有机酸工艺学-乳酸发酵工艺2

（4）膜（纳米）过滤 ¡ 将去离子的乳酸液，再经过膜（纳米）过滤装置，除
去大分子量的蛋白、胶体等，使乳酸质量由５～３号 色提高到１号色。
（5）二次浓缩 ¡ 将经过离子交换处理过的乳酸溶液吸入二次浓缩罐中，
控制温度70℃以下蒸发浓缩。不断添加新料，并视料 液的颜色情况添加少量活性炭，浓缩至乳酸含量
82%～85%时，趁热放料，通过板框过滤，获得纯净 的乳酸成品。
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；
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。
¡
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。
长旺盛，占据绝对优势.
3.4乳酸的提取和精制生产技术
从发酵液中提取和精制乳酸的主要生产过程为
3.4.1发酵液的预处理
¡ （1）细菌乳酸发酵液特点及其处理
¡ 乳酸菌一般不耐酸，通常乳酸是在过剩CaCO3存在的条 件下进行的。
¡ 乳酸和CaCO3反应，生成五个水的水合型乳酸钙。 ¡ 发酵醪变粘稠。 ¡ 尤其当初糖浓度高时，甚至会使整个发酵醪固化，给后
0.25%； CaCO3 过量添加。
¡ ⑵发酵接种物的制备： ¡ 在种子罐中装入按上述配方的种子培养基，填充系数为
80%，若是刚从60℃降温至50℃的培养基不必灭菌，直接 接入锥形瓶中培养合格的德氏乳杆菌种子液，接种量为5～ 10%，在50 1℃培养24 h。
¡ ⑶发酵操作
¡ 发酵罐用温水(40～60℃)洗净，在发酵 罐内按上述配方配置发酵培养基，填充 系数为80%左右。一般液面离罐顶为 30～40 cm，防止发酵过程中泡沫溢出。
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。
¡
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
3.3发酵工艺及控制条件
¡ 3.1细菌乳酸发酵工艺及技术 ¡ 细菌乳酸发酵因所采用的菌种和原料不同，工艺路线稍有差
别。
淀粉质原料：
水解糖乳酸发酵技术、大米乳酸发酵技术、薯干粉乳酸发酵技 术、玉米乳酸发酵技术、
糖质原料：
蔗糖和糖蜜乳酸发酵技术、葡萄糖乳酸发酵技术、
乳清乳酸发酵技术
国内外生产乳酸的主要原料
3.4.2乳酸提取工艺与技术
¡ 一、乳酸钙前结晶工艺
¡ 发酵滤液→浓缩→冷却结晶→洗晶→分离→干燥→乳酸钙
¡
↓
¡ 粗乳酸←脱色←过滤 ← 酸解←加热溶解
¡
↑↓
↑
¡
活性炭 硫酸钙 浓硫酸
¡ 浓缩——减压 蒸发70 ℃ 乳酸钙浓度26%~28%
¡ 结晶——30 ℃，加入6%~7%的晶种
¡
30 ℃~23 ℃ 1h
¡ 积极开发嗜热芽孢杆菌、鼠李糖乳杆菌等乳酸细菌的L－乳 酸发酵研究，其优点是发酵温度高，无需提供无菌空气和机
械搅拌。
¡ 江苏省微生物研究所曹本昌等筛选获得一株干酪乳杆菌鼠李
糖亚种（L·casei Subsp rhamnosus）此菌在50℃厌气发酵，
产酸率达90g/L。
¡ 梁大芳等筛选分离获得鼠李乳杆菌IFFI—422，此菌在40℃ 下发酵48小时，产L-乳酸达88g/L，转化率和产酸率分别为 95.6%和1.83 g/L。西欧、比利时采用基因工程技术，构建 工程细菌可产L-乳酸180g/L。
2 . 工艺方面
¡ （1）原料上采用廉价的来源广泛的玉米粉，生产 原料的予处理过程中，吸收柠檬酸行业的经验，采 用罐外喷射液化技术，能耗和原料消耗明显降低， 发酵设备利用率不断提高。
¡ （2）2006年天津科技大学与河南金丹乳酸厂共同 开发了玉米去渣清液发酵新工艺，经过多年的生产 应用和完善，现已在全行业中推广普及。由粗料改 为细料发酵，为高糖高酸发酵技术的应用奠定技术 支撑。提高了发酵产酸和转化率。
¡ （3）采用固定化活细胞技术，提高产酸速率。将 生长的乳酸细菌和根霉菌固定于海藻酸钠、卡拉胶、 聚丙酰胺和聚氨酯泡沫颗粒中，进行L－乳酸发酵， 产酸率显著提高。
¡ （4）在乳酸钙直接酸解(一步法)，乳酸提取中，采用等当 量连续酸解新工艺，缩短酸解时间，减少酸解设备吨位和负 荷，提高生产环境的卫生条件。
原料上采用廉价的来源广泛的玉米粉，采用“双酶”糖化或除 渣清液发酵生产乳酸。
¡ 以玉米原料双酶水解糖乳酸发酵技术为代表，介绍细菌DL乳酸发酵。
（一）玉米原料发酵生产乳酸工艺流程
乳酸
（二）细菌乳酸发酵生产技术
¡ 1．DL-乳酸发酵生产技术 ¡ ⑴培养基 种子与发酵培养基相同。即： ¡ 水解糖（水解糖）15%；麦根0.375%； (NH4)2HPO4
¡ 发酵温度控制在50℃，高于一般微生物 的生长发育温度。
¡ 发酵罐口敞开，以利CO2自由逸出。当 残糖降至1g/L时就视为分解完成。
¡ 整个过程大约需3～4d
水解糖发酵过程曲线
¡ 发酵结束时，乳酸菌活力降低，
¡ 料液温度开始源自文库降，发酵醪带有一种黏性，
¡ 同时丙酸菌可能开始活动，从而影响产品的纯 度和产率。
续操作带来麻烦。 ¡
细菌乳酸发酵液预处理策略
要及时升温至90～100℃， 并同时加入石灰乳，将pH调高至9.5～10， 搅匀后，静止4～6 h， 使菌体、麦根等悬浮物下沉。 避免乳酸钙结晶析出，澄清过程中需保温55℃， 然后将上清液放出，沉渣单独处理。
（2）发酵液过滤
¡ 加入助滤剂CaSO4 ¡板框过滤机预热70~80 ℃，过滤，滤液1 ¡滤饼用，70~80 ℃水洗，过滤，滤液2 ¡ 滤液1+滤液2，加活性炭1.5~2.0%， ¡60~70 ℃脱色过滤， ¡ 乳酸，乳酸钙清液
¡ 因此应及时加入石灰乳，将pH值提高到10左右。 ¡ 同时升高温度至90℃,使菌体和其他悬浮物下沉，
澄清后将上清液和沉淀物分别放出，进入提取 工序。
¡ 发酵罐用热水洗净后再使用。
3．细菌乳酸发酵技术要点
¡ ⑴菌种：
¡ 细菌TL-2 (Lactobacillus casei， 乳酸乳杆菌干酪亚种)、嗜热脂 肪芽孢杆菌(B.stearothermophilus)等
¡ 经过一次浓缩脱色后的乳酸溶液仍含有少 量的无机或有机杂质，可采用碳柱脱色和离 子交换法，使溶液流过颗粒活性炭柱、H＋型 阳离子交换柱、OH-型阴离子交换柱，去除 无机物质、部分色素物质和部分含氮物质。
1)． 阳离子交换树脂(732)交换 ¡ 将经碳柱脱色合格的40%～50%乳酸溶液以一定的速度通过树
乳酸钙溶解度
②酸解与过滤：酸解、酸解终点控制、酸解液的抽滤
A.酸解 酸解锅中打入适量的淡乳酸及适量的硫酸(浓度控制45～ 50%)。酸解温度控制在80 1℃。 B.酸解终点控制 酸水解2～3 h至终点后取样检测。其方法是将样品经滤纸分 别滴入比色板上两穴内数滴， 一穴内加入草酸铵一滴，若混浊表明硫酸加量不足； 另一穴加入氯化钡一滴，若混浊说明硫酸过量。 如两穴皆混，说明反应未进行完全。 C.酸解液的抽滤 将保温于80℃的酸解液迅速注入抽滤槽中，打开抽滤及真空 阀，趁热抽滤。一般洗涤3～5次。
¡ 培养基中的CaCO3是中和剂，可以分批 添加。
¡ 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%,
¡ 温度控制在50 1℃发酵。 ¡ 如采用分批添加CaCO3的工艺，应注意
不要使pH值降到5.0以 下。否则会影响 发酵速度。
¡ 发酵过程中，每个班次要检查2～3次pH 值和残糖，观察发酵过程是否正常。
¡ 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。
3.5.2新工艺新技术在乳酸发酵生产中 的应用
¡ 近年来，美国、日本、西欧及我国等许多国 家竞相研究发酵法生产L－乳酸，不断开发出 新菌种、新工艺、新技术和新设备。其科技 进步主要有：
¡ 1 . 菌种方面 ¡ 2 . 工艺方面 ¡ 3 . 设备方面
1 . 菌种方面：
¡ 国内外纷纷开展米根霉L－乳酸发酵的研究，主攻方向是 选育产L-乳酸纯度为95％以上的高产菌种，进一步提高转化 率，缩短发酵周期，由50小时缩短到34小时。
¡ 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。
（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
酵都需要复杂的外源营养物质。必须供给各种氨基酸、 维生素、核酸碱基等营养因子. ¡ 发酵过程中营养物质必须控制在生长的亚适量水平。 ¡ （3） 杂菌污染的控制： ¡ 乳酸细菌的乳酸发酵控制温度较高，为50℃左右，一 般杂菌难以在此环境中生存，而使乳酸发酵安全进行。
¡ ①加强发酵罐(池)的清洁与灭菌。 ¡ ②严格控制发酵温度， ¡ ③加大接种量，在发酵时加大接种量以使生产菌株生
¡ 发酵条件控制：
¡ 初糖浓度为146g/L，小肽-3 为14.2(g/L)；摇床培养时间24 (h)后进 行静止培养，培养温度为42℃，维持初糖浓度与小肽-3的比值为 15.5：1，发酵周期为60h，乳酸产量为142.5g/L，转化率为 97.52%。
3．细菌乳酸发酵技术要点
（2）营养物质的控制： ¡ 乳酸细菌大多数缺乏合成代谢途径，它们的生长和发
¡ 二次浓缩获得的乳酸液达到乳酸含量82%～85%；Fe 离子 ≤5.mg/L；Cl离子≤10 mg/L；色度3～5号色。
3.5乳酸的质量标准及新工艺新技术
¡ 3.5.1乳酸的质量标准 ¡中华人民共和国国家标准GB 2023--2003规
定作为食品添加剂的乳酸质量应符合以下要 求: ¡1．性状: 油状液体。 ¡ 2．气味：无刺激，无异味。 ¡ 3．理化指标