مقاله بررسی اسید لاكتیك درس بیوفیزیك مهندسی پزشکی

مقاله بررسی اسید لاكتیك درس بیوفیزیك مهندسی پزشکی در 38 صفحه ورد قابل ویرایش  

* معرفی

-         چشم انداز تاریخی

-         خصوصیات فیزیكی و شیمیائی

* تكنولوژی تهیه و تولید

-         میكروارگانیسم‌ها و مواد خام

      ·  میكروارگانیسم‌ها

      ·  مواد خام

-         فرآیند تخمیر

      ·  محفظه بلند و پیوسته غلظت و جمع‌آوری در راكتورها

-         فرآیند بهبود

      ·  فلیتراسیون، رفتار كربنی و تبخیر

      ·  كریستال كردن Caleium Lactate

      ·  تقطیر مایع

      ·  تقطیر استرهای شیر

      ·  فرآیندهای دیگر بهبود

-         تهیه به صورت تركیبی

* اقتصاد

-         سایز بازاری، تولید كنندگان، قیمت‌ها

-         استفاده و كاركردها

* خلاصه

* معرفی

چشم انداز تاریخی:

اسید لاكتیك (2 تا هیدوركسی پروپانیك اسید+ 2 تا هیدوركسی پروپیونیك اسید) به لحاظ ساختاری یك هیدوركسی اسید است كه به وفور در طبیعت یافت می‌شود. اولین بار به صورت تجاری در سال 1894 توسط چارلز ای آوری[1] در لیتون[2] ماساچوست[3] امریكا تهیه و تولید شد. این تولید در نیل به هدف فروش Calcium Lactate به عنوان جانشینی برای خامه‌ی تارتار در پودر نان پزی موفق نبود.

اولین كاركردهای موفق آن در صنعت چرم و منسوجات در سال 1894 آغاز شد (گریت[4] و 1930) تولید سالانه در آن دوره حدود 5000 كیلوگرم بود. در سال 1942 حدود نیمی از تولید سالانه‌‌ی آمریكا كه حدود 10⁶* 7/2 كیلوگرم بود به مصرف صنعت چرم می‌رسید و 20% آن به مصرف صنایع غذائی (فیلاچیون[5] و 1952).

تولید آمریكا طی جنگ جهانی دوم به اوج خود یعنی 10⁶* 1/4 كیلوگرم در سال رسید اما پس از آن به 10⁶* 3/2 كیلوگرم تنزل كرد. یك بازار سالانه‌ی 10⁶* 90 كیلوگرمی (یندل[6] و آریز[7]) در صنعت پلاستیك در اواخر دهه پنجم و اوایل دهه‌ی ششم قرن نوزدهم پیش‌بینی شد كه این پیش‌بینی منجر به یك تحقیق و بررسی وسیع اما ناموفق در جهت كاهش هزینه و افزایش خلوص تولید شد.

یك دهه بعد، نیاز به یك حرارت ثابت برای اسید لاكتیك در جهت تولید Stearoy 1-2- lactylates  در صنعت شیرینی‌پزی دری به سوی تولید تركیبی اسید لاكتیك گشود. (آنون[8]، 1963).

تولید جهانی سال 1982 به سرعت به 10⁶* 28-24 كیلوگرم رسید. بیش از 50% اسید لاكتیك تولیدی در صنایع غذائی به عنوان ماده جلوگیری از فساد غذائی استفاده می‌شد، تولید Stearoyl –2- lacty lates  نیز 20% تولید اصلی را در برمی‌گرفت و بقیه‌ی تولید سالانه در صنعت داروسازی و یا سایر كاربردهای منتوع صنعتی به مصرف می‌رسید. تخمیر نیز به سرعت برای تولید نیمی از كل تولید جهانی استفاده شد.

خصوصیات فیزیكی و شیمیائی

نخستین بار اسید لاكتیك توسط اسكیل[9] در سال 1780 از شیر ترش گرفته شد (لاك وود[10]، 1965). خصوصیات فیزیكی و شیمیائی اسید لاكتیك به طور وسیعی توسط هالتون[11] مورد بررسی قرار گرفته است. اسیدلاكتیك به دوفرم فعال قابل نمایش وجود دارد. لاك وود بیان كرد اگر چه شكل (+)L دكسوترو روتاتوری[12] به نظر می‌رسد، اما ممكن است واقعاً به صورت لوروتاتوری[13] باشد یعنی همانگونه كه در نمكها و استرهاست واژگونی آشكار در چرخش قابل نمایش ممكن است به واسطه شكل‌گیری پل اكسیداتلین بین اتم‌های كربن 1و2 به وسیله‌ی جابه‌جائی تاتومریك گروه هیدوركسیل روی اتم كربن 2 به گروه رادیكال كربوكسیل كربن 1 باشد. نمك‌ها و استرهای +L اسیدلاكتیك نمی‌توانند این حلقه‌ی اپوكسید را تشكیل دهند ولذا لوروتاتوری هستند ایزومر (+)L (ساركولاكتیك اسید، پارالاكتیك اسید) در انسانها وجود دارد اما هر دو ایزومر (+)L و (-)D در سیستم‌های بیولوژیكی یافت می‌شود. برخی از خصوصیات عمومی اسیدلاكتیك در جدول 1 آمده است:

عرق گیری استرهای لاكتات

اسید لاكتیك با كیفیت بالا كه عاری از شكرهای باقی مانده و ناخالصی های دیگر می باشد از طریق استری سازی اسید لاكتیك با الكل مولكولی پایین، عرق گیری استرلاكتیك، تجزیه آبی استر عرق گیری شده برای رهایی از الكل و اسید لاكتیك و عرق گیری الكل از اسید لاكتیك بازیافت شده می باشد. چیلدز و ولسبی اظهار می دارند كه استرسازی شخصی و ناخالصی های تخمیر مایع، مشكلات بارزی را به وجود می آورد. دیتزو همكارانش اسید لاكتیك را استری كردند تا نوعی لاكتات آلكیل به وجود آورند و سپس استر را داخل حلالی چون دیكلورتان 2 و 1 استخراج نمودند. فیلاكیون و كوستلو جزئیاتی را برای فرایند ساختن اسید لاكتیك از لاكتات آمونیوم را ارائه می دهند كه اگر آمونیوم یا یكی از نمك های آن، در طول تخمیر برای خنثی سازی اسید بكار رود محصولی تخمیری به شمار می آید. اسكوپامیر به بحث درباره عملكرد یك واحد تجاری كه مكرراً توسط تعریق لاكتات متیل برای تصفیه اسید لاكتیك به كار می رود می پردازد. محصول به دست آمده عاری از خاكستر بود و میزان ناخالصی های دیگر در آن اندك بود. فرسایندگی ستون های استیل محصول را با آهن درمی آمیخت. وسیله سرامیك غیرمناسب بود چرا كه تغییرات دمایی غالب و اسید قوی در آن موجود بود.

سایر فرایندهای بهبود

اسید لاكتیك توسط رونشینی اسید لاكتیك بر روی رونشین های جامد یا رونشین سازی لاكتات بر روی رزین های مبادله یون بهبود می یابد. لوئیس آیوسواس آ (اسپانیا) برای بهبود اسید لاكتیك از لحاظ تجاری، از مبادله یون یا فرایند استخراج مایع به مایع استفاده می‌كند. اما هیچ یك از جزئیات فرایند، شناخته شده نمی باشند. سوگیموتو و دستیارانش، فرایندی را برای تولید اسید لاكتیك بوجود آوردند كه در آن رزین های بسیار اسید و یون قلیایی برای جداسازی اسید از آب مورد استفاده قرار می گرفت.

هفت راه دیگر برای خالص كردن اسید لاكتیك وجود دارد اما هنوز استفاده تجاری نشده است. Claborn , Smith در (1939) و Molini (1959) در مورد چند مورد از این روشها بحث كرده اند. لاكتیك مگنزیم یا مس ‌ممكن است دوباره متبلور می شود و در آب حل نمی شود. مس ممكن است تركیب شود با سولفید هیدروژن و منیزیم با سولفید منیزیم تركیب می شود. درجه خوراكی می تواند تولید شود به وسیله اكسید شدن جداگانه مایعی كه شامل اسید آزاد و یا نمك لاكتیك است. برنامه های متفاوت تقطیر كه باعث ایجاد بخار، هوای داغ و گازهای بی كنش و خلاء می شود با موفقیت به دست می آید. Dxy , Krumphanzel (1964) از اكستره دیالیز برای از بین بردن مداوم اسید لاكتیك از طریق تخمیر استفاده كردند. دیگر انواع در حال حركت در تخمیر مشكلات دیگر هستند. 4. 2. 38 صنعت تركیبی. صنعت تركیب اسید لاكتیك در حالت تجاری حدود 1963 در ژاپن شروع شد و هر زمان در ایالات متحده امروزه این دو كشور به ندرت 50 درصد از اسید لاكتیك جهان را تولید می كنند. تولید تركیبی اسید لاكتیك براساس هیدرولایز لاكتیك با استفاده از اسید قوی نظیر HCL انجام می گیرد.

نمك آمونیوم به عنوان یك محلول جنبی می باشد. لاكتونیتریل هم به عنوان محصول جانبی هیدرولیز استی تیلن از سنتز اكرونیتریل به دست می آید اما از هیدروژن و استالدهید گرفته می شود.

[