تحقیق مقاله اسید لاکتیک

معرفی

چشم انداز تاریخی:

اسید لاکتیک (2 تا هیدورکسی پروپانیک اسید+ 2 تا هیدورکسی پروپیونیک اسید) به لحاظ ساختاری یک هیدورکسی اسید است که به وفور در طبیعت یافت می‌شود. اولین بار به صورت تجاری در سال 1894 توسط چارلز ای آوری[1] در لیتون[2] ماساچوست[3] امریکا 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 کارکردهای موفق آن در صنعت چرم و منسوجات در سال 1894 آغاز شد (گریت[4] و 1930) تولید سالانه در آن دوره حدود 5000 کیلوگرم بود. در سال 1942 حدود نیمی از تولید سالانه‌‌ی آمریکا که حدود 106* 7/2 کیلوگرم بود به مصرف صنعت چرم می‌رسید و 20% آن به مصرف صنایع غذائی (فیلاچیون[5] و 1952).

تولید آمریکا طی جنگ جهانی دوم به اوج خود یعنی 106* 1/4 کیلوگرم در سال رسید اما پس از آن به 106* 3/2 کیلوگرم تنزل کرد. یک بازار سالانه‌ی 106* 90 کیلوگرمی (یندل[6] و آریز[7]) در صنعت پلاستیک در اواخر دهه پنجم و اوایل دهه‌ی ششم قرن نوزدهم پیش‌بینی شد که این پیش‌بینی منجر به یک تحقیق و بررسی وسیع اما ناموفق در جهت کاهش هزینه و افزایش خلوص تولید شد.

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

تولید جهانی سال 1982 به سرعت به 106* 28-24 کیلوگرم رسید. بیش از 50% اسید لاکتیک 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 کاربردهای منتوع صنعتی به مصرف می‌رسید. تخمیر نیز به سرعت برای تولید نیمی از کل تولید جهانی استفاده شد.

خصوصیات فیزیکی و شیمیائی

نخستین بار اسید لاکتیک توسط اسکیل[9] در سال 1780 از شیر ترش گرفته شد (لاک وود[10]، 1965). خصوصیات فیزیکی و شیمیائی اسید لاکتیک به طور وسیعی توسط هالتون[11] مورد بررسی قرار گرفته است. اسیدلاکتیک به دوفرم فعال قابل نمایش وجود دارد. لاک وود بیان کرد اگر چه شکل (+)L دکسوترو روتاتوری[12] به نظر می‌رسد، اما ممکن است واقعاً به صورت لوروتاتوری[13] باشد یعنی همانگونه که در نمکها و استرهاست واژگونی آشکار در چرخش قابل نمایش ممکن است به واسطه شکل‌گیری پل اکسیداتلین بین اتم‌های کربن 1و2 به وسیله‌ی جابه‌جائی تاتومریک گروه هیدورکسیل روی اتم کربن 2 به گروه رادیکال کربوکسیل کربن 1 باشد. نمک‌ها و استرهای +L اسیدلاکتیک نمی‌توانند این حلقه‌ی اپوکسید را تشکیل دهند ولذا لوروتاتوری هستند ایزومر (+)L (سارکولاکتیک اسید، پارالاکتیک اسید) در انسانها وجود دارد اما هر دو ایزومر (+)L و (-)D در سیستم‌ های بیولوژیکی یافت می‌شود. برخی از خصوصیات عمومی اسیدلاکتیک در جدول 1 آمده است:

جدول 1- خصوصیات فیزیکی و شیمیائی اسیدلاکتیک

اسید لاکتیک‌هایی که از نظر خلوص درجه‌ی بالائی دارند و فعال نیز هستند می‌توانند کریستال‌ اسامی مونوکلینیک بی‌رنگی را تشکیل دهند (لاک وود).

اسیدلاکتیک به هر نسبتی قابل حمل است، خود استری شدن آنها به دلیل گروههای هیدورکسیل و کربوکسیل موجود در آنهاست.

اسیدلاکتیک ممکن است تشکیل یک دایمر سیلسیک (لاکتید) و یا پلیمرهای خطی‌ای با فرمول کلی H[OCH(CH3) CO]n OH دهد.

فیلاچیون و فیشر[14] در سال 1944 نسبتها، خصوصیات و ساختار شیمیائی پلیمرها را مورد بررسی قرار دادند. اسید لاکتیک ممکن گاهی اوقات مثل یک اسید آلی عمل کند، دقیقاً مثل یک الکل آلی و نیز می‌تواند در واکنش‌های شیمیائی گوناگون و متنوعی نیز شکایت کند.

هالتون در سال 1971 در یک تحقیق همه جانبه، تمام واکنش‌های اسید لاکتیک را بررسی کرد. آنالیز اسید لاکتیک در محلول آبی توسط NAD+ متصل به (هیدروژناس‌ها، میسر شده است. فرآیند این سنجش آنزیمی و رنگ‌شناسی توسط دریوز[15] توصیف شد. دریوز و هالتون تکنیک‌هایی برای تعیین اسید لاکتیک ارائه دادند. روش غیرآنزیمی تعیین اسیدلاکتیک توسط پریس[16]پایه‌گذاری شد. روش دیگری که مستلزم تبدیل بخشی از اکسیداسیون اسید لاکتیک به استالدهید است توسط فریدمن[17] و گریسر[18] در سال 1933 شناسایی شد. استالدهید بعد از آن ممکن است تیتراته و یا به وسیله ثبت به وسیله‌ی گازهای رنگی آنالیز شوند. یک تیتراته کردن ساده‌ی اسیدلاکتیک با اساس قوی ممکن است وقتی استفاده شود که اجزای دیگر ترکیب در یک نمونه دخالتی در آن نداشته باشند. رنگ‌نگاری گازی‌ می‌تواند استفاده شود هر چند، خود استری شدن عموماً این روش را در جهت نیل به اهداف کمیتی ناموفق می‌سازد (ون نس[19]، 1981) رنگ‌نگاری مایع نیز می‌تواند برای آنالیز اسیدلاکتیک استفاده شود. تغییرات تکنیک‌های HPLC استفاده شده توسط پیرکل در سال 1981 می‌تواند در جهت جداسازی استرهای اسیدلاکتیک استفاده شود.

فن‌آوری تولید

میکروارگانیسم و مواد خام

میکروارگانیسم

گرارت در سال 1930 تاریخچه اولیه ترش شدگی و تخمیر اسیدلاکتیک را جمع بندی کرد. باستور در سال 1857 کشف کرد که ترش شدگی شیر به دلیل میکروارگانیسم می‌باشد.

در دهه 1860 و 1870 حضور باکتری‌های اسیدلاکتیک در عمل تقطیر و تصفیه یافت شد و دمای مورد نیاز افزایش مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت. Leichmann کشت ضعیفی از خمیرترش شده را در سال 1858 تجزیه کرد. زنجیره Lactobacillus delbreuckii که احتمالاً‌ کاملاً‌ شبیه به زنجیره‌ای بود که بوسیله Leichmann تجزیه شده بود غالباً‌ برای تولید تجاری اسیدلاکتیک مورد استفاده قرار گرفته می‌شود. امروزه گرایش‌هایی که در صنعت به کار برده می‌شود انحصاری می‌باشند، اما با این وجود این عقیده وجود دارد که اکثر ارگانیسم‌های به کار رفته شده متعلق به گونه Lactobacillus می‌باشد.

Prescotl  و Dunn در سال 1959 خلاصه ای از تعداد بیشمار و گسترده باکتری‌ها را که اسیدلاکتیک را در کمیت بزرگ تولید می‌کنند ارائه داده‌اند. این باکتری‌ها ممکن است به عنوان تخمیر همسان طبقه‌بندی شوند و یا گروه‌بندی آن‌ها بر اساس تولید اسیدلاکتیک، سلو‌ها و دانه‌های کوچک تخمیر و ترش شدگی نامتناجنس، تولید اسیدلاکتیک، سلول‌ها و تولیدات دیگر از قبل اسیدلاکتیک، در‌اکسیدکربن، اتانون و گلسیرون باشد. تنها ارگانیسم‌های ترش شدگی یکسان دارای اهمیت صنعتی برای تولید اسیدلاکتیک ‌می‌باشد. باکتری‌های اسیدلاکتیک تخمیر یکسان و همگونم از جنسیت و گونه Lactobacillus و Streptococcus و Pediococcus می‌باشد. اهمیت صنعتی ارگانیسم‌ها در درجه حرارت بالای 40 درجه سانتیگراد و در 7-5 PH به طور مناسب و مطلوب رشد می‌کنند. ارگانیسم‌ها هوازی اختیاری هستند اما از تنفس برای تولید ATP استفاده نمی‌کند. به دلیل حرارت بالا، اکسیژن کمی جمع می‌شود، لاکتیک زیاد جمع شده و PH کم می‌شود، معمولاً‌ ناخالصی مسئله جدی نمی‌باشد. در تخمیر همگون باکتری‌ها اسیدلاکتیک گلوکوز را از طریق مسیر Embden- Meyehof کاتولیز می‌کند. 2 اسیدلاکتیک مولکولی از هر یک مولکول‌های گلوکز تولید می‌شوند. به طور کلی‌تر در ازای هر 100 گرم گلوکز90 مولکول تولید می‌شود. شکر از طریق برخی از گونه‌های تخمیر همگون و اسید از این متابولیسم، متابولایز می‌شود. ممکن است ارگانیسم‌های (-)D  و (+)L یا اسیدلاکتیک DL ایجاد شود. این ترکیب راسمیک می‌تواند از 1 طریق فعالیت 2 هیدروژنی لاکتیک شده در فضای ویژه یا از دی‌هیدروژنیزاسیون ناشی شود. (1970، Gasser). طبقه‌بندی بسیاری از این کرنش‌های باکتری اسیدلاکتیک در بسیاری از مقالات وجود دارد. در نتیجه مشورت کردن با مقالات در مورد کرنش‌ها و کشش‌های مصنوعی یا انجام بررسی‌ها و مطالعات برای تعیین فضای ویژه اسیدلاکتیک که تولید می‌شود معتبر است. باکتری اسیدلاکتیک قابلیت‌های ترکیبی معدود می‌شود. آن‌ها همیشه به ویتامین‌ B نیاز دارند و تقریباً بدون نیاز به تعداد زیادی اسید آمینه می‌باشند. (1976، Stanier)