摘 要：本文介紹了當前乳酸提取和精制技術(shù)進(jìn)展現狀，對結晶分離技術(shù)、萃取技術(shù)、酯化水解技術(shù)、分子蒸餾技術(shù)、色譜分離技術(shù)、膜分離技術(shù)、電滲析分離技術(shù)等主要提取和精制技術(shù)在乳酸規?；a(chǎn)應用中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了討論，并對乳酸提取精制技術(shù)的前景進(jìn)行了展望。

　　關(guān)鍵詞：乳酸 提取 精制

　　乳酸又稱(chēng)為2-羥基丙酸，主要是以淀粉生物質(zhì)為原料經(jīng)微生物發(fā)酵或采用化學(xué)合成法制取，廣泛應用于食品、醫藥、化工、新材料、飼料等諸多重要產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。提高乳酸、聚乳酸等產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)水平是我國“十二五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規劃重點(diǎn)支持的領(lǐng)域。

　　以乳酸為原料制備聚乳酸、丙酮酸(PA)等乳酸下游產(chǎn)品，乳酸產(chǎn)品質(zhì)量和價(jià)格對下游產(chǎn)品收率和成本有著(zhù)決定性影響，這是當前聚乳酸及其它乳酸下游產(chǎn)品未能廣泛推廣的一個(gè)主要因素?，F有乳酸生產(chǎn)技術(shù)多為發(fā)酵法生產(chǎn)，乳酸發(fā)酵料液蒸發(fā)-酸解-脫色-離交-濃縮-成品這一提取工藝一直在乳酸提取技術(shù)中占據主流地位，為提高乳酸產(chǎn)品質(zhì)量，滿(mǎn)足使用需求，目前我國主要采用分子蒸餾、膜過(guò)濾等方法對乳酸成品進(jìn)行再加工，國外先進(jìn)乳酸制造企業(yè)采用色譜分離法取代乳酸酸解后的脫色和離交工藝?，F就近年來(lái)乳酸最新提取和精制技術(shù)的主要進(jìn)展和新的發(fā)展趨勢進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

　　1 結晶分離技術(shù)

　　以前我們所提的乳酸結晶分離技術(shù)是指乳酸鈣結晶-酸解工藝。本文所提的乳酸結晶分離技術(shù)是最近正在研究的乳酸成品結晶分離技術(shù)。該技術(shù)是乳酸成品在一定的溫度、濃度等條件下實(shí)現結晶，其晶體乳酸經(jīng)過(guò)分離、融化制得高純度產(chǎn)品，分離的母液進(jìn)行循環(huán)結晶。L-乳酸(當前市場(chǎng)上主要乳酸產(chǎn)品，光學(xué)純度98%以上，化學(xué)純度95%以上)經(jīng)過(guò)結晶分離制得的產(chǎn)品經(jīng)檢測，光學(xué)純度(L-乳酸占總乳酸的含量)≥99.5%，化學(xué)純度(L-乳酸占總酸的含量)≥97%，色度<25APHA。由于L-乳酸的光學(xué)純度主要受發(fā)酵菌種決定，精制提取技術(shù)很難對其提升，而結晶分離技術(shù)可以對L-乳酸光學(xué)純度進(jìn)一步提升。因此，該技術(shù)相比較其它同類(lèi)產(chǎn)品工業(yè)化技術(shù)，在產(chǎn)品光學(xué)純度方面可達到世界領(lǐng)先。該技術(shù)的乳酸收率約為60%，盡管結晶分離出的母液可以循環(huán)再制成普通乳酸，但成本仍是該技術(shù)面臨的主要難題。在高端乳酸產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)方面，結晶分離技術(shù)將是研究的熱點(diǎn)。

　　2 萃取技術(shù)

　　萃取技術(shù)是依據相似相溶的原理，采用適當的溶劑加入發(fā)酵體系將乳酸萃取到萃箱進(jìn)行分離提純的一種方法。發(fā)酵與萃取耦合的原位分離技術(shù)是目前報道最先進(jìn)的發(fā)酵提取技術(shù)，在發(fā)酵的同時(shí)通過(guò)添加萃取劑將乳酸從發(fā)酵體系中萃取出來(lái)，在簡(jiǎn)化了發(fā)酵過(guò)程的同時(shí)消除了產(chǎn)物抑制，提高了發(fā)酵轉化率[1]。但一般萃取劑大多具有一定的毒性，影響發(fā)酵菌種的活性，且生產(chǎn)過(guò)程不易控制，該技術(shù)目前僅停留在實(shí)驗室階段。從乳酸發(fā)酵結束后的發(fā)酵液中萃取乳酸是現在研究最熱的提取技術(shù)之一，萃取劑采用正丁醇、三正辛基氧化膦、磷酸三丁酯以及胺類(lèi)物質(zhì)等均已有報道，但存在收率低、萃取劑殘留等問(wèn)題，特別是這些報道的反萃取過(guò)程不能直接得到乳酸，只能得到乳酸鹽或者乳酸衍生物類(lèi)，致使該技術(shù)難以工業(yè)化應用。目前有研究采用復合萃取劑提取乳酸酸解料液中的乳酸，反萃取通過(guò)熱水可以直接提取出乳酸，該技術(shù)若能成功實(shí)施工業(yè)化，將是我國乳酸提取技術(shù)的一大進(jìn)步。盡管萃取技術(shù)提取的乳酸成品質(zhì)量與分子蒸餾、色譜分離以及結晶分離等技術(shù)有著(zhù)些微差距，但它以乳酸酸解料進(jìn)行，具有無(wú)可比擬的成本優(yōu)勢。應用萃取技術(shù)的關(guān)鍵是尋找無(wú)毒、高效、可實(shí)現溫差反萃、經(jīng)濟可行的萃取劑，以及高效的從有機相中直接分離出乳酸。

　　3 酯化水解法

　　酯化水解法在1946年就有文獻[2]報道，乳酸或乳酸鈣在催化劑的作用下，與低級醇反應生成酯，蒸餾出乳酸酯進(jìn)行水解制得高純度的乳酸。但受反應平衡限制，收率低，難以實(shí)現工業(yè)化應用。目前有研究在對酯化水解法進(jìn)行改進(jìn)，原料采用無(wú)毒廉價(jià)的乙醇，環(huán)己烷作帶水劑，在安全環(huán)保方面實(shí)現了突破。催化反應和滲透汽化等過(guò)程集成技術(shù)[3]的出現，也為乳酸酯化水解法提供了一項選擇，只要解決了收率和成本問(wèn)題，乳酸酯化水解法可實(shí)現規?；茝V。

　　4 分子蒸餾技術(shù)

　　分子蒸餾是一項較新的尚未廣泛應用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的分離技術(shù)，能解決大量常規蒸餾技術(shù)所不能解決的題目。分子蒸餾是一種特殊的液-液分離技術(shù)，能在極高真空下操縱，依據分子運動(dòng)均勻自由程的差別，實(shí)現的非平衡連續蒸餾過(guò)程，能使液體在遠低于其常壓沸點(diǎn)的溫度下將其分離，特別適用于高沸點(diǎn)、熱敏性及易氧化物系的分離。目前河南金丹乳酸科技股份有限公司已經(jīng)成功實(shí)現分子蒸餾工業(yè)化生產(chǎn)乳酸，其設備的極限真空度達到絕壓10pa(負載時(shí)的真空度)，整體設備達到小于0.1mbar L/s的泄漏率(相當于整套裝置每小時(shí)吸入只有4.2g的空氣)。分子蒸餾技術(shù)分離乳酸工藝簡(jiǎn)單、步驟少、產(chǎn)品純度高，但一次性投資比較大。

　　5 色譜分離技術(shù)

　　色譜分離技術(shù)又稱(chēng)層析分離技術(shù)或色層分離技術(shù)，是一種分離復雜混合物中各個(gè)組分的有效方法。目前已經(jīng)得到應用的是通過(guò)閥切換技術(shù)改變模擬移動(dòng)床的固定相逆向移動(dòng)，在L-乳酸提取上具有分離效率高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。但存在當被分離物極性相差較小時(shí)分離效果不好，即L-乳酸和其它雜酸不易分離，洗脫時(shí)使用溶劑較多，樹(shù)脂消耗高等問(wèn)題，在國內該技術(shù)多用在實(shí)驗室或小批量生產(chǎn)上。目前荷蘭purac公司采用該技術(shù)已實(shí)現工業(yè)化提取乳酸。

　　6 膜分離技術(shù)

　　膜分離[4]是以選擇性透過(guò)膜為分離介質(zhì)，在膜兩側一定推動(dòng)力的作用下，使原料中的某組分選擇性地透過(guò)膜，從而使混合物得以分離，以達到提純、濃縮等目的的分離過(guò)程。膜分離法能夠在一定程度上提高L-乳酸產(chǎn)品的質(zhì)量，具有能耗低、節約資源、易自控和維修、易于放大等優(yōu)點(diǎn)[5]。國內多數乳酸生產(chǎn)企業(yè)采用此方法制備優(yōu)質(zhì)級乳酸產(chǎn)品。但膜成本高、膜通量衰減和膜污染的問(wèn)題是限制該技術(shù)推廣的主要因素。

　　7 結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)食品、醫藥、化工、新材料等行業(yè)對乳酸產(chǎn)品的品質(zhì)要求越來(lái)越高，尤其是聚乳酸材料的應用和發(fā)展，對其單體原料乳酸的品質(zhì)提出了更高的要求，乳酸行業(yè)迫切需要對產(chǎn)品的提取和精制技術(shù)進(jìn)行更新?lián)Q代。尋求更為經(jīng)濟、有效的乳酸提取和精制方法，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，適應大規模生產(chǎn)需要，已成為我國乳酸行業(yè)中迫切需要解決的問(wèn)題。盡管目前很多新技術(shù)還處于研發(fā)階段，需要不斷的完善和改進(jìn)，但隨著(zhù)研究的不斷深入和提高，高質(zhì)量、高收率、低物耗、低能耗、無(wú)污染的乳酸提取和精制技術(shù)必將得到廣泛應用。

　　參考文獻

　　[1] 秦煒，戴猷元.有機酸萃取發(fā)酵過(guò)程的研究進(jìn)展[J].現代化工，2000，20(4)：14-17.

　　[2] Filachione E M，Fisher C H.Purification of lactic acid：production of methyl lactate from aqueous solutions of crude acid [J].Ind.Eng.Chem.，1946，38(2)：228—232.

　　[3] 李雪輝，王樂(lè )夫，孫琳.滲透汽化一酯化反應耦聯(lián)膜過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型 [J] .化工學(xué)報.2000，51(2)：210-214.

　　[4] 劉家祺編著(zhù).分離過(guò)程與模擬[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007，(4)： 263-265.

　　[5] Radecki P P，Crittenden J C，Shonnard D R，et a1.Emerging separation and Separative reaction technologies for process waste reduction[M].New York：American Institute of Chemical Engineers，1999，111-118.