[发明专利]制备高光学纯度L-乳酸钠的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用微生物合成光学纯度高的L-乳酸并连续生产L-乳酸钠盐的方法，属于生物技术领域。

背景技术

乳酸钠是乳酸与氢氧化钠中和反应后得到的有机酸盐，有吸湿性。能与水、乙醇或甘油任意混合，纯品为无色或微黄色透明粘稠液体。市面出售的乳酸由于生产工艺的差别和用途的不同具有40％～80％间不同浓度的产品，也有少部分产品含量在90％以上。一般市售乳酸钠多为外消旋DL-型乳酸钠，也有光学纯度不高的L-乳酸钠。

乳酸钠自开发以来，在食品、化妆品和医疗行业上具有重要的作用。在食品行业，乳酸钠可以用作调味料、pH值调节剂(如用于酒精)、风味改进剂、焙烤食品(蛋糕、蛋卷、饼干等)的品质改进剂、保湿剂、干酪增塑料、防冷剂、抗氧化增效剂、乳化剂，还可以用作具有防腐作用的食品添加剂。乳酸钠不仅可抑制大多数腐败菌的繁殖，而且对许多致病菌，如李斯特单核增生菌、沙门氏菌、肉毒梭状芽孢杆菌等均有不同程度的抑制作用，从而有效地延长肉制品的货架期。L-乳酸钠已成功地应用于熟火腿、烤牛肉、鸡胸肉等整块肉产品和热狗肠、鲜香肠、熏肠和腊肠等碎肉产品。化妆品行业可以用作保湿剂作为甘油替代品；吸湿性好，作调理剂和皮肤或头发的柔润剂，用于护肤膏箱、乳液、香波、护发素，透气性好，保湿保润效果好，延展性和铺展性能好。医疗方面，用于解除因腹泻脱水、糖尿病、肾炎等症所产生的酸中毒现象，还可用于急性泌尿系感染需要碱化尿液者。在高钾血症或普鲁卡因胺等引起的心律失常伴有酸血症时，用本品较适宜。1/6摩尔乳酸钠不但具有纠正代谢性酸中毒的效能，还有制酸、止痛作用。

研究发现人体和动物体内不能代谢D-乳酸。D-乳酸摄入过多可以引起D-乳酸血症，表现为恶心呕吐；对思维有害，引起神经症状——语言模糊不清，意识错乱，不能集中精力，嗜睡，幻觉、行动笨拙、无力，共济失调，步态不稳等症状。研究表明D-乳酸对小鸡的记忆力具有抑制作用，对小牛神经具有毒性，也会对小鼠的神经中枢有负面影响，给空腹48h的小鼠静脉注射外消旋的DL-乳酸可以造成严重的心率失调导致的死亡。大剂量的D-乳酸也可以使兔子死亡。

为此，世界卫生组织规定，成人每天摄入的D-乳酸量每公斤体重不得超过100mg，并禁止在婴儿食品中添加D-乳酸。从人类的长远生存考虑，D/DL-乳酸在食品、化妆品行业的应用也应该进行限制，更应当杜绝在医疗方面的应用。因此开发具有高光学纯度的L-乳酸钠生产具有重要的现实意义。

目前世界上以葡萄糖、淀粉质原料经根霉、细菌发酵生产乳酸。国内大多利用根霉发酵生产L-乳酸，与细菌发酵相比，具有发酵快、菌体生长营养要求简单、可以使用无机氮源、发酵液含杂质较少等优点。但是其最大的缺点是发酵对糖的转化率较低通常只有70％左右，并且发酵过程需要供氧设备并且能量消耗大使投资成本增高，发酵过程容易染菌造成产酸低、光学纯度低，甚至会造成倒灌报废，生产过程的操作性较差。申请号为96121927.0的专利公开了用凝结芽孢杆菌来发酵生产L-乳酸，但是该菌对培养基的要求高，不适合工业化应用。也可以采用乳杆菌生产L-乳酸，但是发酵时容易混入产D-乳酸的德氏乳杆菌。专利号为CN 1306091A公开一种利用嗜热性乳杆菌在高温下厌氧发酵生产L-乳酸，所采用的嗜热性乳杆菌(Lactobacillus thermophillus)Lt616对糖转化率高于90％、产L-乳酸7.0％以上、光学纯度大于95％。卡吉尔公司从基因改造的酵母中生产L-乳酸，其申请的专利CN 101157930A公开重组酵母在低pH的条件下生产L-乳酸，pH为2.8～3.0时细胞收率仍然可达75～81％、0.1～0.4g/g小时的比生产率和14～40g/L的滴度，可以减少乳酸后续纯化处理工序，降低成本。

但是，这些发明中所产生的L-乳酸光学纯度都不能用来生产高光学纯度、具有特殊用途特别是医用的L-乳酸钠。医疗方面最好用纯度在99％以上的L-乳酸钠。

L-乳酸钠的生产研究比较早，常规的方法是采用成品乳酸(含量60～80％)与氢氧化钠溶液(40～50％)中和反应，再利用活性炭脱色、过滤、真空浓缩后可以得到乳酸钠含量为72～78％的成品。乳酸钠成品多为水溶液，pH为6.5～7.5。连续发酵法生产乳酸钠的普通方法是向发酵液中加入Ca(OH)₂作为中和剂，后续中加入硫酸从乳酸钙中得到纯乳酸，与氢氧化钠反应制得乳酸钠。这样的生产方法工序多、过程繁多、费力、耗时，并且生产过程利用大量的硫酸、生成的大量硫酸钙固体废物，对环境造成很大的负担。