乳酸的国内外研发、生产现状及应用前景

乳酸的国内外研发、生产现状及应用前景

刘 为 涛  （2051454119）

孝感学院新技术学院生物化学系2008.06

【内容摘要】乳酸是重要的生物化工产品 ,广泛用于医药、食品、饮料、日用化工、石油化工、皮革、卷烟工业等领域。特别是近年来开发出的L 乳酸的聚合物 ,可生产生物降解的农用地膜及其它塑料制品代替无法降解的常用塑料 ,能解决全球的“白色”污染问题。乳酸有广阔的国内外市场。介绍了乳酸的用途、生产方法、精制技术、国内外生产与需求现状与预测及产品价格。

【关键字】衍生物、代谢紊乱、白色污染、绿色奥运

乳酸(Lactic acid),化学名2-羟基丙酸(2-hydroxypropanoic acid),广泛应用于化学工业,如:食品、日用品、制药、皮革、油漆、烟草及纺织印染业等领域,近年来尤其表现在聚乳酸可降解材料及医用生物材料的应用。

简介

（一）用途

乳酸及其衍生物广泛应用于食品、医药、皮革、印染、香料等行业.

乳酸是重要的有机酸之一。乳酸是一种有机酸，呈无色或淡黄色粘稠状液体，呈弱酸性，味酸，与水任意混溶。广泛用于食品、酿酒、饮料、医药、皮革、饲料、塑料、采油、化工等领域，主要用作酸度调节剂、酸味剂、PH缓冲剂、防腐剂、石油助剂、可降解塑料等。

乳酸钠是一种天然食品添加剂，外观为无色至微黄糖浆状透明液体，味咸，与水任意混溶。主要用于食品、医药行业，食品行业用作风味保持剂、防腐剂，可以保持肉制品风味，延长货架期；医药上用作格林试液配制。

乳酸锌是一种营养强化剂，外观为白色粉末、结晶或颗粒，易溶于水。用于食品、饮料、医药等领域，主要用作补充人体锌元素，能够改善记忆力、促进脑部发育，乳酸锌具有含锌量高、易吸收、安全性好、适用范围广等优点。

乳酸钙是一种钙营养强化剂，外观为白色粉末或颗粒，略苦味，溶于水，极易溶于热水。用于食品、饮料、医药、饲料等领域，主要用作补充钙质，具有含钙高、易吸收、安全性好、适用范围广等优点。

乳酸亚铁是一种铁质营养强化剂，外观为淡黄绿色粉末、结晶或颗粒，易溶于水。用于食品、饮料、医药等领域，主要用作补充人体铁元素，能够治疗和缓解贫血症状，乳酸亚铁具有含铁量高、易吸收、安全性好、适用范围广等优点。

乳酸乙酯外观为无色至微黄色透明液体，有柔和果香，可与水任意混溶。用于酿酒、化妆品、溶剂、电渡等行业，主要用作酒类香料、化妆品助剂、有机溶剂等。

（二）生产方法、精制技术及成本

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。因此在食品工业中，或制造医药应用的乳酸酯及聚乳酸，则需要L-乳酸为原料。

    工业上生产乳酸的方法有发酵法和化学合成法。目前国内外所用发酵法主要生产L-乳酸；化学合成法则生成外消旋乳酸，即DL-乳酸。

目前国外Zui先进的生产工艺是由玉米等谷类为碳源，采用细菌发酵法生产L-乳酸。而国内大都还采用米根霉发酵法，用淀粉为碳源，用碳酸钙等中和剂控制发酵液的pH值，然后用硫酸中和，产生大量硫酸钙沉淀，使工艺繁复，而且带入大量杂质和染菌，使产品纯度下降。米根霉发酵是好氧发酵，能耗高，转化率仅80％。有公司用一种厌氧菌发酵，加氢氧化铵控制发酵液pH值，采用膜分离技术与清液单罐细菌连续发酵耦合工艺生产L-乳酸，以玉米为碳源，用湿法工艺制糖液，发酵液经微滤除菌丝体后，用膜澄清，一般电渗析提，再经双极膜电渗析，Zui后用高真空蒸馏得到纯L- 乳酸，光学纯度≥96％，转化率≥95％，提取收率≥90％，工艺简单，投资不高，能耗低，无废渣废水排放，成本约在每吨7500元。

国内现状

我国乳酸工业正处于重要的发展时期，产业日趋成熟。2006年我国乳酸总产能达到12万t/a，产量为 8万t。主要生产企业有河南金丹乳酸有限公司、丰原集团公司、江西武藏生物化工、孝感凯风生物工程有限责任公司等10家。随着人们对乳酸前景的看好，目前多家企业正计划建设乳酸装置，重庆博飞生化拟用玉米粉原料建设国内Zui大的乳酸企业；新加坡凯能公司计划采用膜分离技术建设2万t/a L-乳酸装置，工厂选址江苏宜兴；山东景芝集团拟建5000t/a L-乳酸生产线；瑞士伊文达菲瑟公司、哈尔滨威力公司与杭州中化国际集团共同投资4亿元，建设乳酸装置，并将进一步建设1万t/a聚乳酸生产线。

  乳酸生产技术经过长期的努力已取得了突破性进展，经过进一步完善（如采用专用设备和解决放大问题）并实行经济规模生产，则具有较强的国际竞争力。国际上公认的性能优越的L－乳酸生产已经达到工业化生产条件。

    作为乳酸发展的重要条件市场，经过长期工作已有重要开拓，特别是我国相关行业已在加速产业结构调整和产品优化升级，将开辟更为广阔的市场。加入WTO将为我国乳酸出口创造更为有利的条件。在2005年，我国乳酸消费可以达到3万吨／年以上，其中啤酒和其他食品工业可达1万吨／年以上，其他工业消费1万吨／年以上，出口1万吨／年以上。实际上，有关方面对未来5年的消费前景持更加乐观的态度。

　　根据我国可持续发展战略，传统塑料造成的“白色污染”已受到国家严格的限制。跟踪国外工业发达国家的科技发展动向，我国采用以再生资源为原料经过生物技术Zui终生产生物降解的聚乳酸已是历史的选择，并已提到日程上来，其发展前景可达百万吨以上。

　　随着我国农业持续稳定发展，乳酸生产所需的大米、玉米等原料供应充足。实际上，在党的富民政策指引下，我国农村粮食产品迅速提高，如何将粮食产品进行深度加工，生产高附加值的产品，走农业产业化的路子，已经现实地摆在我们面前。每生产1吨乳酸可消费大米1.5吨，因而大力发展乳酸对推进我国大米尤其是低档米和玉米的工业转化具有重要意义。

随着我国深化改革的进展，改革乳酸生产投资和经营体制，发展企业集团，以整体实力同国外跨国公司相抗衡的条件也已成熟。

前景开发

（一）食品工业方面   

乳酸及其衍生物在食品工业方面用作酸味剂、防腐剂和食品强化剂等。乳酸作为酸味剂，既能使食品具有微酸性，又不掩盖水果和蔬菜的天然风味与芳香，常和糖类及甜味剂并用改善食品风味，抑制微生物，护色，改善粘度，使氧化剂增效和起螯合作用。

目前在世界乳酸总消费中，食品工业约占60％，其他主要用于医药工业和制造乳酸衍生物。目前世界乳酸年产能力约为20万吨，实际消费量约15万吨。我国目前年生产能力约3～4万吨，产品纯度较低，生产成本较高。为适应国内外对乳酸的需求量逐年增长的形势，我们必须在产量与质量方面加快发展。

（二）前景广阔的新型包装材料--聚乳酸

    随着2008年北京奥运会的一步步临近，环境问题、垃圾处理问题的解决变得越来越迫切。据估计，北京奥运期间将产生10000吨以上垃圾，其中大部分为餐饮垃圾，包括百分之四即400吨的不可回收的塑料垃圾。是否能科学地处理这些垃圾，将直接关系到“绿色奥运”理念的落实。

　　2008年3月16日，“面向奥运服务的生物降解塑料研讨会”在北京创业大厦召开。会上，许多人围在浙江海正生物材料股份有限公司的展台前，对他们的样品赞不绝口。很多人没想到这么漂亮的一次性碗、盘、杯、叉、刀、勺是用海正自己产的“玉米塑料”做成。要是不说，看上去和进口树脂产品不分上下。

    40年来人们一直使用的塑料是以石油为基础的，而先进的生物技术将一端输入玉米，而在另一端生产出来的是塑料。世界塑料的年总产量为2亿吨，我国为2000万吨。以石油为原料的高分子应用已经渗透到国民经济的各个领域，与人们生活息息相关。石油资源渐趋枯竭。而聚乳酸(PLA)作为绿色包装材料，业已取得德国Kompostierbar、欧盟OKCompost、日本GreenPLA、美国Compostable的认证，可方便地破除发达国家的绿色贸易壁垒。现在，美国NatureWorks公司，年产14万吨PLA树脂，在国际上有许多下游企业与之合作，大力推动其在中国的市场，也促进了国内的发展速度。而随着2008年北京奥运会的日益推进，中国人则更希望国内的企业在PLA方面能有一席之地。

近年来，许多国家为解决“白色污染”问题，开发出由L-乳酸聚合得到的聚乳酸，这种聚合物有良好的生物相容性和可生物降解性，其降解的Zui终产物是二氧化碳和水，分解的中间产物乳酸对人体无害，因此在美国、日本和欧洲等国引起极为广泛兴趣，并已较大规模投产和投放市场。例如，一些国家已将聚乳酸用来制作食品包装材料。

（三）我国研发出医用级聚乳酸生物可降解材料 

Zui近，作为我国首家目标为开发和生产体内和体外医用聚乳酸类生物可降解材料的生产厂家――长春圣博玛生物材料有限公司在长春高新区注册成立。

　　该公司正准备以独创的体外输液用聚乳酸的生产技术，开发体外医用级生物可降解聚乳酸原材料的生产技术，并进行输液产品和制品的研发，如体外用的输液用注射器、输液管、输液袋等。

　　用这种新医用材料可研制出体内医用的可吸收骨固定螺钉、板等；组织工程修复支架材料、药物缓释的载体材料；体内各种临时性支撑或固定管、棒等。同时，这种医用可降解新材料解决了单纯聚乳酸韧性差、易脆性断裂的关键重大问题。在承重大骨和额面骨用的骨钉和骨板上使用更具有明显的优势。羟基磷灰石具有促进骨诱导和骨传导再生的能力，其制品的力学性能和修复效果远远超过目前市场上使用的单纯聚乳酸制品。

   
    总而言之，在当前我国市场经济蓬勃发展的今天，根据当今世界经济发展的特点和形势对乳酸工业都提出了新的要求和新的发展方向。采用先进的生产工艺、降低生产成本、提高产品质量，是大力发展我国乳酸工业的必由之路。