成。37ABC发酵糖产率(%)水解时间（min）图2-2酸法糖化曲线4030501009070602010水解终点的判断方法由图2-2可知，曲线为正弦抛物线。37AB37（2）酶法水解酶解法可分为两步淀粉酶把淀粉转化成糊精、低聚糖，底物的粘度急剧下降，此过程即为液化。糖化酶把糊精、低聚合糖进一步水解成葡萄糖，此过程即为糖化双酶水解法38液化糖化（2）酶法水解酶解法可分为两步38液化38（二）接种物的制备种子罐容积约生产罐的1/13–1/12装料系数0.8培养基配方39葡萄糖150麦根3.75(NH4)2HPO42.5CaCO3100单位g/L（二）接种物的制备种子罐容积约生产罐的1/13–1/1239(三)发酵工艺条件德氏乳杆菌，发酵温度50+1℃pH大于5.0，若pH小于，则发酵速度减慢填料系数0.8正常发酵时,罐口敞开,使CO2逸出发酵周期5-6d,残糖1g/L（150）40(三)发酵工艺条件德氏乳杆菌，发酵温度50+1℃4040二、蔗糖发酵工艺德氏乳杆菌41加水糖蜜70℃甘蔗粗糖CaCO3灭菌冷却麦根接种发酵发酵结束后加石灰乳使pH上升至9-10加热升温70静置6-12h压滤二、蔗糖发酵工艺德氏乳杆菌41加水糖蜜70℃甘蔗粗糖CaC41三、亚硫酸盐废液发酵工艺亚硫酸盐废液成分42SO2SO32-木质素少量糠醛、HAc、甲基糠醛2-3%单糖发酵抑制物√戊糖乳杆菌C6H12O62C3H6O3C5H10O5C3H6H3+CH3COOH乳酸三、亚硫酸盐废液发酵工艺亚硫酸盐废液成分42SO22-3%42(一)原料预处理1、去除SO2

蒸汽蒸发处理2、沉淀处理43废液石灰乳调pH4.08.5处理条件35℃，pH8.5,30min90%蒸汽冷凝在液体中10%蒸汽带出,即SO2被带出(一)原料预处理1、去除SO2蒸汽蒸发处理4343（二）发酵工艺发酵温度30℃pH5.5-6.548h44

营养盐(麦根汁、玉米浆等)与亚硫酸盐废液要分开灭菌，否则营养物会被沉淀的木质素等物质带走中和液加石灰乳时要不断搅拌，防止局部过碱。（二）发酵工艺发酵温度30℃44营养盐(麦根汁、玉米44四、糖蜜发酵工艺糖蜜糖浓度高，发酵前必须进行预处理√稀释√酸化pH5.5√灭菌30min√澄清8-12h√补加麦根/玉米粉45500100g/L四、糖蜜发酵工艺糖蜜糖浓度高，发酵前必须进行预处理4550045乳酸糖蜜发酵工艺条件发酵温度50℃接种量10%pH6.5周期4-5d残糖5g/L加石灰乳pH9-10精制46乳酸糖蜜发酵工艺条件发酵温度50℃4646第六节乳酸的提取精制吸附重结晶离子交换萃取蒸馏离心过滤47第六节乳酸的提取精制吸附4747一、工艺流程1、以水解糖生产乳酸生产工艺48种母罐发酵液加热净化脱色浓缩酸解去除沉淀脱色浓缩过滤成品包装一、工艺流程1、以水解糖生产乳酸生产工艺48种母罐发酵液加热482、薯干粉并行发酵工艺工艺流程工艺49薯干粉液化并行发酵加热沉淀过虑蒸发浓缩冷却结晶离心酸解过虑浓缩离子交换蒸发并脱色真空过虑成品2、薯干粉并行发酵工艺工艺流程工艺49薯干粉液化并行发酵加热493、淀粉原料的乳酸生产工艺工艺流程工艺50淀粉糖化中和过滤发酵沉淀脱色过滤浓缩冷却结晶溶解脱色过虑脱色压滤蒸发浓缩脱色过虑成品真空精馏加热3、淀粉原料的乳酸生产工艺工艺流程工艺50淀粉糖化中和过滤发50二、发酵液处理乳酸发酵时CaCO3是过量的。形成的乳酸钙为水合型，即含5H2O51发酵后加热90-100℃中和至pH9.5-10静置4-6h压滤70-80

℃脱色压滤真空浓缩乳酸钙150g/L石灰乳二、发酵液处理乳酸发酵时CaCO3是过量的。形成的乳酸钙为水51三、乳酸钙结晶乳酸钙在水中的溶解度与温度成正比例关系杂质含量增加会使乳酸钙的溶解度增大一般杂质数量增加1%，乳酸钙溶解度约增大10%1h30oC降至23oC；1.5h降至18oC；每小时降低2oC，降至10oC，保持3h。52Y=1.9exp(0.035T)Y----乳酸钙在水中的溶解度T----代表温度（℃）12-35℃40-80℃Y=1.4exp(0.0435T)三、乳酸钙结晶乳酸钙在水中的溶解度与温度成正比例关系52Y=52四、乳酸钙流化干燥造粒流化干躁是流化技术及喷雾干燥造粒过程合而为一的干燥技术在同一流化床内完成多种操作53蒸发结晶干燥造粒操作步骤√

在硫化床层内放入小颗粒乳酸钙物料，料厚200mm√

鼓风机4传送的空气，经加热器6，进入流化床11√

料液65%乳酸钙溶液由料液槽8，经气流式喷嘴10，在压缩 空气下雾化，直接喷入流化床床层内四、乳酸钙流化干燥造粒流化干躁是流化技术及喷雾干燥造53五、乳酸钙的酸解及石膏的分离乳酸钙中加入H2SO4即生成乳酸石膏与乳酸浓度的关系，总体趋势类似于正弦抛物线在乳酸浓度10%时，石膏溶解度最大在乳酸浓度40%时，稳定平缓曲线乳酸钙浓度不超过18%；硫酸过量0.5%54

（CH3COHCOO）2Ca5·H2O+H2SO42CH3CHOHCOOH+CaSO4·2H2O五、乳酸钙的酸解及石膏的分离乳酸钙中加入H2SO4即生成乳酸54乳酸溶液中Fe盐可用亚铁氰化钙除去溶液中重金属砷可用BaS沉淀法去除55FeL3+Ca2[Fe(CN)6]Fe4[Fe(CN)6]

3

+6CaL2M2++AsO42-+BaSMS+BaAsO4M金属离子乳酸溶液中Fe盐可用亚铁氰化钙除去55FeL3+Ca2[55六、乳酸的净化乳酸的净化可采用多种方法√活性炭吸附√离子交换√溶剂萃取√减压蒸馏√锌盐法√酯化法56六、乳酸的净化乳酸的净化可采用多种方法5656（一）活性炭吸附活性炭吸附在乳酸净化常用于两种条件下

√在未除去石膏渣的溶液中添加，加入2%活性炭，

80℃下，约1h

√在已去除石膏渣的乳酸溶液中，加入2%活性炭，

80℃下，约0.5h57（一）活性炭吸附活性炭吸附在乳酸净化常用于两种条件下5757（二）离子交换H型阳离子交换柱及OH型阴离子交换柱去除√无机物质√部分去除有色物质√含N物质58（二）离子交换H型阳离子交换柱及OH型阴离子交换柱去除5858（三）溶剂萃取法异丙醚常用于乳酸萃取，并与吸附、离子交换法结合使用59发酵醪加热80℃酸化过滤脱色离子交换浓缩萃取（三）溶剂萃取法异丙醚常用于乳酸萃取，并与吸附、离子交换法结59（四）减压蒸馏法乳酸在常压下的沸点为190℃真空精馏乳酸蒸馏温度﹤130℃

，才无明显分解60（四）减压蒸馏法乳酸在常压下的沸点为190℃6060（五）锌盐法乳酸盐在乳酸中是最容易结晶的，能用于检验乳酸存在在乳酸钙溶液中加入ZnSO461CaL2+ZnSO4ZnL2+CaSO4ZnL2+H2S2HL+ZaSL乳酸根CH3CHOHCOO-（五）锌盐法乳酸盐在乳酸中是最容易结晶的，能用于检验乳酸存在61（六）酯化法乳酸与低级醇形成酯酯通入水蒸汽，酯分解得纯97%乳酸62CH3CHOHCOOH+ROHCH3CHOHCOOR+H2O（六）酯化法乳酸与低级醇形成酯62CH3CHOHCOOH+62七、乳酸溶液的浓缩乳酸钙酸解后，经初步净化，浓度约110g/kg√工业级乳酸500-600g/kg√药品级乳酸850g/kg工艺过程63低真空度精制（600mmHg）高真空度精制（300mmHg）脱色七、乳酸溶液的浓缩乳酸钙酸解后，经初步净化，浓度约11063

第九节乳酸的用途食品风味剂杀菌功效加工、保藏制革工业纺织工业生物塑料发酵工业饲料添加剂药用良好的溶剂、塑料的增溶剂及润滑剂。64 第九节乳酸的用途食品风味剂6464*COOHHOHCH365第二章乳酸*COO65乳酸是一种天然有机酸，是三大有机酸之一。

1881年，美国科学家首先将酸乳中提取的乳酸菌用于大规模的乳酸发酵生产，至今已有一百多年乳酸是一种多用途的精细化学品，可广泛用于食品、制药、纺织、制革、环保和农业中。其产品主要表现形式为酸味剂、调味剂、防腐剂、鞣制剂、植物生长调节剂、生物可降解材料和手性药物等乳酸未工业化生产之前由干酪、酸奶、酱油、酵母、肉、酱菜、葡萄酒等食品的自然发酵形成，动物和人体在日常的行走、奔跑的活动中也会产生大量的天然乳酸

66乳酸是一种天然有机酸，是三大有机酸之一。

1881年，美国科66世界乳酸年产能力约为20-25万吨，需求量70万约吨，预计2010全球L-乳酸需求量500万吨，其中食品工业约占60％，其他主要用于医药工业和制造乳酸衍生物我国目前年生产能力约6～7万吨，产品纯度较低，生产成本较高。67世界乳酸年产能力约为20-25万吨，需求量70万约吨，预计267当今国外最先进的生产工艺是由玉米等谷类为碳源，采用细菌发酵法生产L－乳酸。而国内大都还采用米根霉发酵法，用淀粉为碳源，用CaCO3等中和剂控制发酵液的pH值，然后用H2SO4中和，产生大量硫酸钙沉淀，使工艺繁复，并带入大量杂质和染菌，使产品纯度下降米根霉发酵是好氧发酵，能耗高，转化率仅80％68当今国外最先进的生产工艺是由玉米等谷类为碳源，采用细菌发酵法68许多国家为解决“白色污染”问题，开发出由L－乳酸聚合得到的聚乳酸利用分子量不同的聚乳酸可以制作不同的材料，如分子量在1.5×104～5.0×104，用做胶粘剂或缓释药物；5.0×104～10×104，可以制膜；12×104～22×104，适用于纺织纤维；用作骨固定材料，则分子量需在50万以上所制作的材料具有良好的生物相容性和可生物降解性，分解的中间产物乳酸对人体无害，因此在美国、日本和欧洲等国引起极为广泛兴趣，并已较大规模地投产与投放市场。69许多国家为解决“白色污染”问题，开发出由L－乳酸聚合得到的聚69第一节乳酸的性质乳酸分子中有一个不对称C原子，有旋光性乳酸分子内有-OH、-COOH，故有自动酯化能力密度1.1848kg/L(80%W/W)与水完全互溶，较难结晶析出,商品乳酸通常为60%溶液。。70COOHOHHCH3COOHHOHCH3L（+）乳酸D（-）乳酸第一节乳酸的性质乳酸分子中有一个不对称C原子，有旋光性670乳酸钙在水中的溶解度较大，对发酵和提取工艺有决定作用在20℃时溶解度大于7%，50℃时溶解度大于20%。与各种钙剂的溶解性相比，25℃时各种钙剂的溶解性：L-乳酸钙1345；DL-乳酸钙702；碳酸钙0.56；葡萄糖酸钙670；柠檬酸钙20；活性钙（氢氧化钙）65；氨基酸钙224。可见L-乳酸钙溶解出的钙离子是最大的。71功能作用：由于具有呈中性、易溶解、口感好、易吸收等优点，乳酸钙是一种良好的钙源。

食品中的应用：在食品中，除了促进生长发育等营养功能外，乳酸钙还可作为稳定剂、缓冲剂、面团调节剂改善风味和口感，提高诸如糖果、糕点、奶粉、酸奶等食品和饮料的质量。乳酸钙还可增强抗氧化性，防止水果和蔬菜的褪色等。

医药应用：在医药中，乳酸钙可保持骨骼密度和强度，减少毛细血管的通透性，保持正常的神经肌肉的兴奋性，加强大脑皮层抑制过程。乳酸钙主要用于治疗骨质疏松症、手足抽搐、抽筋、低血钙、过敏症、痉挛和镁中毒等病症。

农业饲料应用：饲料中，乳酸钙用于控制饲料中内菌的改变，喂养牛羊可提高产奶量。添加于家禽饲料可使蛋壳硬度加大，破碎减少。

乳酸钙在水中的溶解度较大，对发酵和提取工艺有决定作用在20℃71第二节乳酸发酵机理乳酸发酵72同型发酵异型发酵发酵类型是同型或异型，决定于1、菌种特性2、与发酵条件关系密切第二节乳酸发酵机理乳酸发酵8同型发酵发酵类型是同型或异型，7273A、同型乳酸发酵：发酵产物只有乳酸的一种发酵。产能途径为EMP途径。B、异型乳酸发酵：发酵产物除乳酸外还又一些乙醇、乙酸和CO2。产能途径为HMP或PK、HK途径。9A、同型乳酸发酵：发酵产物只有乳酸的一种发酵。73A、同型乳酸发酵：进行乳酸发酵的主要是细菌。

它们利用糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸还原产生乳酸。发酵产物中主要为乳酸的称为同型乳酸发酵，如乳链球菌（Streptococcuslactics）、乳酪链球菌（Streptococcuscremoris）、干酪乳杆菌（lactobacilluscasei）、保加利亚乳杆菌（Lac.bulgaricus）等。A、同型乳酸发酵：进行乳酸发酵的主要是细菌。74

C6H12O6＋2ADP2CH3CHOHCOOH＋2ATP同型乳酸发酵的特点：1mol的G产生2mol乳酸，理论转化率是100%。另外有很少量的乙醇、乙酸和二氧化碳等。C6H12O6＋2ADP2CH375B、异型乳酸发酵1、6-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径）2、双歧途径（磷酸酮糖途径）3、米根霉乳酸发酵机理

发酵产物中除乳酸外同时还有比例较高的乙酸、乙醇、二氧化碳等，称为异型乳酸发酵。其生物合成途径有两种。B、异型乳酸发酵1、6-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径）276

1.6-磷酸葡萄糖酸途径：葡萄糖经6-磷酸葡萄糖生成5-磷酸核酮糖，再经差向异构作用生成5-磷酸木酮糖；后者经磷酸解酮酶催化，分解为3-磷酸甘油醛和乙酰磷酸。乙酰磷酸经磷酸转乙酰酶作用变为乙酰CoA，再经乙醛脱氢酶作用生成乙醇。而3-磷酸甘油醛经EMP途径生成丙酮酸。后者经乳酸脱氢酶催化还原为乳酸。如下图所示。1.6-磷酸葡萄糖酸途径：776-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径）总反应式为：此过程1mol己糖生成1mol乙醇、lmol二氧化碳和1mol乳酸。乳酸对糖转化率50％。另外有比例较高的乙醇、乙酸和二氧化碳等。C6H12O6+ADP+PiCH3CHOHCHOH+CH3COOH+CO2+ATP肠膜明串珠菌（Leuconostocmesenteroides）及葡聚糖明串珠菌（Leuconostoc

dextranicum）通过该途径进行异型乳酸发酵。6-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径）总反应式为：此过程1m782.Bifidus途径（双歧途径）：双歧杆菌（Bifidobacteriumbifidum)进行的乳酸发酵也是一条磷酸解酮酶途径。该途径的特点是：①有两个磷酸酮解酶参与；②在没有氧化作用和脱氢作用下，2分子G分解为3分子乙酸和2分子3-磷酸甘油醛。接着，在3-磷酸甘油醛脱氢酶和乳酸脱氢酶的参与下，3-磷酸甘油醛转化为乳酸，转化率为50%。2.Bifidus途径（双歧途径）：79双歧途径（磷酸酮糖途径）发酵总应式为：2C6H12O62CH3CHOHCOOH+3CH3COOH此发酵过程中，2mol的葡萄糖生成2mol乳酸和3mol的乙酸，乳酸转化率理论为50%。双歧发酵是双歧杆菌发酵葡萄糖的一条途径。经HK途径—磷酸己糖解酮酶途径。双歧途径（磷酸酮糖途径）发酵总应式为：2C6H12O6803米根霉乳酸发酵机理

GLU：葡萄糖，PYR：丙酮酸，LAC：乳酸，MAL：苹果酸，FUM：富马酸，Ac-COA：乙酸辅酶A，TCA：三羧酸循环，EMP：糖酵解途径，a：乳酸脱氢酶，b：丙酮酸脱氢酶、乙醇脱氢酶，c：丙酮酸脱氢酶，d：丙酮酸激酶目前普遍认为，在米根霉的糖分解代谢过程中，主要包括EMP途径和TCA途径，并没有磷酸戊糖途径。在米根霉细胞内，存在两个独立调控的丙酮酸库：(1)基质丙酮酸库，丙酮酸可以进入乙醇、乳酸、草酰乙酸、苹果酸和富马酸合成途径；(2)线粒体丙酮酸库，丙酮酸进入TCA循环。随着外界条件的扰动，米根霉的代谢机制也发生着变化，如当葡萄糖浓度增大时，EMP途径和进入乳酸合成途径的通量都相应增大。3米根霉乳酸发酵机理GLU：葡萄糖，PYR：丙酮酸，LA81糖代谢主要有以下几种反应：(1)正常呼吸：C6Hl2O6+6O26H2O

+6CO2(2)同化作用：干菌体量的95%来自碳水化合物。

(3)富马酸发酵：C6Hl2O6+3O2C4H4O4+2CO2+4H2O(4)酒精发酵：C6H12O62C2H5OH+2CO2(5)L-酸发酵：C6Hl2O62C3H6O3若抑制(1)、(3)、(4)反应，乳酸得率就可以提高。根霉对糖转化率理论为75%。糖代谢主要有以下几种反应：(1)正常呼吸：82

微生物的代谢途径一般都不是单一的，因此，不论同型乳酸发酵还是异型乳酸发酵，实际代谢产物都不象代谢途径中那样单纯，所以，两类乳酸发酵的代谢产物没有不可逾越的界限。在微生物的分类研究中，通常把发酵1mol葡萄糖产生的乳酸少于1.8mol，同时还产生较多的乙醇、CO2或乙酸、甘油、甘露醇等产物的乳酸菌称为异型乳酸菌。同型乳酸菌发酵的微生物已经用来发酵产生乳酸。异型乳酸发酵的微生物，例如双歧杆菌，已经用于发酵生产活菌饮料，并越来越受重视。微生物的代谢途径一般都不是单一的，因此，不论同型8384思考题：试比较乳酸发酵机制的异同点。20思考题：8485218586第三节乳酸发酵微生物22第三节乳酸发酵微生物86一、乳酸菌的特性√细菌√米根霉√赖氏乳酸杆菌乳酸菌的分离87一、乳酸菌的特性2387德氏乳酸杆菌细胞杆状单个或短链革兰氏阳性不运动能利用糖类发酵生成D-和L-乳酸88最适宜生长温度45℃乳杆菌属的鼠李糖乳杆菌(Lactobacillusrhamnosus),以前称为德氏乳杆菌(Lactobacillusdelbrueckii)德氏乳酸杆菌细胞杆状24最适宜生长温度45℃乳杆菌属的鼠李88赖氏乳酸杆菌细胞杆状，2.0--4×0.6m

单个或成短链呈现两个或更多的深着色颗粒不运动革兰氏阳性最适宜生长温度36℃发酵生成D-乳酸89赖氏乳酸杆菌细胞杆状，2.0--4×0.6m2589米根霉菌落疏松或稠密白色灰褐色黑褐色葡萄枝爬行假根发达孢子梗直立或稍弯曲适宜温度37℃有淀粉糖化能力发酵生产L-乳酸最适宜温度30℃90米根霉菌落疏松或稠密2690二、乳酸菌的分离动、植物的汁液之自然发酵，首先为乳酸发酵，即自然发酵的先峰菌乳酸菌是兼性厌氧菌，杆状或球状，革兰氏呈阳性，发酵葡萄糖生成50%以上乳酸的一类群细菌91二、乳酸菌的分离动、植物的汁液之自然发酵，首先为乳酸发酵，即91L-乳酸微生物发酵优劣比较目前应用发酵法生产L-乳酸常用的微生物,一类为乳酸菌,另一类为根霉菌属。之前国内外多采用根霉菌中的米根霉进行L乳酸的发酵。米根霉菌发酵营养要求低,可直接利用淀粉无须糖化;耐低pH值,产物为高光学纯度乳酸,菌体大,容易分离。但是,米根霉菌的乳酸产率和转化率低于乳酸细菌,并且产物中含有大量副产物,给乳酸的提取和精制带来很大困难;根霉菌在发酵过程中需要通气搅拌,使得动力消耗增加,生产成本上升。乳杆菌的厌氧发酵或兼性厌氧发酵可以大规模降低能耗,有利于连续发酵,减少乳酸的生产成本。同型发酵的乳杆菌实际转化率大多在90%以上。但是乳酸菌属于化能异养微生物,营养条件复杂,需添加复合氮源,提高成本;一般的乳酸菌均不产淀粉酶,不能直接利用淀粉发酵生产乳酸,需糖化处理。L-乳酸微生物发酵优劣比较目前应用发酵法生产L-乳酸常用的微92第四节乳酸发酵原料一、主要原料乳酸细菌能直接利用93己糖低聚糖乳酸发酵营养因子氨基酸、维生素、核酸辅助原料麦根、麸皮、米糠等第四节乳酸发酵原料一、主要原料29己糖低聚糖乳酸发酵营养93

己糖、低聚糖蔗糖糖蜜淀粉水解糖乳糖及含乳糖原料保加利亚乳杆菌，直接接入全乳或脱脂乳发酵生产亚硫酸盐纸浆废液戊糖乳杆菌94菌体赖氏乳杆菌德氏乳杆菌菌种德氏乳杆菌

己糖、低聚糖蔗糖30菌体赖氏乳杆菌德94玉米、大米、红薯、马铃薯水解方法糖化剂95酸解酶法酶制剂麦芽粉麸曲无机酸单行发酵工艺并行发酵工艺糖化、发酵同时进行菌种德氏乳杆菌米根霉淀粉/淀粉质原料玉米、大米、红薯、马铃薯31酸解酶制剂单行发酵工艺菌种95二、辅助原料乳酸菌的生长、繁殖、发酵能力的获得与其它菌一样，也需要添加适宜营养物质营养盐添加量亚适量水平96理论氨基酸、维生素、核酸碱基天然麸皮、米糠、玉米浆、麦根二、辅助原料乳酸菌的生长、繁殖、发酵能力的获得与其它菌一样，961、麸皮

2、玉米浆

玉米用亚硫酸盐溶液浸出和浓缩而成是面粉工业的副产品，乳酸菌生长需要的许多生长因子麸皮中均有如镁、磷、铁、钙、生物素、维生素971、麸皮

2、玉米浆

玉米用亚硫酸盐溶液浸出和972、麦根是啤酒工业制麦工段的副产物，含氮量高达30%麦根中含有许多种游离的98氨基酸，碳水化物，维生素，叶酸，生物素大麦必须通过发芽过程将内含的难溶性淀料转变为用于酿造工序的可溶性糖类。大麦在收获后先贮存2-3月，才能进入麦芽车间开始制造麦芽。为了得到干净、一致的优良麦芽，制麦前，大麦需先经风选或筛选除杂，永磁筒去铁，比重去石机除石，精选机分级。制麦的主要过程为：大麦进入浸麦槽洗麦、吸水后，进入发芽箱发芽，成为绿麦芽。绿麦芽进入干燥塔/炉烘干，经除根机去根，制成成品麦芽。从大麦到制成麦芽需要10天左右时间。2、麦根是啤酒工业制麦工段的副产物，含氮量高达30%34氨基98第五节乳酸发酵工艺一、水解糖发酵工艺（一）原料的糖化1、淀粉水解原理

99淀粉葡萄糖复合二糖5-羟基甲基糠醛有机物、有色物质水解反应复合反应分解反应复合低聚糖有色物质、龙胆二糖等为乳酸菌的非发酵性物质，会导致分离难产率下降产品质量差第五节乳酸发酵工艺一、水解糖发酵工艺35淀粉葡萄糖复99（1）酸法水解酸法水解是以无机酸或有机酸为催化剂，在高温高压下水解淀粉的方法，其工艺流程如下100原料调浆糖化冷却中和脱色过滤糖液2、淀粉水解方法淀粉乳浓度180-200g/L盐酸量占干淀粉的0.5-0.8%pH值1.5（1）酸法水解酸法水解是以无机酸或有机酸为催化剂，在高温高压100水解终点的判断方法由图2-2可知，曲线为正弦抛物线。B点为最大点，过了B点，可发酵糖产率呈下降趋势这是因副反应增加所引起故要在最大值B点之前，即A点放料，到C点完成。101ABC发酵糖产率(%)水解时间（min）图2-2酸法糖化曲线4030501009070602010水解终点的判断方法由图2-2可知，曲线为正弦抛物线。37AB101（2）酶法水解酶解法可分为两步淀粉酶把淀粉转化成糊精、低聚糖，底物的粘度急剧下降，此过程即为液化。糖化酶把糊精、低聚合糖进一步水解成葡萄糖，此过程即为糖化双酶水解法102液化糖化（2）酶法水解酶解法可分为两步38液化102（二）接种物的制备种子罐容积约生产罐的1/13–1/12装料系数0.8培养基配方103葡萄糖150麦根3.75(NH4)2HPO42.5CaCO3100单位g/L（二）接种物的制备种子罐容积约生产罐的1/13–1/12103(三)发酵工艺条件德氏乳杆菌，发酵温度50+1℃pH大于5.0，若pH小于，则发酵速度减慢填料系数0.8正常发酵时,罐口敞开,使CO2逸出发酵周期5-6d,残糖1g/L（150）104(三)发酵工艺条件德氏乳杆菌，发酵温度50+1℃40104二、蔗糖发酵工艺德氏乳杆菌105加水糖蜜70℃甘蔗粗糖CaCO3灭菌冷却麦根接种发酵发酵结束后加石灰乳使pH上升至9-10加热升温70静置6-12h压滤二、蔗糖发酵工艺德氏乳杆菌41加水糖蜜70℃甘蔗粗糖CaC105三、亚硫酸盐废液发酵工艺亚硫酸盐废液成分106SO2SO32-木质素少量糠醛、HAc、甲基糠醛2-3%单糖发酵抑制物√戊糖乳杆菌C6H12O62C3H6O3C5H10O5C3H6H3+CH3COOH乳酸三、亚硫酸盐废液发酵工艺亚硫酸盐废液成分42SO22-3%106(一)原料预处理1、去除SO2

蒸汽蒸发处理2、沉淀处理107废液石灰乳调pH4.08.5处理条件35℃，pH8.5,30min90%蒸汽冷凝在液体中10%蒸汽带出,即SO2被带出(一)原料预处理1、去除SO2蒸汽蒸发处理43107（二）发酵工艺发酵温度30℃pH5.5-6.548h108

营养盐(麦根汁、玉米浆等)与亚硫酸盐废液要分开灭菌，否则营养物会被沉淀的木质素等物质带走中和液加石灰乳时要不断搅拌，防止局部过碱。（二）发酵工艺发酵温度30℃44营养盐(麦根汁、玉米108四、糖蜜发酵工艺糖蜜糖浓度高，发酵前必须进行预处理√稀释√酸化pH5.5√灭菌30min√澄清8-12h√补加麦根/玉米粉109500100g/L四、糖蜜发酵工艺糖蜜糖浓度高，发酵前必须进行预处理45500109乳酸糖蜜发酵工艺条件发酵温度50℃接种量10%pH6.5周期4-5d残糖5g/L加石灰乳pH9-10精制110乳酸糖蜜发酵工艺条件发酵温度50℃46110第六节乳酸的提取精制吸附重结晶离子交换萃取蒸馏离心过滤111第六节乳酸的提取精制吸附47111一、工艺流程1、以水解糖生产乳酸生产工艺112种母罐发酵液加热净化脱色浓缩酸解去除沉淀脱色浓缩过滤成品包装一、工艺流程1、以水解糖生产乳酸生产工艺48种母罐发酵液加热1122、薯干粉并行发酵工艺工艺流程工艺113薯干粉液化并行发酵加热沉淀过虑蒸发浓缩冷却结晶离心酸解过虑浓缩离子交换蒸发并脱色真空过虑成品2、薯干粉并行发酵工艺工艺流程工艺49薯干粉液化并行发酵加热1133、淀粉原料的乳酸生产工艺工艺流程工艺114淀粉糖化中和过滤发酵沉淀脱色过滤浓缩冷却结晶溶解脱色过虑脱色压滤蒸发浓缩脱色过虑成品真空精馏加热3、淀粉原料的乳酸生产工艺工艺流程工艺50淀粉糖化中和过滤发114二、发酵液处理乳酸发酵时CaCO3是过量的。形成的乳酸钙为水合型，即含5H2