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乳酸的應(yīng)用

乳酸作為一種常見的工業(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, 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)最重要的平臺化合物之一, 可以代替輕質(zhì)油氣通過脫羧、脫水、還原等過程得到乙醛、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，人們對發(fā)現(xiàn)新的環(huán)境友好型化學(xué)品來源越來越感興趣。于是對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：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。該方法工藝簡單且成熟, 其中, 鈣離子對L-乳酸發(fā)酵具有促進(jìn)作用。然而, 該方法對活性炭的需求量較大,  對糖類物質(zhì)的分離程度也不高。 有報道提出可聯(lián)合活性炭與大孔吸附樹脂對L-乳酸鈣溶液進(jìn)行脫糖脫色, 并通過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, 很容易通過減壓蒸餾分離。鈣鹽法存在L-乳酸產(chǎn)品純度不高的問題, 而通過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)藥用級標(biāo)準(zhǔn)。國外現(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, 且過程受酯化反應(yīng)平衡制約。

通過萃取法分離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-乳酸對微生物的抑制作用。然而, 目前研究報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(陽離子交換膜), 使用L-乳酸鈉與硫酸同時進(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, 精餾過程也不受氣液平衡的限制。

分子精餾過程加熱溫度低, 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)樗岬墓に嚳尚行裕珜τ诎l(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。下游的每一個額外步驟都意味著總運(yùn)營成本的增加。所以選擇分子蒸餾提純?nèi)樗岬墓に?，還有待進(jìn)一步摸索與驗(yàn)證中，是目前比較熱門的一個研究方向。