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生物化工品乳酸及其下游产品的研究和开发


□ 谢华丽 周春晖等

  李 杰 李小年 葛忠华
  摘 要:乳酸是一种重要的有机酸及生物化工品,以乳酸为原料可以得到多种衍生物,如聚乳酸、乳酸盐以及乳酸酯等。较详细地评述了乳酸的主要生产工艺和市场,介绍了几种主要的乳酸衍生物的研究和开发,比较了不同的生产路线,并展望了乳酸及其衍生物的研发方向。
  关键词:乳酸;衍生物;聚乳酸;乳酸盐;乳酸酯
  
  乳酸,化学名为2-羟基丙酸,无色或淡黄色粘稠液体,有吸湿性和强酸味。由于分子中含有一个不对称的C原子,可分为L型、D-型和DL-型三种旋光异构体。
  乳酸是一种重要的有机酸,广泛用于食品、医药、印染、饲料、农药、建材、日用化工、生物降解材料等领域。目前以乳酸为中心,经进一步的化学反应,开发出了聚乳酸、乳酸盐及乳酸酯等下游产品,用途也极其广泛。特别是近年来开发出的广乳酸的聚合物,可生产生物降解的农用地膜、绿色包装材料及其它塑料制品,可用以解决日益严重的“白色”污染问题,引起了世界的广泛关注。
  由于乳酸用途广泛且又呈不断扩大之势,乳酸衍生物开发力度逐年加大,近年来国内外乳酸需求持续增长,我国是世界的重要乳酸生产国之一,目前有发酵乳酸生产厂家20余家,总生产能力约20kt/a,实际产量约15kt/a;西欧,北美等工业发达地区需求量将以每年8%-10%的速度增长,世界乳酸的年均增长率为6%-8%,前景相当广阔。本文综述了乳酸及其衍生物研究和开发情况。
  
  1 乳酸的生产
  
  工业上,乳酸生产:疗法主要有发酵法和化学合成法。用发酵法生产时,依所用乳酸菌种及发酵条件,可以得到L(+)、D(-)等光学异构体和一定比例的混合物或外消旋体。用合成法只能得到外消旋体,即DL型。
  
  1.1发酵法
  以各种精制淀粉糖化后的葡萄糖、蔗糖溶液为原料,接入乳酸菌株,并加入石灰石和碳酸氢钠等使pH值保持在5.5-6.5,控温在50度左右发酵3-4天。结束后,加热至70度杀菌。加入硫酸至pH为1.8以生成乳酸和硫酸钙等,过滤。滤液约含10%的粗乳酸,经浓缩达到50%。再用活性炭除去有机杂质,用亚铁氰化钠除去重金属和浓缩时凝聚的杂质。最后用离子交换树脂除去微量杂质,再浓缩得到85%-90%的乳酸产品。该法生产的乳酸食用安全可靠,但存在原料消耗大、能耗高,产品品质不稳定等问题。目前,我国的乳酸生产主要采用此法。
  
  1.2化学合成法
  化学合成法包括以下几种:乙醛氢氰酸法、丙酸氯化水解法、丙烯-N2O4法、乙醛羧基化法等。
  乙醛氢氰酸法:由乙醛与氢氰酸反应生成乳精,乳精水解得到粗乳酸,粗乳酸与乙醇酯化得到乳酸酯,再经分解成乳酸。该法生产成本低、能耗低,但原料为乙醛和剧毒的氢氰酸,致使生产的乳酸食用较难为人们接受,因此,应用受到限制。 ......
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摘自:化学世界
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