“十五”国家科技攻关计划生物工程技术项目系列报道 （17）

细菌法L-乳酸新工艺及聚乳酸新技术

上海新立工业微生物科技有限公司 王健 劳含章 钱志良 雷肇祖


　　乳酸(Lactic acid)又称2-羟基丙酸，是一种重要的多用途有机酸，可作为酸味剂、调味剂、防腐剂、保湿剂、
植物生长调节剂、生物可降解材料、手性药物中间体、化妆品及个人护理品等，广泛用于食品、医药、化工、纺织、
环保和农业等领域。
　　乳酸的生产方法有化学合成法和微生物发酵法两种，由于化学合成法所生产的乳酸均为外消旋的DL-乳酸，其
应用价值远不及微生物发酵法生产的具有光学活性的L（+）乳酸或D（–）乳酸。发酵法生产的乳酸已占乳酸产量
的90%左右。
    一、项目完成情况
　　项目组最终完成的攻关指标：细菌发酵L-乳酸生产技术：发酵产酸率≥12%，发酵周期50～55h，转化率≥93%，
产品总收率≥94%。采用本课题技术生产的聚合级L-乳酸经一步法聚合工艺，聚乳酸最高分子量≥20万。
    二、工艺技术概况
　　本技术是将微生物发酵技术和高分子聚合技术有机地对接和集成，以可再生农产品为原料，制备可生物降解的
环境友好材料，从而替代化石基塑料。
　　整条技术路线是由L-乳酸细菌发酵系统、L-乳酸精制纯化系统、聚乳酸系统等三部分组成。L-乳酸细菌发酵
系统是以玉米、木薯、籼米等农产品为主要原料，粉碎后调浆、液化，添加适量的营养物质制备成培养基，灭菌后
接入预先培养好的种子液，在发酵反应器中高温厌氧培养50h左右。待发酵结束后，L-乳酸粗液进入精制纯化系统，
主要经过L-乳酸的提取、多级膜分离、多级浓缩、多级膜纯化以及短程蒸馏等多道工序，获得纯净的食品级、医
药级、耐热级、聚合级等L-乳酸成品。聚乳酸系统是将聚合级L-乳酸放入聚合反应釜中，在催化剂的作用下，经
过预聚合、聚合、改性、造粒等步骤制备成相应分子量的高分子聚乳酸树脂粒。
    三、新工艺特点
   （1）形成以细菌发酵生产L-乳酸的产业化技术
　　我国发酵生产L-乳酸普遍以真菌中的根霉好氧发酵工艺为主要工艺，本课题在国内首次提出细菌厌氧同型发
酵工艺，形成了成熟的细菌发酵工艺。2003年设计建造了1000t/a L-乳酸的生产线。目前正在设计、建造多条万
吨级生产线。
   （2）选用自主选育的优良生产菌株
　　课题组自主选育出的高产L-乳酸细菌菌株属同型发酵乳杆菌,能适应玉米、籼米、薯干等粗原料制成的发酵培
养基，糖酸转化率高， L-乳酸产品纯度达98%～99.8%，满足聚合用乳酸的要求。
   （3）低成本制备L-乳酸
     以粗制农副产品为原料，原料经粉碎、液化后直接进行发酵，省去糖化工艺及相应设备，提高了技术的应用
范围，简化了工艺路线，节省了设备投资，生产成本降至5000元/t以下。
   （4）新提取纯化工艺节约资源，提高产品质量
　　在国内首次将多级膜分离系统和短程蒸馏技术应用于L-乳酸提取、纯化，提高了工艺清洁生产的程度，每吨
产品较传统工艺节约用水60%，节省用电70%，产品质量达到聚合级要求。
   （5）一步法聚乳酸技术的有益探索
　　目前国内外在聚乳酸研究和生产领域广泛采用二步法聚合工艺，取得了大量的发明专利，形成了专利壁垒，在
一定程度上影响了我国聚乳酸的产业化发展。本课题技术采用一步法即直接缩合聚合工艺，拥有发明专利，有效地
规避了知识产权的风险。制备的聚乳酸制品可以满足多类材料的性能要求。
   （6）拥有自主知识产权
　　本课题的菌种、工艺路线均是自主研发的，2002年申请了“一种嗜热乳酸杆菌以及采用该菌种制备L-乳酸的
方法”发明专利，2005年8月该专利获得了授权（专利号：ZL 02145142.7）。
    四、推广应用前景及发展方向
　　L-乳酸作为一种市场潜力巨大的生物化工材料，在食品、医药、化工等领域得到广泛应用，更主要的是由于聚
乳酸技术的发展，通过高分子聚合技术以L-乳酸为原料制备聚乳酸树脂，从而制备可生物降解的新型高分子环境
友好材料，其在自然界中微生物的作用下可彻底分解成水和二氧化碳，对环境没有危害。由此形成以L-乳酸产业
为龙头，带动多项产业发展，形成玉米（农村种植经济）——L-乳酸（微生物工程）——聚乳酸（高分子技术）—
—改性材料（材料工业）——日常制品（下游工业）等一条完整的可持续发展的产业链。
　　该产业链符合我国的产业发展导向。该技术的产业化推广使低成本制备生物降解的环境友好材料成为可能，同
时，以聚乳酸为基材制备的具有生物降解优点的包装薄膜、发泡塑料、农用地膜、日用塑料、纺织面料等大宗商品，
很好地解决了废弃塑料的“白色污染”问题，保护了环境。
　　项目组于2003年成功实现1000t/a的生产线实践，2005年上海新立工业微生物科技有限公司、同济大学、上
海创业投资公司等多家机构组建了上海同杰良生物材料有限公司，专门从事聚乳酸技术的研发和产业化发展，2005
年实现百吨级装置的建设和运行，制备的聚乳酸树脂已经生产出刀叉、餐盒、梳子、水杯等塑料制品。目前正在进
行万吨级装置的设计和建设。
　　在最新的“十一五”国家高技术研究发展计划（863计划）中，乳酸与聚乳酸技术的研究与产业化转化作为重
要的研究内容之一列入了“生物基化学品的生物炼制技术”重点项目中，“项目将围绕生物乙烯、乳酸与聚乳酸、
1,3-丙二醇、PHBV（3-羟基丁酸酯与3-羟基戊酸酯共聚体）等大宗生物基化学品的先进生物制造，力争在重要的
大宗生物基化学品生物炼制技术开发上取得重大突破，形成规模化生产与应用，促进以可再生的生物质资源替代不
可再生的化石资源，推动生物炼制逐步取代传统的石油炼制”。