第三章乳酸发酵工艺学
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乳酸生产工艺
乳酸生产工艺乳酸是一种重要的有机酸，广泛应用于食品、饲料、制药等领域。
乳酸生产工艺主要分为微生物法和化学法两种，其中微生物法是目前主要的生产方式。
微生物法的乳酸生产主要通过乳酸菌进行发酵过程。
一般来说，乳酸菌主要通过发酵乳制品来生产乳酸。
发酵乳主要使用牛奶或者其他乳制品作为基质，添加适量的菌种，然后通过恒温、密闭等条件进行发酵反应。
乳酸菌在发酵过程中会消耗基质中的乳糖，转化为乳酸。
发酵过程一般持续数小时至数天不等，期间还需要控制好发酵参数，例如温度、pH值、营养物质浓度等。
当乳酸生成达到一定浓度时，发酵结束。
乳酸微生物法的优点是原料易于获取，通过乳酸菌的代谢过程可以将乳糖等廉价废弃物转化为有用产品。
同时，该方法生产的乳酸属于天然产物，不存在对人体的危害。
此外，通过选择适宜的菌种和调节发酵条件，还可以获得优质的乳酸产品。
化学法是另一种乳酸生产技术，主要通过化学合成方式来制取乳酸。
化学法的基本反应是将烯化羧酸与醛缩合，然后进行加氢还原，生成乳酸。
化学法相较于微生物法来说，可以实现大规模连续生产，生产成本较低。
然而，化学法也存在一些问题。
首先，合成乳酸的反应过程复杂，需要多步反应，工艺条件要求较高，操作难度大。
同时，该方法生成的乳酸是racemic型乳酸，即旋光度为0，无法在某些特定领域或产品中使用。
此外，化学法生产的乳酸可能存在一些杂质，需要经过精炼提纯才能使用。
无论是微生物法还是化学法，乳酸生产过程中都需要考虑以下几个方面：基质选择、菌种选择、发酵条件、分离纯化等。
选择合适的基质是保证乳酸生产效率和质量的关键，常用的基质包括牛奶、蔗糖、玉米糖浆等。
乳酸菌的选择很重要，不同的菌种对基质的适应性和产酸能力有差异。
发酵条件的调控对于乳酸发酵效果起着决定性作用，例如温度、酸碱度、氧气供应等。
最后，对发酵液进行分离纯化，去除杂质，得到纯净的乳酸产品。
综上所述，乳酸是一种重要的有机酸，乳酸生产工艺主要包括微生物法和化学法。
乳酸的生产工艺
几点思考
中国的乳酸工业和国外发达国家相比还有一定 差距Biblioteka 目前和今后的工作应着眼于以下几点：
1）筛选生产L-乳酸选择性更高的菌种，以满 足L-乳酸日益增加的需求；
2）开发使用更廉价原料生产乳酸的工艺，如 用纤维素代替淀粉；
2）开发使用更廉价原料生产乳酸的工艺，如用纤维素代替淀粉； 随着乳酸需求量的增加需要开发消除产物抑制的新型乳酸分离方法。 根霉多数采用米根霉，传统的米根霉发酵采用游离细胞在搅拌罐中进行。 近几年，原位分离技术（InSituProductRemove,简称ISPR）在乳酸发酵的应用引起了世界范围的关注，如溶剂萃取发酵法（使用油酸、 叔胺等为萃取剂）、吸附法（离子交换树脂、活性炭、高分子树脂等）、膜法发酵（渗析、电渗析、中空纤维超滤膜、反渗透膜等） 等，这些方法在发酵过程中从培养介质中及时移走乳酸，达到减少产物抑制、控制pH值的目的，从而提高原料的利用率和产品产率， 对于实现连续生产过程具有重要意义 由于人体内只有代谢L－乳酸的酶，如果摄入过量D－乳酸，会引起代谢紊乱甚至酸中毒。 生产中应该选用能够进行同型乳酸发酵的菌种，以提高乳酸的产量。 发酵法主要以淀粉为原料，还可以葡萄糖、糖蜜等为原料，实际是己糖或能分解为己糖的化合物。 乳酸是一种天然有机酸，据旋光性可分为D-乳酸、L-乳酸和混合型DL-乳酸。 此发酵过程中，1mol葡萄糖可以生成2mo1乳酸，理论转化率为100%． 根霉多数采用米根霉，传统的米根霉发酵采用游离细胞在搅拌罐中进行。 1）筛选生产L-乳酸选择性更高的菌种，以满足L-乳酸日益增加的需求； 异型乳酸发酵的菌种除生成乳酸外，还生成乙醇、CO2和乙酸。 发酵法主要以淀粉为原料，还可以葡萄糖、糖蜜等为原料，实际是己糖或能分解为己糖的化合物。 传统的钙盐法生产乳酸的发酵工艺为：首先将淀粉糖化，接入筛选的菌种后，再加入碳酸钙以中和生成的乳酸，调节pH值在5. 由于人体内只有代谢L－乳酸的酶，如果摄入过量D－乳酸，会引起代谢紊乱甚至酸中毒。 异型乳酸发酵：异型乳酸发酵是某些乳酸菌利用己糖单磷酸盐途径，分解葡萄糖为5-磷酸核酮糖，再经差向异构酶作用变成5-磷酸木酮 糖，然后经磷酸酮解酶的作用下发生裂解反应，生成乙酰磷酸和3-磷酸甘油醛。
乳酸发酵工艺流程
乳酸发酵工艺流程1.选材与准备2.清洁与消毒在进行乳酸发酵之前，需要对设备和容器进行彻底的清洁和消毒。
这是为了防止细菌、酵母等其他微生物的污染。
常用的消毒方法包括高温消毒、化学消毒和紫外线消毒。
3.原料混合将选好的原料按照一定的配方混合。
这一步是为了确保乳酸菌在发酵过程中获取足够的营养。
4.发酵剂投加在混合好的原料中加入适量的发酵剂。
发酵剂中含有大量的乳酸菌，它们是乳酸发酵的主要微生物。
常用的发酵剂包括乳酸菌粉、乳酸菌液体培养物等。
5.发酵条件调控在乳酸发酵过程中，需要控制一系列的发酵条件，包括温度、酸碱度、氧气供应等。
不同的乳酸菌对这些条件有不同的要求。
一般来说，乳酸菌发酵的最适温度为37°C，酸碱度为pH4.5-5.56.发酵过程观察在发酵过程中，需要进行观察和监测。
可以通过测量pH值、溶氧度、温度等指标来了解发酵的进程和乳酸生成的情况。
同时，也要进行微生物检测，确保发酵过程没有细菌、酵母等不良微生物的污染。
7.发酵结束一般来说，乳酸发酵过程需要持续数小时至数天不等。
当乳酸的产量达到一定的程度时，发酵过程可以结束。
此时，可以通过冷却或加热等方式停止乳酸的合成。
8.乳酸分离与提纯发酵结束后，需要将发酵液中的乳酸与其他成分分离。
常用的分离方法有离心、过滤、蒸发等。
这一步是为了获得纯度较高的乳酸制品。
9.包装与储存最后，将分离和提纯好的乳酸制品进行包装，并进行保存。
包装要求密封性好，以防止空气、湿气等因素对乳酸制品的影响。
以上就是乳酸发酵的工艺流程。
通过控制发酵条件和合理选材，可以制备出多种口感和风味的乳酸制品。
乳酸发酵工艺在食品工业中有着广泛的应用价值，为人们提供了各种各样的美味和健康的食品。
乳酸的生产工艺
乳酸的生产工艺乳酸是一种重要的有机酸，在食品、制药、化妆品和环境等领域有广泛的应用。
乳酸的生产主要包括两个工艺：微生物发酵和化学合成。
微生物发酵生产乳酸的工艺是利用乳酸菌对含有易于发酵的碳源（如糖类）的物质进行发酵，产生乳酸。
常用的微生物包括乳酸菌属的乳酸杆菌、乳酸球菌等。
该工艺具有原料来源广泛、生产过程简单、产品纯度高等优点。
主要工艺流程如下：1. 提取菌种：从自然界中分离乳酸菌，经培养、筛选等步骤得到适合生产的菌种。
2. 激活菌种：将菌种转移到适合生长的培养基中，进行激活。
3. 培养菌种：将激活的菌种转移到大规模培养罐中，通过控制温度、pH等条件培养增殖。
4. 发酵：将培养好的菌种与含有易于发酵的碳源的物质混合，通过控制温度、pH等条件进行发酵。
5. 分离纯化：将发酵液进行分离纯化，去除杂质、提取乳酸。
化学合成生产乳酸的工艺主要适用于无法通过微生物发酵得到乳酸的特定情况，如高浓度、高纯度的乳酸。
化学合成工艺主要通过氧化反应和非氧化反应来合成乳酸。
常用的化学合成工艺有以下几种：1. 二氧化碳法：将含有二氧化碳的气体通入含有金属盐的溶液中，反应生成乳酸。
该工艺需要高压氧化器和脱碳装置。
2. 氧化法：将含有氧气的空气通入含有金属盐的溶液中，反应生成乳酸。
该工艺需要氧化反应器和乳酸蒸馏装置。
3. 甲醇法：将甲醇和含有盐酸的溶液反应生成氯乙酸甲酯，再通过水解反应生成乳酸。
该工艺需要甲醇反应器和水解装置。
以上是乳酸的生产工艺的简要介绍。
根据具体需求和条件，选择适合的工艺来生产乳酸，能够满足各个领域的应用需求。
随着生物工程技术的不断发展和创新，乳酸的生产工艺将进一步优化和提高。
乳酸发酵工艺流程
乳酸发酵工艺流程乳酸发酵是一种常见的发酵工艺，广泛应用于食品、饮料和药品等领域。
在乳酸发酵过程中，乳酸菌将葡萄糖转化为乳酸，产生酸味和香味，同时还能增加产品的保质期和营养价值。
下面将介绍乳酸发酵的工艺流程。
首先，原料的准备是乳酸发酵的第一步。
一般来说，乳酸发酵的原料主要包括牛奶、豆浆、果汁等。
在选择原料时，需要考虑原料的营养成分和微生物的适应性，以及产品的口感和香味。
同时，还需要对原料进行预处理，如加热、过滤、杀菌等，以保证原料的卫生安全和发酵的顺利进行。
其次，接种发酵菌是乳酸发酵的关键环节。
在选择发酵菌时，需要考虑菌株的稳定性、发酵速度和产酸能力。
常用的乳酸菌包括嗜热乳酸菌、嗜冷乳酸菌等。
接种发酵菌的方法有直接接种和预培养接种两种，根据产品的要求和工艺的特点选择合适的接种方法。
然后，控制发酵条件是乳酸发酵的关键。
发酵温度、pH值、氧气供应等因素都会影响发酵的效果。
一般来说，乳酸发酵的温度控制在35-45摄氏度之间，pH值控制在6.0-6.5之间，同时保证适当的氧气供应，可以有效地促进乳酸菌的生长和产酸。
最后，发酵结束后需要进行产品的后处理。
包括杀菌、冷却、包装等环节，以保证产品的卫生安全和口感品质。
同时，还需要对产品进行质量检验，包括酸度、菌落总数、外观等指标的检测，以确保产品符合国家标准和企业的质量要求。
总的来说，乳酸发酵工艺流程包括原料准备、接种发酵菌、控制发酵条件和产品后处理四个主要环节。
通过科学合理地控制这些环节，可以生产出口感好、营养丰富、质量稳定的乳酸发酵产品，满足消费者的需求，也有利于企业的可持续发展。
有机酸工艺学-乳酸发酵工艺2
¡
23 ℃~18 ℃ 1.5h
¡
18℃~10 ℃ 4h
10 ℃ 3~5h
¡ 洗晶——打碎晶体直径≥5mm
¡
离心→冷水洗涤→白晶体→纯水洗涤→粗乳酸钙
¡ 溶晶——石膏洗水+蒸汽，溶解粗乳酸钙
¡ 酸解—— 50%浓硫酸， ≤80 ℃，产生硫酸钙，乳酸
¡ 过滤——石膏渣洗涤，
¡ 脱色—— 0.3%~0.5%粉状活性炭， 70～80℃ 30min
¡ 硫酸钙的过滤由间歇板框过滤→移动盘式水平真空过滤机→ 连续胶带过滤机，过滤和节能效果显著。开发新的分离、精 制乳酸技术，如吸交法或色谱分离技术、分子蒸馏等技术， 不断提高我国L－乳酸的纯度和提取率。
培养基：
¡ ①种子培养基（单位：g/L)：葡萄糖40（玉米糖化液），小肽-2 30，玉米浆 5，豆粕水解液10，KH2PO4 1，(NH4)2SO4 5，碳酸 钙50，pH 6.0～6.5。灭菌条件：115℃，15min。
¡ ②发酵培养基（单位：g/L)：葡萄糖120～140（玉米糖化液）， 豆粕水解液为34.07，蛋白胨为24.40，玉米浆为10。碳酸钙量为 糖量的45%，pH 6.0～6.5；
¡
得20%粗乳酸
二、乳酸钙直接酸解“一步法”工艺
（1）工艺流程
（2）乳酸钙直接酸解(一步法)工艺的生产技术
①乳酸钙滤液的浓缩 将预处理过的澄清无浊的过滤液，打入一效蒸发器内，液面盖 过加热管时关闭进料阀门，通蒸汽。一次蒸汽保持在0.2～ 0.3MPa，当一效乳酸钙浓度达13～15％时， 将一效乳酸钙打入二效一部分。 每隔15～20min，一、二效之间串料一次。 不断补充新的乳酸钙料液。 二效的真空度控制在0.08MPa以上蒸发。当乳酸钙含量达30～ 35%时，关闭蒸汽和真空阀，打开放料阀放料。
乳酸发酵
双歧杆菌属（Bifidobacterium）
Bifidobacterium是1899年由法国学者Tissier从母乳营 养儿的粪便中分离出的一种厌氧的革兰氏阳性杆菌 ，末端常常分叉，故名双歧杆菌。目前已经发现， 双歧杆菌有32个亚型 。
乳酸代谢
同型乳酸发酵：经EMP途径，生成乳酸。 异型乳酸发酵：经PK途径，生成乳酸和 乙醇。 双歧乳酸发酵：经HK途径，生成乳酸和 乙酸。
原料预处理
鲜奶净乳 去除杂质
标准化 确定成品奶中脂肪含量及干物质含量的一致性 鲜奶均质
热处理 冷却
破碎脂肪球
90-95℃，15-30min
发酵工段 发酵剂投入
灌装入零售容器 保温培养 (酸奶发酵罐) 发酵 添加果料等
凝固型
发酵
搅拌型
冷藏
搅拌 灌装 冷藏
乳酸代谢途径？ 了解几种常见的乳酸菌？ 区别凝固型酸乳和搅拌型酸乳？ 了解酸奶发酵剂的概念及制备? 知道酸奶的制作工艺？
乳清蛋白 14%～24% 酪蛋白 76%～86%
发酵剂 发酵剂：是制作发酵型乳制品的特定微生物 的培养物，内含高浓度的乳酸菌。 嗜热链球菌与保加利亚 乳杆菌存在共生关系
四、发酵剂的制备
培养温度对杆菌与球菌数量的影响
发酵剂的作用： ①分解乳糖产生乳酸；
②产生挥发性风味物质丁二酮、乙醛等 ，使产品具有典型的风味，保加利亚 乳杆菌产生的。
乳酸脱氢酶
EMP途径
葡萄糖 己糖激酶
ATP ADP 乙醇
NAD 葡萄糖-6-磷酸 乙醇脱氢酶 NAD NADH+H+ 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 乙醛 NADH+H+ NAD 葡萄糖酸-6-磷酸 乙醛脱氢酶 NADH+H+ NAD 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 乙酰CoA NADH+H+ 5-磷酸核酮糖 磷酸转乙酰酶 5-磷酸核酮糖乙酰磷酸 3-差向异构酶 5-磷酸木酮糖 磷酸解酮酶 3-磷酸甘油醛 NAD NADH+H+ ATP ADP NAD NADH+H+
乳酸生产的工艺原理
4. 钱志良，胡军.乳酸的工业化生产,应用和 钱志良，胡军.乳酸的工业化生产, 市场.工业微生物，2001,31（ 市场.工业微生物，2001,31（2）： 49~53 5. 白冬梅，赵学明，李鑫钢等.米根霉发酵生 白冬梅，赵学明，李鑫钢等. 产L-（+）-乳酸研究进展.现代化工， 乳酸研究进展. 2002，22（ ）：9~13 2002，22（6）：9~13
乳酸纯品为无色液体，工业品为无色到浅 乳酸纯品为无色液体， 黄色液体。无气味，具有吸湿性。 黄色液体。无气味，具有吸湿性。相对密 1.2060(25/4℃ 熔点18℃ 度1.2060(25/4℃)。熔点18℃。沸点 122℃ 2kPa)。 122℃（2kPa)。折射率 nD(20℃)1.4392。能与水、乙醇、 nD(20℃)1.4392。能与水、乙醇、甘 油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。 油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。 在常压下加热分解，浓缩至50%时 在常压下加热分解，浓缩至50%时，部分 变成乳酸酐，因此产品中常含有10%变成乳酸酐，因此产品中常含有10%15%的乳酸酐 15%的乳酸酐。 的乳酸酐。
合成法
合成方法制备乳酸有乳腈法、丙稀腈法、丙酸法、丙稀法等，用于工业生产 的仅乳腈法(也叫乙醛氢氰酸法) 的仅乳腈法(也叫乙醛氢氰酸法)和丙稀腈法。 （1）乳腈法 乳腈法是将乙醛和冷的氢氰酸连续送入反应器生成乳腈（或直接用乳腈 作原料），用泵将乳腈打入水解釜，注入硫酸和水，使乳腈水解得到粗乳酸。 然后再将粗乳酸送人酯化釜，加入乙醇酯化，经精馏、浓缩、分解得精乳酸。 美国斯特林化学公司及日本的武藏野化学公司均采用此法合成乳酸。 （2）丙烯腈法 丙烯腈法是将丙烯腈和硫酸送入反应器中水解，再把水解物送人酯化反 应器中与甲醇反应；然后把硫酸氢铵分出后，粗酯送入蒸馏塔，塔底获精酯； 再将精酯送入第二蒸馏塔，加热分解，塔底得稀乳酸，经真空浓缩得产品。 （3）丙酸法 丙酸法以丙酸为原料，经过氯化、水解得粗乳酸；再经酯化、精馏、水 解得产品。该法原料价格较贵，仅日本大赛路公司等少数厂家采用。反应如 下： CH3CH2COOH Cl2一→CH3CHClCOOH NaOH— Cl2一 NaOH— →CH3CH(OH)COOH NaCl
第三章 酸乳生产技
三、酸乳国家标准 （一）感官指标 （二）理化指标 （三）微生物指标（见P84页）
四、酸乳生产的质量控制 1.凝固性差 ①原料乳质量 抗生素；掺水；掺碱；农药 ②发酵温度和时间 ③噬菌体污染 ④发酵剂活力 ⑤加糖量
2.乳清析出 ①原料乳热处理不当 ②发酵时间 ③其他因素 干物质含量 机械振动 钙盐不足 发酵剂添加量过大
3.风味不良 ①无芳香味 菌种 高温短时发酵 ②不洁味 杂菌 ③酸甜度 发酵过度、加糖过低、冷藏温度偏 高 ④原料乳异味
4.霉菌生长 5.砂状口感
第四节 乳酸菌饮料的加工
一、定义：乳酸菌乳饮料是一种发酵型的酸 性含乳饮料，通常以牛乳或乳粉、植物蛋 白乳（粉）、果蔬菜汁或糖类为原料，经 杀菌、冷却、接种乳酸菌发酵剂培养称为乳酸菌乳饮料，蛋白质含量不 低于0.7%的称为乳酸菌饮料。
第三节 酸乳的加工
一、凝固型酸乳的加工 （一）工艺流程
（一）凝固型酸乳的工艺流程
原料乳→净乳→标准化→配料→预热（60-70 ℃ ）
→均质（16-18MPa） →杀菌（95 ℃15min） →
冷却（43-45 ℃）→添加香料→ 接种（2%-5%） → 装瓶→ 发酵（42-43 ℃，2.5-4h）→ 冷却 →后熟（2-7 ℃）
冷却
冷却至45℃，稍高于发酵温度。
4 接种
☻充分搅拌
☻接种量一般接种量为2%～3%
☻发酵剂为保加利亚杆菌和嗜热链球菌的混合 菌种 ☻必须实行无菌操作方式
5 装瓶
★选择容器的种类、大小和形状
★在灌装前需对容器进行蒸汽灭菌
★保持灌装室接近无菌状态。
6 发酵
发酵时间的掌握
发酵终点的判断：
2.工艺要求 （1）发酵 在发酵罐中进行，发酵罐带有保温装置， 并设有温度计和PH计，温度要稳定，避免波动， 发酵罐上部和下部温差不超过1.5℃. （2）冷却 目的是快速抑制乳酸菌的生长和酶的活性，以防止 发酵过程产酸过度及搅拌时脱水。 冷却过快造成凝块收缩迅速，导致乳清分离；过慢 造成过酸和果料脱色。
有机酸工艺学-乳酸发酵工艺2
3.4.3乳酸精制工艺 3.4.3.1 乳酸精制工艺流程
3.4.3.2乳酸精制生产技术 （1）活性脱色
活性炭脱色是最常使用的乳酸净化除杂方法。粗乳酸的活性炭 脱色可在两种情况下进行。 ①在酸解过程中未除去石膏渣的溶液中，添加约2%的活性炭， 在硫酸钙结晶温度下，与结晶同时进行脱色1小时，活性炭随石 膏渣一起滤去。酸解同时脱色 ②在除去石膏渣的乳酸溶液中，视颜色的深浅，添加一定量的活 性炭，维持温度70～80℃、30min，进行脱色。
脂，进行阳离子交换。 pH 3.0以上的乳酸液供酸解工序做洗水， pH3.0以下开始收集。 每隔2 h检测一次铁的含量，严格控制铁离子的浓度小于3 mg/L。
当流出料液铁离子含量达3mg/L时，转入另一再生好的阳离子交 换柱，继续进行交换。 2)．阴离子交换树脂(331)交换 将去除阳离子的乳酸溶液以一定的流速通过树脂。 pH3以上的淡乳酸回收入淡乳酸贮槽，以作洗水之用。pH3.0开 始接收， 每隔2h检测一次氯化物，严格控制氯化物含量在5mg/L以下。树 脂吸饱后将料液放至树脂层，注入蒸馏水将乳酸压出至pH3.0， 回收淡乳酸。 3)．碳柱、331阴离子交换树脂、732阳离子交换树脂经多次反复使 用后，会吸附部分有机物和有害离子，使交换当量明显下降，应及 时进行活化，再生后方可使用。
（2）一次浓缩及脱色
将酸转入一次浓缩罐内，打开蒸汽阀加 热浓缩，
真空度不低于0.08MPa， 温度不得高于80℃。 料液浓度达45%～50%时，趁热放入脱
色罐中脱色。 视色度情况加入0.5%～1.0%的活性炭，
启动搅拌，脱色30分钟。 检查色度合格后进行过滤。
（3）碳柱脱色与离子交换
培添养加基。中的CaCO3是中和剂，可以分批
培养基无需灭菌，直接接入上述培养好 的种子液，培养物接种量为10%,
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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。
第三章乳酸发酵工艺学
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。
第三章乳酸发酵工艺学
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
第三章乳酸发酵工艺学
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
第三章乳酸发酵工艺学
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
第三章乳酸发酵工艺学
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
第三章乳酸发酵工艺学
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。
第三章乳酸发酵工艺学
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
第三章乳酸发酵工艺学
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。
第三章乳酸发酵工艺学
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。
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。
第三章乳酸发酵工艺学
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。
第三章乳酸发酵工艺学
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
第三章乳酸发酵工艺学
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
第三章乳酸发酵工艺学
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
第三章乳酸发酵工艺学
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
第三章乳酸发酵工艺学
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。
第三章乳酸发酵工艺学
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
第三章乳酸发酵工艺学
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。
第三章乳酸发酵工艺学
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。