L-乳酸生產(chǎn)與應(yīng)用進展

L—乳酸生產(chǎn)與應(yīng)用進展王金華1,2，趙錦芳1,2，周彬1,雷滟敏1

(1.湖北工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，湖北武漢430068；

2.發(fā)酵工程省部共建教育部重點實驗室，湖北武漢430068)摘要：本文介紹了L一乳酸的理化性質(zhì)及生產(chǎn)方法，并著重闡述概括了微生物發(fā)酵途徑生產(chǎn)L一乳酸的菌種，菌種改造，原料，發(fā)酵工藝，及分離純化手段。概括了1—乳酸的廣泛應(yīng)用和市場前景，這些都為進一步進行L一乳酸的開發(fā)應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞：L一乳酸；高光學(xué)純度；米根霉；細菌；發(fā)酵；聚乳酸TheprogressionofproduceanduseL-lacticacidWangJinhua1，2,ZhaoJinfang1,2,ZhouBin1，LeiYanmin1(1.Collegeofbioengineering,HubeiUniversityofTechnology,Wuhan,Hubei430068,China；2.TheKeyLaboratoryofFermentation,MinistryofEducation,HubeiUniversityofTechnology,Wuhan,Hubei430068,China)Abstract:L-lacticacid’sphysico-chemicalproperty,widespreadeappicationandprospectivemarketwereintroduced.Severaldifferentproductionmethodswerecontrasted.Thematerial,strains,strain’sreforming,fermentationtechnology,separationandpurificationmethodsofproducingL-lacticacidbymicroorganismfermentationwereilluminatedandsummarized.Referenceswereprovidedforfurtherreseachandapplication.Keywords:L-lacticacid；highopticalrotation；Rhizopusoryzae；bacterium；fermentation；PLA乳酸又名丙醇酸或a-羥基丙酸(2-hydroxypropanoicacid),分子式為。日3。曰0曰。00氏是一種天然存在的有機酸，廣泛存在于人體，動植物，微生物中，因含有不對稱C原子，而具有光學(xué)異構(gòu)現(xiàn)象。分為L一型，D一型，外消旋體的DL一型［1-2］。易溶于水，乙醇和甘油，微溶于乙醚，但不溶于氯仿，苯，汽油，二硫化碳等。外消旋體為無色糖漿狀液體或晶體，無臭，有酸味，有吸濕性，光學(xué)性不活潑，在極冷條件下也不凝固，相對密度為1.4392(20-40°C)。熔點18°C，沸點122C。有防止腐敗發(fā)酵的作用，不侵犯健全的組織，但對病變組織敏感。自從1780年Scheele發(fā)現(xiàn)乳酸以來，乳酸及其衍生物，廣泛的應(yīng)用于食品醫(yī)藥、飼料、化工等領(lǐng)域。由于人體只能吸收L一乳酸，過多地食用D一乳酸或DL一乳酸可導(dǎo)致人體代謝功能的紊亂，因此世界衛(wèi)生組織(WHO)限制成人每天攝入D一乳酸不得超過100mg/kg.而對L一乳酸則不加限制。L一乳酸是世界公認的三大有機酸之一，其最具應(yīng)用潛力的是生產(chǎn)聚乳酸(PLA)OPLA除具有和聚苯乙烯相似的光澤度及加工性能外，還可以生物降解，可替代化工合成包裝材料，消除白色污染，由于PLA具有良好的生物相容性，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)用材料，如藥物緩釋材料、組織工作材料、手術(shù)縫合線、骨折固定等，被認為是最具發(fā)展前途的生物可降解材料，其市場潛力巨大，發(fā)展前景十分誘人［3］1.L一乳酸的生產(chǎn)1.1化學(xué)合成法化學(xué)合成法包括乳腈法和丙烯腈法兩種。乳腈法是將乙醛和冷卻的氫氰酸連續(xù)送入反應(yīng)器生產(chǎn)乳腈，再用泵將所得乳腈加入水解釜中，注入硫酸和水，使乳月青水解得到粗乳酸，將粗乳酸送入酯化釜，加入乙醇酯化生成乳酸酯，經(jīng)精餾，再送入分解濃縮罐內(nèi)熱分解得精乳酸。美國的斯特林化學(xué)公司和日本的武藏野化學(xué)公司之前均采用化學(xué)合成法。丙烯青法是將丙烯青和硫酸送入反應(yīng)器中，生成粗乳酸和硫酸氫銨的餛合物，再把混合物送入酯化反應(yīng)器中與甲醇反應(yīng)生成乳酸甲酯，把硫酸氫銨分出后，粗酯送入蒸餾塔，塔底獲精酯，將精酯送入第二蒸餾塔，加熱分解，塔底得稀乳酸，經(jīng)真空濃縮得產(chǎn)品?；瘜W(xué)合成法中采用較多的是乳青法。該法可連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低，能耗低，但由于該法所用的原料為乙醛和劇毒的氫氰酸，致使生產(chǎn)的乳酸食用較難為人們所接受，因此，應(yīng)用受到一定的限制［4］1.2酶法［5］1.2.1氯丙酸酶法轉(zhuǎn)化日本東京大學(xué)的本崎等［6］，研究了用酶法催化合成乳酸，分別從惡臭甲單孢菌和假單孢菌的細胞中提取純化了L—2一鹵代酸脫鹵酶和DL—2一鹵代酸脫鹵酶，作用于底物DL—2一氯丙酸，制得L一乳酸或D一乳酸。L—2一鹵代酸脫鹵酶催化L—2一鹵代酸脫鹵；而DL—2一鹵代酸脫鹵酶既可催化L—2一鹵代酸脫鹵，又可催化D—2一鹵代酸脫鹵，在催化時可發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)變。1.2.2丙酮酸酶法轉(zhuǎn)化Hummel等人［7］從D一乳酸脫氫酶活力最高的混亂乳桿菌DSM20196菌體中得到了D一乳酸脫氫酶，以無旋光性的丙酮酸為底物制得到D一乳酸。1.3微生物發(fā)酵法由于化學(xué)合成法所使用的原料有乙醛和劇毒物質(zhì)氫氰酸，因而合成法生產(chǎn)乳酸大大受到限制，在食品工業(yè)中使用也不被民眾接受，此外其生產(chǎn)成本也較高。酶法生產(chǎn)乳酸雖然可以專一性旋光乳酸，但工藝比較復(fù)雜，應(yīng)用到工業(yè)上還有待于進一步研究。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸，可通過菌種選育和培養(yǎng)條件的選擇而得到具有專一性的L一乳酸，D一乳酸或DL一乳酸，完全可以滿足聚乳酸的生產(chǎn)需求。微生物發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸因其原料來源廣泛，生產(chǎn)成本也較低，產(chǎn)品光學(xué)純度高和安全可靠性好等優(yōu)點而成為目前國內(nèi)外生產(chǎn)乳酸的主要方法。1.3.1乳酸發(fā)酵機理不同菌種有不同的乳酸發(fā)酵機理，同型發(fā)酵一般是通過糖酵解途徑，異型發(fā)酵有6—磷酸葡萄糖途徑和雙歧途徑2種。乳酸發(fā)酵可分為以下4個類型［8］。1.3.1.1同型乳酸發(fā)酵葡萄糖經(jīng)EMP途徑降解為丙酮酸，丙酮酸在乳酸脫氫酶的催化下還原為乳酸。1mol葡萄糖可以生成2mol乳酸，理論轉(zhuǎn)換率為100%,如圖1。但由于發(fā)酵過程中微生物有其他生理活動存在，實際轉(zhuǎn)化率一般在80%以上者，即視為同型乳酸發(fā)酵，總反應(yīng)式為：C6H12O6+2ADP+2Pi-2CH3CH2COOH+2ATP圖1L一乳酸同型發(fā)酵途徑1.3.1.2異型乳酸發(fā)酵微生物經(jīng)HMP途徑分解葡萄糖為5—磷酸核酮酸，再經(jīng)差向異構(gòu)酶作用變成5—磷酸木酮糖，然后經(jīng)磷酸酮解酶催化裂解反應(yīng)，生成3—磷酸甘油醛和乙酰磷酸。乙酰磷酸進一步還原為乙醇，同時放出磷酸，3一磷酸甘油醛經(jīng)EMP途徑后半部分轉(zhuǎn)化為乳酸。異型乳酸發(fā)酵產(chǎn)物除乳酸外還有乙醇、CO2和ATP,葡萄糖的轉(zhuǎn)化率只有50%，如圖2。異型乳酸發(fā)酵總反直式為：CHO+ADP+Pi-CHCHCOOH+CHCHOH+CO+ATP6126 3 2 3 2 2―t磷酸酮解酶ri乙酰磷酸n乙醇葡萄糖―*■6—磷酸葡萄糖一*5—磷酸木酮糖|~3一磷酸甘油醛——乳酸 丙酮酸圖2L一乳酸異型發(fā)酵途徑1.3.1.3雙歧發(fā)酵兩歧雙岐桿菌發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生乳酸，乳酸的轉(zhuǎn)化率為50%。此途徑中有兩種酮解酶參與反應(yīng)，即6一磷酸果糖磷酸酮解酶和5一磷酸木酮糖磷酸酮解酶。雙歧發(fā)酵總反應(yīng)式為：2C6H12O6-2^WSOH+3CH3OOH

圖3L一乳酸雙歧發(fā)酵途徑1.3.1.4混合酸發(fā)酵是同型乳酸發(fā)酵在特殊情況下(如葡萄糖濃度受到限制、pH值升高或溫度降低)發(fā)生的一種乳酸發(fā)酵機制，經(jīng)由與同型乳酸發(fā)酵相同的EMP途徑，但丙酮酸的代謝途徑發(fā)生了改變，除生成乳酸外，還生成甲酸等副產(chǎn)物。1.3.2乳酸發(fā)酵菌株從各文獻報道來看，產(chǎn)L一乳酸的菌種很多，但產(chǎn)酸能力強，具有生產(chǎn)價值的目前主要是霉菌中的根霉菌屬及細菌中的乳桿菌屬(Lactobacillus)、鏈球菌屬(Streptococcus)，及芽孢桿菌屬(Bacillus)等。由于大腸桿菌易于進行分子生物學(xué)的操作，可通過代謝工程途徑構(gòu)建基因工程菌，繁殖速度快，營養(yǎng)要求粗放，能利用各種各樣的糖(包括木糖)，培養(yǎng)周期短，培養(yǎng)代謝易于控制，易于進行工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，近年來也被廣泛用于乳酸發(fā)酵研究。表1列出了一些主要的產(chǎn)L一乳酸的微生物菌株。表1產(chǎn)L—乳酸微生物菌株[9]菌種發(fā)酵溫度。c根霉菌屬(Rhizopus)黑根霉(Rhizopusnigricans)30小麥曲根霉(Rhizopusfrifici)30華根霉(Rhizopuschinensis)30甘薯根霉(Rhizopuspatato)30米根霉(Rhizopus oryzae)30結(jié)節(jié)根霉(Rhizopusnodosus)日本根霉(Rhizopusjaponicus)30少根根霉(Rhizopus arrhizus)30美麗根霉(Rhizopus elegens)乳桿菌屬(Lactobacillus)干酪乳桿菌(Lactobacilluscasei)28?32嗜熱乳桿菌(Lactobacillusthermophilum)50~60清酒乳桿(Lactobacillussake)嗜酸乳桿菌(Lactobacillusacidophilus)35~38嗜淀粉乳桿菌(Lactobacillusamylophilus)唾液乳桿菌(Lactobacillussalivarias)35~40植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)28~32戊糖乳桿菌(Lactobacilluspentosus)30~32木糖乳桿菌(Lactobacillusbifidus)30~40鏈球菌屬(Streptococcus)嗜熱鏈球菌(Streptococcusthermophilus)40~45乳脂鏈球菌(Streptococcuscremoris)唾液鏈球茵(Streptococcussalivarius)芽孢桿菌屬(Bacillus)凝結(jié)芽孢桿菌(Bacillus soagulans)50~60嗜熱脂肪牙孢桿菌(Bacillusstearathemophilus)55~601.3.3根霉發(fā)酵1884年Eijkmann指出，根霉所產(chǎn)生的酸可能為乳酸，在1901年被Chrzaszz所確證，1911年，齋藤確認根霉所產(chǎn)乳酸為L一乳酸。根霉菌屬中米根霉是L一乳酸發(fā)酵的代表性菌種，好氧菌根霉乳酸發(fā)酵是經(jīng)EMP途徑生成丙酮酸，然后一部分丙酮酸進入TCA循環(huán)，另一部分丙酮酸在乳酸脫氫酶、丙酮酸脫羧酶和丙酮酸羧化酶的催化下分別生成乳酸、乙醇、蘋果酸和富馬酸，該發(fā)酵屬于混合酸發(fā)酵類型。根霉營養(yǎng)要求簡單，能夠分泌多種淀粉酶而直接利用更廉價的原料，菌絲體比細菌大，易于分離，有利于制得高質(zhì)量的乳酸產(chǎn)品。尤其是根霉屬發(fā)酵可得到光學(xué)純度很高的L一乳酸，因此在國內(nèi)進行著大量的研究。國內(nèi)外對于米根霉的選育工作都有大量的報道。Yu等［10］對米根霉直接發(fā)酵農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)L一乳酸進行了研究，以碳酸鈣為中和劑，每千克粗淀粉原料可生成350g以上的L一乳酸.并申請了美國專利。江蘇省微生物研究所曹本昌等［11］人選育出了一株產(chǎn)L一乳酸的根霉菌株JSM1-R73，并對該菌株的性能及產(chǎn)酸條件進行了研究，用500L的發(fā)酵罐進行了擴大實驗。當葡萄糖濃度為10%時產(chǎn)酸70g/L；13%時產(chǎn)酸101g/L以上，該茵可以玉米粉作為培養(yǎng)基，當玉米粉濃度為12%時產(chǎn)酸70g/L以上；20%時產(chǎn)酸105g/L，其L—乳酸的純度在88%以上，最高可達到99%。山西省微生物研究所蔣明珠等［12］人從56種根霉菌株中篩選出10種產(chǎn)乳酸較高的菌株，其中根霉R—47產(chǎn)L—乳酸最高，產(chǎn)酸穩(wěn)定，在搖瓶培養(yǎng)條件下，初始葡萄糖濃度為15%，30°C，48h，L—產(chǎn)乳酸達118.4g/L，對糖的轉(zhuǎn)化率達78.9%。天津工業(yè)微生物研究所楊子培等［13］人用米根霉TL—527—9菌株以玉米淀粉深層發(fā)酵生產(chǎn)L—乳酸。在3m3發(fā)酵罐中，當玉米淀粉濃度為130g/L時，平均產(chǎn)酸量94.1g/L，對糖的轉(zhuǎn)化率為79.55%，其中L—乳酸的純度含量可達98%以上，該研究具有較高的工業(yè)應(yīng)用價值。1.3.4細菌發(fā)酵在乳酸發(fā)酵工藝上除了可采用根霉生產(chǎn)L一乳酸外，目前國內(nèi)外都展開了對細菌發(fā)酵生產(chǎn)L一乳酸的研究。原因在于雖然根霉發(fā)酵產(chǎn)乳酸存在對營養(yǎng)要求簡單，可以直接利用大量廉價原料以及能夠得到光學(xué)純度很高的L一乳酸等優(yōu)點，但也存在產(chǎn)酸，對糖利用率都較低，發(fā)酵需要通氧，能耗大，時間長，副產(chǎn)物多等缺點，而細菌厭氧發(fā)酵雖然存在營養(yǎng)要求高，原料成本高等缺點，但有產(chǎn)酸量大，發(fā)酵時間短，無需通氧，能耗低，對糖的轉(zhuǎn)化率較高，理論上可達100%等優(yōu)點而同樣受到研究人員的青睞，。Zhang等［14］研究了食淀粉乳桿菌NRRLB4542直接從淀粉發(fā)酵生產(chǎn)L一乳酸的條件，淀粉的起始濃度為120g/L，從液化淀粉出發(fā)，可在20h生產(chǎn)出濃度為96.2g/L的乳酸。Hujanen等［15］對干酪乳桿菌NRRLB—441產(chǎn)L一乳酸進行優(yōu)化，在葡萄糖濃度為160g/L時，乳酸濃度最高可達到118.6g/L，他們采用廉價的大麥芽提取物加少量酵母膏(4g/L)取代單獨使用酵母膏(22g/L)，較大的節(jié)省了生產(chǎn)成本。最近幾年來芽孢桿菌發(fā)酵生產(chǎn)乳酸受到人們的關(guān)注。Danner等［16］采用嗜熱脂肪芽孢桿菌菌株FA6和IFA9,以葡萄糖為碳源，分批培養(yǎng)發(fā)酵生產(chǎn)L一乳酸，糖的轉(zhuǎn)化率分別為84.0%和98.7%。Poyat等［17］報道：篩選得到能在52°C生長的一株凝結(jié)芽孢桿菌TB04，能在培養(yǎng)基不滅菌的條件下發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，經(jīng)發(fā)酵條件的優(yōu)化，乳酸的最終濃度55g/L，糖的轉(zhuǎn)化率為92%。路福平等［18］發(fā)表了芽孢乳酸菌凝結(jié)芽孢桿菌TQ33的篩選及產(chǎn)酸條件的研究結(jié)果，其最適生長溫度45C—50C，厭氧條件下，以葡萄糖為碳源發(fā)酵L一乳酸，72h產(chǎn)酸量最高達到67.8g/L，其中L一乳酸含量占96%以上。1.3.5發(fā)酵中和劑新興的發(fā)酵工藝如提取與發(fā)酵相偶聯(lián)的原位分離ISPR技術(shù)等，發(fā)酵的同時提取乳酸，減輕產(chǎn)物抑制，又不產(chǎn)生廢棄副產(chǎn)物，但對設(shè)備要求較高，工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大，因此對成熟低成本的傳統(tǒng)發(fā)酵工藝進行改進后仍可在現(xiàn)階段繼續(xù)用于生產(chǎn)。傳統(tǒng)乳酸發(fā)酵常用中和劑消除終產(chǎn)物乳酸的抑制，如碳酸鈣，氫氧化鈣，氨水，氫氧化鈉等。其中碳酸鈣成本低，簡單易用，應(yīng)用廣泛，但最終會產(chǎn)生硫酸鈣對環(huán)境不利；氫氧化鈣則難于添加且不利于局部pH控制，最終也產(chǎn)生硫酸鈣因此應(yīng)用不多；氨水不產(chǎn)生副產(chǎn)物，容易控制，但發(fā)酵存在糖酸轉(zhuǎn)化率偏低，發(fā)酵殘?zhí)瞧叩热秉c；應(yīng)用氫氧化鈉則成本偏高，菌體活性較差。1.3.6L一乳酸提取工藝［19］L一乳酸發(fā)酵液的成分復(fù)雜，除L一乳酸外，還包括菌體、殘?zhí)恰⒌鞍踪|(zhì)、色素、膠體、有機雜酸、無機鹽等，所以L一乳酸的提取比較復(fù)雜。常用的方法有如下幾種。1.3.6.1鈣鹽法乳酸鈣結(jié)晶一酸解工藝是傳統(tǒng)的分離方法。其流程見圖4,“°堿化處理i化/菌體濾渣發(fā)酵液 過濾( 右、濾液一濃縮一結(jié)晶一離心洗晶一復(fù)溶I, zCaSO4濾渣酸解脫色一過濾，

脫色"濃縮一離子交換”濃縮圖4乳酸鈣結(jié)晶一酸解工藝流程圖該工藝雖具有易于控制、工藝成熟的優(yōu)點，但其流程長，硫酸及活性炭的用量大，副產(chǎn)物量大，勞動強度高，不能有效分離殘?zhí)?，且產(chǎn)品收取率低。也有濃縮液不結(jié)晶而直接用硫酸酸解乳酸鈣提取乳酸的工藝。1.3.6.2萃取法萃取法是使用不溶或微溶于水的有機溶劑，通過物理或化學(xué)萃取方式從粗乳酸中提取乳酸，然后再反萃取，把乳酸從萃取相中分離出來。萃取法不用石灰或石灰石和硫酸，所以不產(chǎn)生CaSO4廢渣，有利于環(huán)境保護，操作簡便，占地面積少，對設(shè)備腐蝕性小，無細菌污染和操作過程可自動化等優(yōu)點。應(yīng)用萃取法的關(guān)鍵是尋找高效、無毒、水溶性小、經(jīng)濟可行的萃取劑。用于乳酸萃取效果較好的載體為一種水不溶性的長鏈叔胺，并將載體溶于油醇后去萃取乳酸，于是載體與乳酸形成乳酸胺絡(luò)合物，后被有機相萃取分離，再經(jīng)反萃取，即可獲得純凈的稀乳酸液，濃縮蒸發(fā)后即為成品L一乳酸。近年來，國內(nèi)外開發(fā)出許多新的萃取技術(shù)，如雙水相萃取、膜萃取和超臨界萃取等。1.3.6.3酯化法經(jīng)鈣鹽法提取的乳酸不能滿足一些對乳酸有耐熱性要求的工業(yè)用途如用于聚合物工業(yè)、焙烤食品以及其他一些附加值高的乳酸產(chǎn)品。將鈣鹽法提取后的乳酸產(chǎn)品在高溫條件下進一步同乙醇或甲醇反應(yīng)，產(chǎn)生乳酸乙酯或甲酯，再蒸餾分離出乳酸酯，然后水解乳酸酯、提純回收乳酸，水解時釋放出的醇則可重復(fù)利用。稀乳酸經(jīng)濃縮蒸發(fā)就可制成高純度、耐熱性好的乳酸，日本武藏野公司已成功將該法運用于L一乳酸的工業(yè)生產(chǎn)中，該方法缺點是能耗較高，裝備的投資也較大。1.3.6.4吸附法離子交換樹脂、活性炭和聚乙烯毗啶都被用作吸附劑，不過活性炭吸附容量小，選擇性差，重復(fù)性差，而離子交換樹脂選擇性高、交換容量大、操作簡單、易于自動控制。吸附法的缺點在于不具備高度專一性，且脫附困難。1.3.6.5分子蒸餡法分子蒸餾屬于高真空蒸餾技術(shù)，它克服了常規(guī)蒸餾分離效率低、操作溫度高、受熱時間長導(dǎo)致有效成分的聚合、分解等缺點，特別適合于高沸點、熱敏性及易氧化物質(zhì)的分離。通過分子蒸餾提純L一乳酸，可以達到蛋白質(zhì)、重金屬離子清除、脫臭、脫色、提純等目的，得到的乳酸也具有較好的耐熱性。1.3.6.6電滲析法電滲析技術(shù)不僅可以用于偶聯(lián)發(fā)酵，也可單獨用于發(fā)酵液分離提純?nèi)樗帷ｋ姖B析法是在離子交換技術(shù)與膜技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的分離提純技術(shù)。歐美率先將該技術(shù)運用于L一乳酸等有機酸的提取，在L一乳酸的提取過程中使用單極電滲析的目的是分離電解質(zhì)和非電解質(zhì)；濃縮乳酸鹽，用雙極電滲析的目的是最終將乳酸鹽變成高純度的乳酸，并回收堿回用到發(fā)酵罐中調(diào)pH值。該技術(shù)的最大優(yōu)點是分離提純效果好、回收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好，其缺點是能耗高，可以說是極具前景的方法。目前采用該技術(shù)的最大困難是日本和美國壟斷了離子交換膜，特別是雙極膜的生產(chǎn)技術(shù)，將裝備的售價提得較高。1.3.7L一乳酸的檢測方法目前，利用酶膜生物傳感器進行L一乳酸的檢測［19］是比較適用、方便的方法之一。其基本原理是固定化酶能特異性的作用于L一乳酸：L—乳酸+O2+H2O固定化L一乳酸氧化酶a丙酮酸+H2O2先用標準溶液標定，然后測定經(jīng)過離心、稀釋的發(fā)酵液（使終濃度W0.5mg/mL，pH6?8）,由定量進樣針吸取25aL,并注入反應(yīng)池，含有樣品的底物在樣品池中迅速按照一定比例混合均勻，底物透過酶膜圈的外層與固定化酶層接觸并反應(yīng)，放出的h2o2,透過酶膜圈的內(nèi)層與白金一銀電極接觸，并產(chǎn)生電流信號，該電流信號與底物濃度在一定范圍內(nèi)成線性比例關(guān)系，因此可以計算出L乳酸的含量。發(fā)酵法生產(chǎn)L一乳酸的原料乳酸作為廉價大宗化工原料，生產(chǎn)成本決定了其應(yīng)用范圍，選用廉價原料降低生產(chǎn)成本是每個乳酸生產(chǎn)企業(yè)必然考慮的問題。當前國際上研究的廢棄產(chǎn)物原料主要包括乳清、糖蜜、淀粉質(zhì)原料、纖維素類原料等。除米根霉發(fā)酵過程中營養(yǎng)要求相對簡單以外，乳酸細菌由于其相對苛刻的營養(yǎng)需求，在生產(chǎn)過程中往往需要添加各種不同營養(yǎng)元素，其中包括有機氮源、微量元素等來促進乳酸細菌的生長。通常情況下乳酸細菌發(fā)酵過程中添加酵母膏、蛋白胨、玉米漿等復(fù)合營養(yǎng)以及Mg2+、Mn2+、Fe2+等一些有利于乳酸細菌生長的金屬離子或者磷元素等都可以有效地促進產(chǎn)酸。廉價原料生產(chǎn)L一乳酸的研究利用廢棄以及廉價的原料來生產(chǎn)L一乳酸，既降低了L一乳酸的生產(chǎn)成本，同時又解決了廢棄物的處理及污染問題，一舉多得，很多學(xué)者和研究機構(gòu)都對此進行了大量研究。乳清是乳品加工業(yè)的副產(chǎn)品，每生產(chǎn)1kg干酪就副產(chǎn)9kg乳清，其中含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、無機鹽、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，這些營養(yǎng)成分能很好地促進許多微生物的生長，也使其在微生物發(fā)酵方面得到廣泛研究。糖蜜是制糖工業(yè)的副產(chǎn)品，100t的甘蔗可以生產(chǎn)出3?4t糖蜜，同樣的甜菜則可以產(chǎn)生4?6t糖蜜。糖蜜中的主要成分是蔗糖，還含有一些葡萄糖、果糖以及其它能溶于水的有機物和無機物，因為其中含有豐富的糖分和營養(yǎng)使其在作為發(fā)酵原料方面得到廣泛研究。淀粉質(zhì)原料及纖維質(zhì)原料可經(jīng)糖化后供發(fā)酵，米根霉能直接利用淀粉質(zhì)原料，這對于利用廢棄物或者廉價原料來說是優(yōu)良的菌株。淀粉及纖維素質(zhì)原料是目前用量最大的發(fā)酵原料，包括玉米，玉米芯，甜高粱，糙米，紅薯，土豆等，這其中又由于玉米光合效率高，產(chǎn)量大，種植面積廣，種植收獲運輸儲藏成本都相對低廉，而成為全世界最大的發(fā)酵原料。其他廢棄物如：釀酒廠廢棄酵母，廚房餐飲垃圾，濃醪酒糟，麩皮，甘蔗渣，秸稈等也能用于乳酸發(fā)酵，并有相關(guān)研究。對菌種的改造菌種是發(fā)酵的根本，通過理化誘變，代謝工程控制，原生質(zhì)體融合及基因工程改造等對菌種進行改良似乎是發(fā)酵工業(yè)的必經(jīng)之路。L一乳酸高產(chǎn)菌株應(yīng)具有以下生化特征：①較高的乳酸脫氫酶活性，弱化的丙酮酸脫氫酶系；②能耐高濃度的乳酸鹽，不具有以乳酸為惟一碳源而生長的能力，不能利用丙酮酸作為碳氮源生長。3.1物理誘變物理誘變劑包括紫外線、x射線、Y射線、快中子、激光和超聲波等。近年又有如微波、紅外射線、激光、高能電子流和離子注人等新手段。較常用的是紫外和離子注入。3.1.1紫外線誘變DNA分子強烈吸收紫外線，可引起DNA鏈的斷裂，DNA分子內(nèi)部和分子間交聯(lián)、核酸與蛋白質(zhì)交聯(lián)、嘧啶水合作用以及形成嘧啶二聚體等突變。樂曉潔等［20］人利用紫外線誘變方法，對出發(fā)菌株干酪乳桿菌YBQ1-1進行誘變處理，篩選得到了一株正向突變株YBQH2—14,其L—乳酸產(chǎn)量達到93g/L，對糖的轉(zhuǎn)化率達77.5%。比出發(fā)菌株產(chǎn)酸提高48.5%。福州大學(xué)楊虹［21］利用淀粉一酸性培養(yǎng)基富集培養(yǎng)，并結(jié)合高錳酸鉀一漠花鉀平板檢出方法從土壤篩選出產(chǎn)乳酸81g/L的根霉R—2菌株，以其為出發(fā)菌株經(jīng)紫外線誘變，從琥珀酸平板上獲得R—2—91，以葡萄糖為碳源的情況下產(chǎn)酸103g/L，對糖的轉(zhuǎn)化率為68.9%。3.1.2電離輻射誘變可用于微生物誘發(fā)突變的電離輻射有X射線、Y射線和快中子等。射線具有穿透力，能產(chǎn)生幾萬伏至幾百萬伏的電磁輻射能量?？熘凶邮怯芍凶哟┻^物質(zhì)的原子時，把原子核中的質(zhì)子撞擊出來而產(chǎn)生的，由于快中子能產(chǎn)生較大的電離密度，能有效地導(dǎo)致基因突變和染色體畸變。比較理想的射線源有60Co和】37Cs。浙江工業(yè)大學(xué)吳石金等［22］通過60Co、射線和紫外線誘變處理米根霉，得到L—乳酸高產(chǎn)突變株Rhi3—2，最高產(chǎn)量88g/L。3.1.3離子束誘變離子束生物工程是20世紀80年代中期興起于我國的邊緣交叉學(xué)科，它主要是研究低能離子即能量在100keV以下的離子與生物體的相互作用。離子束注人生物體，可同時向生物體某個局部輸入能量、物質(zhì)和電荷。這種物理、化學(xué)和生物學(xué)的聯(lián)合作用將強烈地影響生物細胞的生理和生化性能，其誘發(fā)突變率明顯高于物理誘變或化學(xué)誘變的單獨作用。劉勇軍等［23］采用新的物理誘變源一N+離子注入，對出發(fā)菌株乳酸細菌LB1進行誘變改良，獲得一株L—乳酸產(chǎn)量比出發(fā)菌株高2倍的突變株LB1—1。中科院等離子研究所古紹彬等［24］以葡萄糖為碳源對PW352菌株特性進行了研究，并在此基礎(chǔ)上采用離子束誘變的方法，對米根霉PW352進行改良，獲得高產(chǎn)L—乳酸菌株RE3303,產(chǎn)酸能力達131?136。最高可達140g/L，糖的轉(zhuǎn)化率為86%?90%，產(chǎn)酸PW352提75%。3.2化學(xué)誘變化學(xué)誘變劑包括堿基類似物、烷化劑、脫氨劑、移碼誘變劑、羥化劑和金屬鹽類等?；瘜W(xué)誘變所用誘變劑量小，突變頻率高，且具有較強的專一性，突變遺傳性狀穩(wěn)定，可以縮短育種進程。目前經(jīng)常采用的化學(xué)誘變劑主要是亞硝酸、硫酸二乙酯DES和亞硝基胍NTG。徐子鈞等［25］以代謝調(diào)空發(fā)酵理論依據(jù)，利用紫外線，亞硝基胍，DES等理化因.子對乳酸菌進行復(fù)合誘變，再用高濃乳酸鈣平板、純?nèi)樗崞桨?、琥珀酸平板篩選得到一株高產(chǎn)L一乳酸的正向突變株M7，平均發(fā)酵產(chǎn)量為90g/L，比原菌株產(chǎn)量提30%，對糖的轉(zhuǎn)化率為88.9%。鄭艷等［26］以初篩得到的一株干酪乳桿菌鼠李糖亞種突變株R2為出發(fā)菌株，經(jīng)紫外線、硫酸二乙酯，復(fù)合誘變處理，篩選出產(chǎn)乳酸較高的突變株ZY，L一乳酸產(chǎn)量達9.57g/200m1。L一乳酸含量達93.9%，糖的轉(zhuǎn)化率達96.3%。3.3基因工程技術(shù)基因工程是指將一種或多種生物體(供體)的基因在體外進行拼接重組，然后轉(zhuǎn)入另一種生物體(受體)內(nèi)，使之按照人們的意愿遺傳并表達出新的性狀。隨著DNA重組技術(shù)的發(fā)展，在乳酸菌的選育中利用該技術(shù)構(gòu)建乳酸菌株也不乏實例。Hakki&Akkaya等［27］報道了米根霉的基因工程菌構(gòu)建的研究結(jié)果。作者采用乳酸乳球菌的乳酸脫氫酶基因的DNA序列設(shè)計了引物，采用反轉(zhuǎn)錄一聚合酶鏈式反應(yīng)(RT—PCR)擴增了米根霉乳酸脫氫酶基因的片段，編碼接近為72%，以此為基礎(chǔ)進行米根霉基因工程菌生產(chǎn)乳酸的開發(fā)研究。ChristopherD.Skory［28］從米根霉中分離克隆出編碼NAD+依賴型的L一乳酸脫氫酶(L—LactateDehydrogenase，L—LDH)的兩個基因ldhA和ldhB，這兩個基因不包含內(nèi)含子，并且有超過90%的核苷酸序列是相似的。這是第一次對菌類的乳酸脫氫酶進行詳細描述。ChristopherD.Skory通過對各種LDH序列進行比較后發(fā)現(xiàn)ldhA和ldhB不同于以前分離的真核生物和原核生物的Ldh基因。在對乳酸發(fā)酵過程中的蛋白質(zhì)測序中發(fā)現(xiàn)，ldh編碼一個36kDa的蛋白質(zhì)，它能將丙酮酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗猁}。當以葡萄糖為碳源時ldhA最多，依次是木酮糖和海藻糖。但是在這些碳源培養(yǎng)基中卻沒有發(fā)現(xiàn)ldhB的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。當米根霉生長在丙三醇、乙醇和乳酸鹽上時發(fā)現(xiàn)有l(wèi)dhB轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)。ChristopherD.Skory于是假設(shè)ldhB編碼了第二種NAD+依賴型的乳酸脫氫酶，這種乳酸脫氫酶能將L一乳酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸鹽，而且只有在不發(fā)酵培養(yǎng)基中才會產(chǎn)生°ChristopherD.Skory將ldhA和ldhB這兩個基因成功的導(dǎo)人大腸桿菌(Escherichiacoli，ldhApf1)突變體中，這些大腸桿菌在厭氧條件下生長，并且能夠產(chǎn)生乳酸。KariKyla—Nikkila等［29］在研究瑞士乳桿菌(LactobacillushelveticusCNRZ32)和植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)中的乳酸脫氫酶ldhD和ldhL時發(fā)現(xiàn)，如果讓瑞士乳桿菌中l(wèi)dhD基因沉默不表達，那么L一乳酸產(chǎn)量會增加一倍；如果在植物乳桿菌中增加ldhL基因的拷貝數(shù)，會導(dǎo)致L一乳酸脫氫酶的大量增多，但是對乳酸產(chǎn)量卻幾乎沒有影響°Ferain等［30］進一步研究發(fā)現(xiàn)，在植物乳桿菌中阻止ldhD基因的表達并不能有效的影響乳酸的總產(chǎn)量。Davidson等［31］

發(fā)現(xiàn)只有在乳酸乳球菌(LactococcusLactis)中，當ldhL基因作為las操縱子的一部分時，整個操縱子的拷貝數(shù)會增加，并且會使得乳酸產(chǎn)量也有部分增加。Dong等［32］報道了基因工程菌E.coliRR1的構(gòu)建研究結(jié)果。從干酪乳桿菌中提取的L一乳酸脫氫酶被轉(zhuǎn)入到缺少D一乳酸脫氫酶和磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶的受體菌株中，這個重新整合的菌體只產(chǎn)生L一乳酸，而不產(chǎn)生D一乳酸。湖北工業(yè)大學(xué)周勝德等等人通過基因工程的方法先后構(gòu)建了分別產(chǎn)D一乳酸和L一乳酸的大腸桿菌。在大腸桿菌株中利用基因敲除的方法刪除了focA-pflB、adhE,frdBC基因，又通過基因突變的方法使ackA基因失活，從而構(gòu)建了一株產(chǎn)純D一乳酸的菌株SZ63(focA-pflBfrdBCadhEackA)［33］。同年他們在該變異菌株SZ63的基礎(chǔ)上將乳酸片球菌(Pediococcusacidilactici)中的L一乳酸脫氫酶的編碼片段和終止子轉(zhuǎn)入大腸桿菌中l(wèi)dhA基因的啟動子的下游，替代了大腸桿菌原有的D一乳酸脫氧酶基因，成功構(gòu)建了產(chǎn)L一乳酸的SZ79等多株菌株，并通過進一步的選育，培育出了一株L一乳酸的高產(chǎn)菌株SZ85。該菌株在只含葡萄糖及無機鹽的培養(yǎng)基中對糖的總轉(zhuǎn)化率達到94%，產(chǎn)物中L一乳酸的含量達到99%，但L(+)一乳酸的光學(xué)純度超過了99%。同條件下，以木糖作為發(fā)酵原料時，產(chǎn)量雖低于以葡萄糖為原料時的發(fā)酵產(chǎn)量，L(+)一乳酸產(chǎn)率也較高(總糖轉(zhuǎn)化率為82%)，光學(xué)純度也達到了99%［34］發(fā)酵產(chǎn)L一乳酸的工藝進展乳酸發(fā)酵時由于不斷生成產(chǎn)物(乳酸)而使發(fā)酵液的酸度上升，導(dǎo)致形成對菌體生長和乳酸的形成產(chǎn)生抑制作用，傳統(tǒng)發(fā)酵方式通常是加入碳酸鈣等中和劑進行中和，但這不僅增加分離提取的困難，而且影響產(chǎn)品質(zhì)量，并且造成了嚴重的污染。為了提高乳酸產(chǎn)率，改進分離過程，降低能耗和成本，減少環(huán)境污染，近年來圍繞乳酸生產(chǎn)的各個單元過程展開了許多研究，發(fā)展了一些有代表性的新工藝。4.1連續(xù)發(fā)酵4.1連續(xù)發(fā)酵"■I使用維持一定細胞濃度的恒濁器以及保持一定基質(zhì)濃度的恒化器可以進行乳酸的連續(xù)發(fā)酵。Bawmanes化學(xué)有限公司采用連續(xù)發(fā)酵乳酸的工藝，在2L連續(xù)發(fā)酵裝置上，每天置換1.5倍體積培養(yǎng)液，實現(xiàn)連續(xù)操作了64天。林建平等［35］對轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器固定化米根霉連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)L一乳酸進行了研究。結(jié)果表明：此方法進行乳酸發(fā)酵具有發(fā)酵速度快，得率高以及既能用于連續(xù)發(fā)酵又能用于間歇發(fā)酵等優(yōu)點。4.2細胞固定化發(fā)酵采用固定化乳酸菌技術(shù)可以提高細胞濃度和產(chǎn)率。在固定化細胞顆粒或生物顆粒中，細胞被限制在特定的載體中而保留了較高的生物活性，產(chǎn)酸效率更高。制備固定化細胞的方法有：吸附法、共價結(jié)合法、交聯(lián)法以及包埋法等4大類。吸附法以弱鍵連接，極易從支持物上脫離。而共價交聯(lián)法由于細胞膜參與載體的共價連接，可能給細胞帶來損壞，因此，這兩種方法在食品產(chǎn)品中應(yīng)用不多。而包埋法固定細胞具有很多優(yōu)點，如：方法簡便、條件溫和、穩(wěn)定性好、機械強度較好等。因此食品的生產(chǎn)中最常用的是包埋法。包埋法常用載體主要有聚丙烯酰胺、瓊脂、

明膠、k一卡拉膠、海藻酸鈉、聚氨酯等。以海藻酸鈉為固定化材料具有固化、成形方便，對微生物毒性小，固定化細胞密度高等優(yōu)點；以聚氨酯為固定化材料具有重量輕，相對用量少，固定化過程無需其他固定劑等優(yōu)點，在多種細胞的固定化上得到了廣泛的應(yīng)用。Hang等早在1989年就采用海藻酸鈣固定化米根霉孢子生產(chǎn)L一乳酸，最高產(chǎn)酸62g/L。Day等［36］將干酪乳桿菌的一個亞種進行細胞固定化，發(fā)酵糖蜜生產(chǎn)乳酸，也取得較好的效果。Dong等［32］采用聚氨酯泡沫法固定化米根霉發(fā)酵生產(chǎn)L一乳酸，速率比游離菌體提高了3倍。固定化方法簡單易行所制得的細胞穩(wěn)定性強，容易擴大生產(chǎn)。4.3原位分離發(fā)酵4.3原位分離發(fā)酵酵"Ml隨著發(fā)酵的進行，乳酸的不斷產(chǎn)生，發(fā)酵液的酸度逐漸升高，使得乳酸菌的生長和產(chǎn)酸受到抑制。為提高乳酸產(chǎn)率就需要保持高細胞濃度的同時及時從發(fā)酵液中移走典型的反饋抑制性產(chǎn)物乳酸。細胞循環(huán)發(fā)酵的思路，就是利用一定裝置讓成熟的發(fā)酵液流向后處理單元便于產(chǎn)物分離的同時，使菌體返回生物反應(yīng)器內(nèi)繼續(xù)使用，并適時排除衰老的細胞，也稱原位分離（insituproductremoval即ISPR）技術(shù)?？傊?，ISPR技術(shù)克服了傳統(tǒng)發(fā)酵工藝中的產(chǎn)物抑制、生產(chǎn)成本高和使用中和劑產(chǎn)生副產(chǎn)物污染環(huán)境等缺點，是今后乳酸發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展方向，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)，壓縮生產(chǎn)成本是除提高產(chǎn)量和得率外改進發(fā)酵工業(yè)的又一主要目的，如今已發(fā)展了原料糖化與發(fā)酵同步進行的SSF技術(shù)，又出現(xiàn)了發(fā)酵與提取相耦合的多種ISPR技術(shù)，都大大的提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)和廢棄物。4.3.1吸附發(fā)酵運用適當載體選擇性吸附產(chǎn)物乳酸，就可以減少產(chǎn)物抑制，常用的有活性炭、離子交換樹脂等。用固定化細胞發(fā)酵乳酸，將活性炭加入到柱型流化床生物反應(yīng)器中，可以適時吸附分離乳酸，降低發(fā)酵液酸度。國內(nèi)也開展了乳酸吸附發(fā)酵的相關(guān)研究。國產(chǎn)樹脂D354具有選擇性好、吸附容量大的特點，其分離效果與PVP樹脂相同。Moldes等［37］將SSF技術(shù)與離子交換樹脂吸附發(fā)酵液中乳酸相耦合，系統(tǒng)運作20h，乳酸產(chǎn)率達1.18g/L?h。4.3.2溶劑萃取發(fā)酵溶劑萃取發(fā)酵是在發(fā)酵過程中利用有機溶劑連續(xù)移走發(fā)酵產(chǎn)物以消除產(chǎn)物抑制的耦合發(fā)酵技術(shù)。它具有節(jié)省能源，溶劑選擇性高等優(yōu)點。有機溶劑載體主要有4種：如溶劑化載體、陰離子活性載體、陽離子活性載體以及整合型載體。用于乳酸萃取效果較好的載體有：HostarexA327（叔胺）、Alamine336（三辛胺和三葵胺的混合物）、AmbediteLA-2（仲胺）、Cyanex923（氧化三辛基磷和氧化三庚基磷的混合物）等。將這些載體溶于煤油、乙酸丁酯或油醇，于是胺載體與乳酸形成（1，1）、（2,1）、或（3,1）的乳酸一胺復(fù)合物，這些復(fù)合物在煤油中的溶解度很小。還可加入異葵醇或磷酸三丁酯等改良劑。Cyanex923則不需加改良劑。載體和乳酸形成特定的載體一乳酸復(fù)合物后，被有機相萃取，再用水、稀鹽酸、稀硫酸或氫氧化鈉溶液反萃取，即可獲得純凈的稀乳酸液，經(jīng)真空濃縮后即成為成品乳酸。目前國外較大型的乳酸廠家均采用有機溶劑萃取方式提取乳酸。近年來也有新的萃取發(fā)酵方法出現(xiàn)。Chen等［38］使用微孔中空纖維膜（MHF）溶劑萃取法，連續(xù)原位萃取乳酸。發(fā)酵菌種用德氏乳桿菌NRRLB445,乳酸發(fā)酵原料用纖維素等，硫酸水解預(yù)處理。加纖維素酶同時糖化萃取發(fā)酵(SSEF)，這種工藝實際是兩個工藝的組合：發(fā)酵液的SSF和流經(jīng)MHF的萃取工藝。文獻［39］報道，利用雙液相萃取法進行乳酸發(fā)酵，將聚乙二醇(PEG)水溶液和羥基醚纖維素(HEC)水溶液加入發(fā)酵液中使乳酸和菌體分離，HEC對細胞的生長無影響。該工藝與間歇發(fā)酵相比，乳酸產(chǎn)量提高15%。4.3.3電滲析發(fā)酵電滲析發(fā)酵(EDF)是在離子交換技術(shù)與膜技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的分離提純與發(fā)酵相耦合的技術(shù)，用電場使離子選擇性通過交換膜，以減少產(chǎn)物抑制。與離子交換不同的是，電滲析依靠電場的推動力，并且將具有選擇性透過的離子交換膜代替離子交換樹脂。電滲析發(fā)酵可以在不引入酸的條件下，將有機酸鹽轉(zhuǎn)化為有機酸，減輕了產(chǎn)物抑制作用，并回收利用堿溶液，縮減了現(xiàn)行的碳酸鈣中和發(fā)酵，發(fā)酵液濃縮、乳酸鈣結(jié)晶和乳酸鈣酸解等道工序，能夠降低生產(chǎn)過程能耗，減少環(huán)境污染，有利于提高L一乳酸的生產(chǎn)效益。但乳酸菌常附著到陰離子膜上，使電滲析效率下降，細胞固定化技術(shù)可以解決這個問題。EDF發(fā)酵系統(tǒng)主要由發(fā)酵罐、電滲析裝置、pH控制裝置、直流電源、微孔過濾裝置、濃縮液貯存罐、循環(huán)泵等組成。發(fā)酵液?日值由pH控制裝置控制，電滲析裝置原理如圖5。C一C一陽離子交換膜；D一不銹鋼陰極;A一陰離子交換膜；B一雙極膜；E一鈦涂釘陽極；L—一乳酸根離子；NaL一乳酸鈉；HL一乳酸圖5雙極膜電滲析原理示意圖4.3.4膜法發(fā)酵膜法發(fā)酵使發(fā)酵和分離過程相耦合，細胞循環(huán)使用，乳酸從發(fā)酵罐中連續(xù)移走，使發(fā)酵過程的細胞濃度保持較高的水平。細胞循環(huán)可以使用不同類型的膜，如滲析(依靠擴散排阻)、微濾和超濾(依靠分子排阻)等。Danner等［40］設(shè)計了超濾膜生物反應(yīng)器(MR)耦聯(lián)一單極電滲析箱(ED)，構(gòu)成MBR—ED單元操作系統(tǒng)，對能利用乙糖和戊糖的嗜熱脂肪芽孢桿菌BS119進行連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的研究。結(jié)果MBR—ED單元操作系統(tǒng)使乳酸濃度達到115g/L。在運行1052h后并未測出有微生物的污染。文獻［41］報道了，用細胞再循環(huán)反應(yīng)器進行連續(xù)的膜分離，形成的乳酸被連續(xù)排除，使培養(yǎng)基中的乳酸質(zhì)量分數(shù)保持在12%?；窘鉀Q了產(chǎn)物抑制的問題。L-乳酸的廣泛應(yīng)用與市場前景［42、43］5.1在食品行業(yè)中的應(yīng)用由于L一乳酸對人體無毒無副作用，而且易吸收，可直接參與體內(nèi)代謝，酸性柔和且穩(wěn)定，有助于食品的風味，因此L一乳酸及其衍生物，作為酸味劑、風味劑、乳化劑、殺菌劑、保鮮劑，pH調(diào)節(jié)劑、啤酒、糕點等廣泛的應(yīng)用于食品工業(yè)，占L一乳酸用量的一半以上。乳酸被美國FDA確認為安全(GRAS)優(yōu)良的防腐劑和腌漬劑。可以用于清涼飲料、糖果、糕點的生產(chǎn)。乳酸水溶液可以延長禽肉和魚肉的貨架期。乳酸酯可作為乳化劑用于烘烤食品中，如用于面包生產(chǎn)，使面包質(zhì)地松軟、細膩，還可以延長其貨架期。乳化劑生產(chǎn)需要熱穩(wěn)定性乳酸，只有合成熱穩(wěn)定的乳酸才可以滿足要求，在啤酒生產(chǎn)中，使用磷酸等有機酸調(diào)節(jié)pH，已全部改用乳酸。含乳酸的飲料因有益健康而在全世界都大有市場。5.2醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用L一乳酸可直接配置成藥物或制成乳酸鹽使用，由于乳酸對人和畜無害，而且有很強的殺菌作用，因而，乳酸可直接用作室內(nèi)外環(huán)境、飲食、手術(shù)室、病房、實驗室、車間等場所的消毒劑。L一乳酸、L一乳酸鈉與葡萄糖、氨基酸等復(fù)合配置成輸液，可治療酸中毒及高鉀血癥。L一乳酸鈣吸收率大于其他補鈣產(chǎn)品，是理想的鈣強化劑；L一乳酸亞鐵溶解性好，安全性高，吸收率高，是目前人體吸收率最好的鐵質(zhì)強化劑；L一乳酸鋅對提高兒童智商、加速生長發(fā)育、促進食欲、增強機體免疫力和抗病能力，增強創(chuàng)傷組織的再生能力，以及維護性器官發(fā)育起著重要作用；L一乳酸鉀可作為增香劑，抗氧化增效劑，在強化運動員的健康飲汁、果汁、減肥食品中都有無與倫比的效果。由聚乳酸制成的手術(shù)縫合線、生物植片、藥物緩釋劑等在臨床上都被廣泛應(yīng)用。5.3在輕工、化工、化妝品行業(yè)的應(yīng)用可作為紡織品的助染料劑，增加光澤，使觸感柔軟。在電子、航空和航天及半導(dǎo)體工業(yè)中作為精細金屬清潔劑。在皮革工業(yè)中，可用40%乳酸除去鞣皮中石灰，使皮革柔細密，提高皮革質(zhì)量。在卷煙工業(yè)中，可用乳酸除去煙草中雜質(zhì)，清除辛辣味，改善口味，提高煙草檔次以及在造紙、油漆、油墨、電鍍等工業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。在化妝品和清潔衛(wèi)生用品方面，乳酸可作為滋潤劑、皮膚增白劑、保濕劑抗菌劑、乳化劑、延長產(chǎn)品的保質(zhì)期等，作為一種十分重要的羥基酸，在配制清潔霜、嫩膚霜、浴液時，用于PH值調(diào)節(jié)，對改善皮膚組織結(jié)構(gòu)，消除皺紋，色斑、治療皮膚干燥、痤瘡等有顯著療效。5.4在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用由發(fā)酵獲得的阻乳酸氨溶液，可直接作為青貯料添加劑，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)飼料。另外L一乳酸還可以作為植物生長活力劑，水產(chǎn)用生菌劑等應(yīng)用于農(nóng)、漁業(yè)上，具有十分誘人的的開發(fā)前景。國外有的公司在尿素中添加乳酸等直接用于生產(chǎn)家畜飼料。5.5可生物降解材料聚乳酸生物工程材料聚L一乳酸是以L一乳酸為原料合成的高分子材料，無毒，具有良好的生物相溶性，可生物降解吸收，強度高，可塑性加工成型。它易被自然界中的各種微生物或動植物體內(nèi)的酶分解代謝，最終形成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，因而被認為是最有前途的可生物降解高分子材料。5.5.1可生物降解塑料為解決塑料廢棄物對環(huán)境造成污染問題，可生物降解塑料已經(jīng)在許多國家開始研究與應(yīng)用。聚乳酸塑料可用作生產(chǎn)農(nóng)用薄膜、食品包裝袋、保鮮膜、餐盒、塑料容器等。此外聚乳酸有望在不久的將來代替聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS等各種不可降解的塑料，以消除“白色污染”所造成的環(huán)境危機。5.5.2可生物降解醫(yī)用材料及藥物人類對醫(yī)用高分子材料的需求日益增大，特別是用于人體內(nèi)的高分子材料要求較高，需具有良好的物理化學(xué)性能，還要求與人體組織有良好的相溶性，有相當?shù)臋C械強度及耐久性，可經(jīng)受各種消毒處理及良好的加工性能，無毒副作用等。聚乳酸材料具備了這樣的條件，因此正在開發(fā)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域如個人衛(wèi)生用品及藥物控制釋放體系、醫(yī)用外套、以及手術(shù)縫合線、骨科固定、組織修復(fù)等可避免需要二次手術(shù)拆除的醫(yī)用材料。用特殊方法制成的聚乳酸微球是一種性能優(yōu)良的新型功能材料，具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、磁效應(yīng)、生物相容性、功能基團等特性，在固定化酶、靶向藥物、免疫分析、細胞分離、高級化妝品、環(huán)境友好型高效催化劑等方面，有廣闊的應(yīng)用前景，具有能控制制劑微粒粒徑、控制藥物釋放速度、延長藥物作用時間、減少藥物不良反應(yīng)、降低用藥劑量等優(yōu)點，還可用于特定組織和器官的藥物靶向釋放等。如采用乳化分散法制備利福平PLA微球，可緩慢地以接近恒速釋藥，釋放速度與PLA平均分子量、微球載藥量、微球粒徑、附加劑等因素直接相關(guān)，可望發(fā)展成為疫苗控釋體系，一次注射可完成全程免疫，有巨大的應(yīng)用價值。再如酮洛芬PLA微球有助于減輕口服酮洛芬普通片產(chǎn)生的毒副作用，丙酸睪丸素PLA微球的體外釋藥可維持緩釋達3個月。5.6乳酸衍生品乳酸乙酯/丁酯，乙烷基乳酸可用作綠色溶劑，具有高沸點、無毒、可降解等特點。5.7L-乳酸的市場前景展望L一乳酸的用途廣、品質(zhì)優(yōu)、正逐步取代DL一乳酸乳酸。乳酸為世界上公認的3大有機酸之一。由于乳酸與深加工產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的開拓，已使它在全世界范圍內(nèi)供不應(yīng)求，市場缺口迅速擴大。八十年代，全世界需L一乳酸僅4萬噸，九十年代初突破10萬噸，目前已增加到50萬噸左右。市場需求穩(wěn)步擴大。6.進一步開發(fā)建議綜上所述，L一乳酸產(chǎn)業(yè)是目前國內(nèi)外研究的熱門課題，乳酸的發(fā)酵工藝已基本過關(guān)，乳酸的提取技術(shù)也有所突破。但存在的主要問題是：發(fā)酵產(chǎn)酸率低，生產(chǎn)成本偏高；分離、提取設(shè)備落后，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定?？傮w上乳酸生產(chǎn)技術(shù)與國外有一定的差距。這一定程度上阻礙了我國乳酸行業(yè)的發(fā)展。因此，建議今后應(yīng)從以下方面還進一步深入研究。一個優(yōu)良的生產(chǎn)菌株是提高產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量和經(jīng)濟效益的保障。因此，一方面應(yīng)該繼續(xù)進行野生型乳酸生產(chǎn)菌株的篩選開發(fā)工作；另一方面應(yīng)該將傳統(tǒng)的誘變育種技術(shù)和分子生物學(xué)基因工程等先進的生物學(xué)手段來改造乳酸生產(chǎn)菌株，定向的選育能夠在低pH和高產(chǎn)物濃度中發(fā)酵高產(chǎn)L—乳酸的優(yōu)良菌株。對用廉價的農(nóng)林業(yè)廢棄原料來生產(chǎn)L一乳酸提起足夠的重視，要有效的降低乳酸生產(chǎn)所需的原料成本，減少一些可綜合利用的廢棄物排放到環(huán)境中所引起的污染問題。建立更加經(jīng)濟合理的乳酸分離提取工藝，提取工藝的差別對乳酸生產(chǎn)成本的減少起著十分重要的作用，這一步需要與發(fā)酵工藝和設(shè)備改進積極結(jié)合，尤其是在使用新型發(fā)酵工藝和設(shè)備的時候，建立與之相配套的分離純化工藝，對于降低乳酸生產(chǎn)成本的作用是十分積極的。參考文獻金其榮，張繼民，徐勤.有機酸發(fā)酵工藝學(xué)[M].北京；中國輕工業(yè)出版社，2000.⑵趙連祥，趙征.乳酸菌及其發(fā)酵制品生產(chǎn)技術(shù)[M].天津科技出版社，1999.鄭艷，劉長江，薛景珍L-乳酸高產(chǎn)菌株發(fā)酵條件的優(yōu)化[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2007-04,38(2)：35-237.汪多仁.L一乳酸的開發(fā)與應(yīng)用進展[J],化工中間體，2004，7:7-14.歐提庫爾，穆斯塔怕，張志東等.L一乳酸的研究進展及其應(yīng)用前景[J].新疆化工，2005-3：5-18.曹本昌，徐建林.L一乳酸研究綜述[J],食品與發(fā)酵工業(yè)，1993，(3):56-61.金其榮，張繼民，徐勤.有機酸發(fā)酵工藝學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000.邱春波，張麗萍.L一乳酸高產(chǎn)菌株選育的研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2006，7：27—30金其榮等.發(fā)酵有機酸生產(chǎn)及應(yīng)用手冊[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000.YuRC，HangYD.KineticofdirectfermentationofagriculturalcommoditiestoL—lacticacidbyRhizopusoryzae[J].BiotechndLett，1989，11(8):597—600.曹本昌，徐建林，匡群.根霉發(fā)酵L一乳酸[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1991，(1):37—40.蔣明珠，吳芷萍，許孟琴，等.L一乳酸發(fā)酵的研究[J].微生物學(xué)報，1991，31(1):41—47.楊子培，成琰如，袁東波，等.玉米淀粉深層發(fā)酵生產(chǎn)L一乳酸[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1994,(5):18—23.ZhangDX，CheryanM.DirectfermentmionofstarchtolacticacidbyLactobacillus[J]，AmylovorusBiotechnolLett，1991，(13):733—738.HujanenM，LinkoS，LinkoYY，eta1.OptimisationofmediaandcultivationconditionsforL—lacticacidproductionbyLactobacilluscaseiNRRLB—441[J].ApplMicrobiolBiotechnol，2001，56：126—130．DannerH.BacillusstearothermophilusforthermophilicproductionofL—lacticacid[J]．ApplBiochemBiotechnol，1998，71：895—903．PayotT.LacticacidproductionbyBacilluscoagulanskineticstudiesandoptimizationofculturemediumforbatchandcontinuousfermentations[J].EnzymeMicrobiolTechnol,1999,24：191—199.路福平.芽孢乳酸菌產(chǎn)乳酸條件的研究[J].天津輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1998,(2)：10—14.張秀鳳，李正英，江均平.細菌L一乳酸發(fā)酵的研究口].食品與機械，2005,21(5)：74—83.樂曉潔，王昌祿，顧曉波，等.細菌發(fā)酵生產(chǎn)L一乳酸高產(chǎn)菌株的選育[J].中國食品添加劑，2004，(1)：67—69.楊虹，林寧野，史美榕，產(chǎn)L一乳酸的絲狀真菌的研究口].微生物學(xué)通報，1994,21(6)：339—342.吳石金，周曉云，鄭怡.光學(xué)純度L一乳酸高產(chǎn)菌株的選育[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005,33(2)：2-4.劉勇軍，王昌祿，樂曉潔，等.離子注入誘變篩選高產(chǎn)L一乳酸菌及其發(fā)酵條件的初步研究[J].中國乳品工業(yè)，2003，31(1)：9—13.古紹彬，葛春梅，汪青宏，等.產(chǎn)L一乳酸米根霉PW352特性及低能離子注入誘變高產(chǎn)菌株研究[J].工業(yè)微生物，2004,34(1)：2—16.徐子鈞，李劍，馬建芳，等.L一乳酸高產(chǎn)菌株的選育[J].食品科技，2004,(1)：21—23.鄭艷，薛景珍，劉長江.L一乳酸發(fā)酵菌株的選育[J].微生物學(xué)雜志，2004,24(3)26?28.HakkiEE,AkkayaMS.RT—PCRamplificationofaRhizopusoryzaelactatedehydrogenasegenefragment[J].EnzymeandMicrobTechnol,2001,28：259—264.ChristopherD.Skory.IsolationandExpresaionofLactateDehydrogenaseGenesfromRhizopusoryzae[J].AppliedandEnvironmentalMicrobiology.2000,66(6)：2343?2348．Kar