Szukaj
Close this search box.

Biotechnologiczna produkcja kwasu mlekowego


BIOTECHNOLOGICZNA PRODUKCJA KWASU MLEKOWEGO.

Kwas mlekowy został po raz pierwszy wyizolowany w 1780 roku przez szwedzkiego chemika Carla Wilhelma Scheelego z kwaśnego mleka. W XIX wieku Louis Pasteur odkrył, że bakterie kwasu mlekowego są odpowiedzialne za fermentację mleka, co z kolei stanowiło ważny krok w rozwoju mikrobiologii.

W kolejnych dekadach kwas mlekowy znalazł szerokie zastosowanie nie tylko w przemyśle spożywczym, ale również w farmacji i kosmetyce. Na początku XX wieku opracowano pierwsze przemysłowe metody jego syntezy, co pozwoliło na masową produkcję.

Obecnie kwas mlekowy odgrywa istotną rolę w produkcji biodegradowalnych tworzyw sztucznych, takich jak PLA (polilaktyd), oraz jako składnik wielu produktów spożywczych, kosmetycznych i farmaceutycznych. Dzięki postępowi w biotechnologii i nowoczesnym bioreaktorom jego produkcja stała się bardziej efektywna i ekologiczna.

PROCES PRODUKCJI KWASU MLEKOWEGO

  • Dominacja fermentacji: Aż 90% światowej produkcji kwasu mlekowego pochodzi z fermentacji, a jedynie 10% z syntezy chemicznej.
  • Mikroorganizmy zaangażowane w produkcji: Bakterie, takie jak Lactobacillus i Streptococcus, oraz grzyby, szczególnie Rhizopus oryzae, są wykorzystywane do wytwarzania kwasu mlekowego.
  • Zalety grzybów Rhizopus oryzae:
    • Większa odporność na trudne warunki środowiskowe.
    • Zdolność do wykorzystania odpadów rolniczych (np. słoma, kolby kukurydzy).
    • Możliwość produkcji kwasu mlekowego bezpośrednio ze skrobi i celulozy.

ETAPY PROCESU:

  1. Rozkład cukrów złożonych (np. skrobia, celuloza).
  2. Fermentacja do kwasu mlekowego.
    • Optymalne warunki produkcji to pH 5,5–6,5 oraz temperatura 30–34°C.

ZASTOSOWANIE KWASU MLEKOWEGO:

  1. Przemysł spożywczy:
    • Konserwanty, regulatory kwasowości (np. w napojach, dżemach, konserwach mięsnych).
    • Poprawa smaku marynat, serów, pieczywa.
    • Hamowanie rozwoju niepożądanych mikroorganizmów.
  2. Medycyna i kosmetyka:
    • Leki dermatologiczne, stomatologia (np. usuwanie kamienia).
    • Działanie złuszczające na skórę, wygładzanie zmarszczek.
  3. Biodegradowalne tworzywa sztuczne:
    • Prekursor kwasu polimlekowego (PLA), wykorzystywanego w eko-opakowaniach
      oraz implantach.
    • Alternatywa dla plastików pochodzenia petrochemicznego.
  4. Pszczelarstwo i pasze:
    • Zwalczanie roztoczy.
    • Przyspieszanie zakiszania pasz oraz poprawa ich trwałości.

FAKTY:

  • Produkcja kwasu mlekowego może osiągnąć poziom 3,4 mln ton rocznie.
  • Może być wytwarzany z odpadów przemysłowych, takich jak ścieki owocowe czy papiernicze.
  • Unieruchomienie grzybni może zwiększyć produkcję kwasu mlekowego nawet trzykrotnie.

PRODUKCJA KWASU MLEKOWEGO W BIOREAKTORACH

Produkcja kwasu mlekowego (LA, ang. lactic acid) na skalę przemysłową opiera się na procesach fermentacyjnych prowadzonych w bioreaktorach. Wykorzystuje się do tego głównie bakterie kwasu mlekowego (Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus), które przekształcają węglowodany (np. glukozę, sacharozę, skrobię) w kwas mlekowy.

RODZAJE BIOREAKTORÓW:

  1. Bioreaktory zbiornikowe z mieszadłem (STR – Stirred Tank Reactor):
    • Zapewniają dobrą homogenizację i kontrolę parametrów fermentacji.
    • Możliwość pracy w trybie okresowym, półciągłym lub ciągłym.
  2. Bioreaktory ze złożem unieruchomionym (PBR – Packed Bed Reactor):
    • Bakterie osadzane na nośnikach (np. kuleczki polimerowe, żele alginianowe).
    • Wysoka gęstość komórek i zwiększona wydajność fermentacji.
  3. Bioreaktory membranowe:
    • Separacja komórek i produktu za pomocą membran.
    • Umożliwiają ciągłe usuwanie kwasu mlekowego, zwiększając efektywność fermentacji.
  4. Bioreaktory fluidyzacyjne:
    • Wysoka powierzchnia wymiany masy i energii.
    • Stosowane w intensywnych procesach fermentacyjnych.

ZALETY I WYZWANIA:

  • Wysoka czystość produktu (szczególnie L(+)-kwasu mlekowego do PLA).
  • Wykorzystanie tanich surowców (odpady rolnicze, melasa, hydrolizaty celulozy).
  • Wyzwania: neutralizacja kwasu, separacja produktu, wymagania sterylności.

Źródła:

  1. „Biotechnologiczna produkcja kwasu mlekowego przez grzyby z rodzaju Rhizopus i jego wykorzystanie”
    https://e-biotechnologia.pl/artykuly/biotechnologiczna-produkcja-kwasu-mlekowego-przez-grzyby-z-rodzaju-rhizopus-i-jego-wykorzystanie
  2. „Mikrobiologiczna produkcja kwasu mlekowego z surowców odnawialnych”
    https://iung.pl/PJA/wydane/16/PJA16str45_56.pdf
  3. „Biotechnologiczna produkcja kwasu mlekowego z wykorzystaniem mikroorganizmów modyfikowanych genetycznie”
    https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUTfb662d9435b342e1b19595769e74f07c
  4. „Mikrobiologiczna produkcja kwasu mlekowego z materiałów odpadowych”
    https://www.kierunekspozywczy.pl/artykul%2C97491%2Cmikrobiologiczna-produkcja-kwasu-mlekowego-z-materialow-odpadowych%2C1.html
  5. „Fermentacja mlekowa” (Wikipedia)
    https://pl.wikipedia.org/wiki/Fermentacja_mlekowa
  6. „Bioreaktory – innowacyjne narzędzia dla rozwoju alternatywnych źródeł białka”
    https://www.boccard.com/pl/bioreaktory-innowacyjne-narzedzia-dla-rozwoju-alternatywnych-zrodel-bialka
  7. „Biotechnologie otrzymywania alkoholi i kwasów organicznych”
    https://chem.pg.edu.pl/documents/175361/28234441/wyklad_6.pdf
  8. „W Orlen Południe ruszyła pilotażowa instalacja do produkcji kwasu mlekowego”
    https://www.cire.pl/artykuly/serwis-informacyjny-cire-24/w-orlen-poludnie-ruszyla-pilotazowa-instalacja-do-produkcji-kwasu-mlekowego

CO DALEJ?

Przed inżynierią bioreaktorów stoją nowe wyzwania oraz olbrzymi potencjał rozwoju. Czekamy na przełomowe odkrycia w produkcji biofarmaceutyków, biopaliw i innych produktów biotechnologicznych.

 

Contact

Nous serons heureux de répondre à vos demandes concernant nos offres marchés, solutions ou services. Pour nous aider à mieux vous répondre, merci de préciser votre besoin  : devis, projet, services, demande de contact ou autre.