1. 研究目的与意义
21 世纪被称为生物技术的世纪，生物技术将对人类的生活作出重大的贡献和改变。生物产品从抗生素、甾族化合物、维生素、诊断试剂、疫苗、酶和多糖扩展到有机酸、醇类和单细胞蛋白类等精细化工产品。各种此前只有用化学方法生产的产品现在逐步可以用生物技术方法来实现，且生物方法比化学方法更经济更有效。利用生物技术服务于生产将是21 世纪的一项重要课题。
l-乳酸是目前国内外研究的热门课题，乳酸的发酵工艺已基本过关，乳酸提取技术也有所突破。乳酸发酵主要分为乳酸菌发酵和根霉菌发酵，根霉发酵的特点是：营养要求简单，原料利用度宽广，发酵温度适中，所产l-乳酸的光学纯度高。由于乳酸下游产品的开发研究，以乳酸为原料生产的系列产品也逐年增加，所以世界上乳酸需求量递增很快。目前我国乳酸的生产全部为间歇发酵法，采用的是传统的工艺技术，存在的主要问题是:发酵产酸率低，生产成本偏高，分离、提取设备落后，产品质量不稳定等问题。因此，改善乳酸生产技术，提高产品质量，从而打入国际市场，这是我国乳酸行业发展的方向和当务之急。因此，我们需要从以下方面还进一步深入研究。
（1）应用新技术选育高产菌株:菌种是发酵工业的命根，一个优良的生产菌株是提高产品产量、质量和经济效益的保障。因此，一方面应该继续进行野生型乳酸生产菌株的筛选开发工作;另一方面应该将传统的诱变育种技术和分子生物学育种技术有效的相结合，定向选育生产l一乳酸的优良生产菌株。同时，大力开展和开发基因工程菌的构建，并在规模化生产中应用。
2. 国内外研究现状分析
1、 消费市场概况
乳酸广泛存在于自然界中。1780年,瑞典化学家sheele从发酵乳中发现了乳酸;而发酵法生产乳酸则起源于1841年boutron和fremy的自然发酵生产乳酸;纯种发酵工业生产乳酸则是1881年由charlese.avery公司开始。工业生产乳酸有化学合成和发酵法两种，由于合成乳酸采用有毒的乙醛、氢氰酸为原料，考虑到安全和环保因素，因而世界上逐步以发酵法取代了化学合成法[4]。在由微生物发酵技术生产的众多有机酸中，乳酸的生产和应用的发展势头正盛，并已超越一向位居发酵法生产前茅的柠檬酸和乙酸，位居世界第一。据2009年中国工业生物技术发展报告中的统计数据显示，2008年中国乳酸产量占世界总产量的30%，预计到2012年世界乳酸产量将达到259万吨。世界化妆品行业所需的乳酸，预计20082012将增加24670吨。在同一期间，食品添加剂市场，乳酸用量预计将增加22 960吨。在日本，化妆品和食品添加剂乳酸的消费量，占到乳酸总消费量的86%。据ccm调查，聚乳酸的消耗量已经超过了食品和饮料产业，成为全球乳酸的主要市场。然而，在中国，食品和饮料一直是重要的消费领域，占中国总消费的75.28%。预计20112015年，北美、日本和欧洲的生物可降解塑料将以超过6%的年增长率增长。在欧洲，2015年用于工业的生物可降解塑料，预计达到6 700吨。世界领先的乳酸生产企业包括archer daniels midland公司，csm nv，purac，galactic sa，河南金丹乳酸有限公司，musashino chemical laboratory，ltd(株式会社武藏野化学研究所)，江西武藏野生物化工有限公司。河南金丹乳酸有限公司具有年产8万吨乳酸及系列产品的生产能力，生产规模居世界第二位、亚洲第一位，其中dl-乳酸产量居世界首位，是国内最大的乳酸生产和出口创汇基地[5-6]。
2、乳酸的生产工艺
3. 研究的基本内容与计划
1、研究内容
通过查阅相关文献，了解乳酸生产工艺，根据给定的产能要求算出所需产能物料量，查阅化工工艺设备标准，选取合理的生产设备，确定工艺流程图，进而画出工厂设计图。
本设计以玉米粉为原料，以德氏乳杆菌为发酵菌种进行乳酸生产。生产流程为
4. 研究创新点
糖化液制作工艺是使用尽量廉价的成分替代传统工艺中原有成分，寻找可代替玉米的非粮碳源如木薯、糖蜜等。但是，目前采用双酶法直接水解玉米粉，除了制得玉米水解糖外，还能制得较高价值的饲料，极大地降低发酵生产成本，故玉米仍是国内发酵工业的当家原料。为此，进一步提高玉米糖化液还原糖得率，仍是发酵工程主攻的课题。
天津科技大学生物工程学院研究了纤维素酶在双酶法玉米粉水解糖生产过程中的协同作用，结果表明，在糖化过程中，添加葡萄糖淀粉酶用量0.7g/t淀粉，纤维素酶的用量0.5g/t淀粉，糖化温度60℃，pH值4.0，糖化时间由72h缩短为54h，糖化液的DE值达93%以上，乳酸的产量提高了16.34%。生产1tL-乳酸的成本节约56.53元以上[12]。以年产12000tL-乳酸工厂为例，那么每年节约玉米粉的成本为：67.836万元。
