Acid lactic (acid 2-hydroxypropionic: C₃H₆O₃) hiện nay được sản xuất thông qua tổng hợp hóa học hoặc theo phưong pháp lên men. Trong hai dạng đồng phân đối ảnh acid L- (+) và D- (-) -lactic cơ the người chỉ hấp thu được dạng L- (+). Ngoài ra, dạng D- (-) củng có độc tính nhất định, chính vi vậy dạng L- (+) thường được lựa chọn trong thực phẩm. Tuy vậy sản phẩm thương mại chủ đạo hiện nay là sản phẩm hỗn hợp DL tổng hợp bằng con đường hóa học. Acid lactic được sử dụng để tạo vị chua và làm chất bảo quản trong một số sản phẩm như phomat, thịt, jele và bia.

Lactate ammoni duợc dùng làm nguồn nitơ phi protein trong thức ăn gia súc. Các muối natri, canxi stearoyl lactylat được sử dụng làm chất tạo nhũ, hoặc chất ổn định trong bột bánh. Gần đây người ta quan tâm đến acid lactic nhiều hơn bởi những ứng dụng trong sản xuất các loại nhựa và bao bì tự phân hủy chống ô nhiễm môi trường.

Vi sinh vật và sinh tổng hợp acid lactic

Tất cả vi khuẩn lactic đều có khả năng tạo acid lactic thông qua lên men các loại đường. Tuy nhiên, chỉ có những loài lên men đồng hình mới được sử dụng trong sản xuất acid lactic. Nhóm Lactobacilli ưa nhiệt (Lactobacillus delbrueckii subsp. delbrueckii, L. delbrueckii subsp. bulgaricus, L. helveticus) có thể chịu được nồng độ lactate và nhiệt độ cao hơn (48 - 52°C) so với những nhóm khác và do vậy có hiệu suất lên men cao và hạn chế được tạp nhiễm. Tuy nhiên, nhóm này sinh acid D- (-) hoặc DL-lactic và vì vậy không phù hợp lắm cho sản xuất thực phẩm, thức ăn gia súc và ứng dụng trong y tê. Nhóm Lactococci, Lactobacilli ưa nhiệt trung bình (L. casei subsp. casei, L. amylophilus) và Streptococci ưa nhiệt (Streptococeus thermophilus) có nhiệt độ phát triển tương đối thích hợp cho sản xuất và ngoài ra còn có khả năng phân hủy tinh bột. Mặc dù khà năng chịu acid lactic của chúng thấp hơn so với nhóm trước nhưng bù lại chúng chỉ sinh duy nhất L- (+) -lactic và do vậy vẫn phù hợp hơn cả cho sản xuất acid lactic ứng dụng trong thực phẩm. Vi khuẩn lactic đồng hình lên men đường 6 cacbon thông qua con dường glycolis. Pyruvat dược khử thành lactate với sự xúc tác của enzyme đặc hiệu quang học lactate dehydrogenase (L-LDH hoặc/và D-LDH). Với Lactococci, LDH là enzyme thay đổi hoạt tính (với chất điều biên là FDP và Mn2+) còn với Lactobacilli lên men đồng hình, LDH là enzyme không thay đổi hoạt tính. Acid lactic dạng chưa phân ly là chât ức chế đối với quá trình sinh trưởng và sinh acid của vi khuẩn lactic. Nguyên nhân có lẽ do sự thẩm thấu qua màng và làm giảm pH nội bào. Việc điều chỉnh pH môi trường trong quá trình lên men có thể làm giảm độ ức chế, tuy nhiên luợng acid lactic tích lũy được thông thường không lớn hơn 150kgm^-3.

Vi khuẩn lactic là vi sinh vật đòi hỏi nhiều vào điều kiện nuôi cấy. Thông thường, môi trường cần được bổ sung chất kích thích sinh trưởng và các peptid (chứa khoảng 5-12 acid amin là thích hợp nhất). Bacillus spp. có thể được sử dụng thay thế vi khuẩn lactic bởi yêu cầu dinh dưỡng đơn giản hơn cũng như khả năng đồng hóa nguồn nito vô cơ. Thậm chí nấm mốc Rhizopus oryzae cũng có thế được sử dụng, tuy nhiên loại nấm này còn sinh ethanol và do vậy làm giảm 25% lượng acid sinh ra.

Cơ chất, sản xuất và thu hồi

Acid lactic có thể sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau như củ cải đường, rỉ đường, dịch thủy phân tinh bột, cellulose. Các công ty hàng đầu như ADM và Purac Biochem hiện sử dụng dịch thủy phân ngô làm nguyên liệu trong sản xuất acid lactic. Một số loài vi khuẩn lactic như L. amylophilus có thể thủy phân tinh bột, tuy nhiên độ nhớt cao của môi trường khiến việc điều chinh pH gặp nhiều khó khăn và do vậy cũng hạn chế khả năng ứng dụng. Nguyên liệu cần được kết hợp với một số cơ chất khác như dịch thủy phân protein sữa (5 - 10kgm^-3) và cao nấm men (20kgm^-3).

Quá trình sản sinh acid lactic thông thưong xay ra đồng thời với sinh trưởng. Tuy nhiên, lên men lactic không nhất thiết phải phụ thuộc vào sinh trưởng khi có một số yếu tố hạn chế sinh trưởng. Ứng dụng hiệu ứng này có thể giúp giảm thiểu được nguồn dinh dưỡng. Giá trị pH môi trường cần được giữ ở mức 5 – 6,5 bằng NaOH, Na₂CO₃ hoặc NH₄OH, sử dụng thiết bị điều khiển tự động. Lên men trong điều kiện yếm khí sẽ đem lại hiệu suất chuyển hóa cao hơn (có thể đạt 85 - 98%). Với phương pháp lên men mẻ, nồng độ acid lactic tạo ra cao hơn (120-150kgm^-3) nhưng tốc độ chuyển hóa lại chậm hơn (2kgm^-3h^-1). Tốc độ lên men có thể cải thiện rất đáng kế (20 - 80kgm^-3h^-1 ở quy mô phòng thí nghiệm và pilot) thông qua việc tái sử dụng sinh khối bằng vi lọc dòng chảy chéo hoặc cố định tế bào. Tuy nhiên, nồng độ lactate trong trường hợp này không cao (thường nhỏ hơn 50kgm^-3). Ức chế ngược bởi sản phẩm có thể được hạn chế nếu sử dụng các biện pháp loại acid lactic như điện thẩm thấu, trao đổi ion, lọc nano.

Thu hồi acid lactic khá phức tạp bởi độ hòa tan cao của các muối lactate. Trong quy trình truyền thống, lactate dược kết tủa ở dạng muối canxi, sau đó acid lactic được phục hồi bằng acid sulphuric. Tinh chế acid lactic trong các khâu tiếp theo bao gồm trao đổi ion và loại màu. Một số kỹ thuật mới như chiết sử dụng màng lỏng, điện thẩm thấu, và trao đổi ion cũng có thể được sử dụng trong thu hồi acid lactic.

Nguồn: GS.TS. Phạm Văn Ty và TS. Vũ Nguyên Thành - Nhà xuất bản giáo dục