Pienskābe

Produkta pārskats

Pienskābe(CAS 50-21-5), ķīmiski saukta par 2-hidroksipropānskābi, ir dabā sastopama hidroksikarbonskābe un zaļa atjaunojama organiskās skābes izejviela. Tirdzniecībā pieejamās kategorijas ietver rūpnieciskās kvalitātes, pārtikas kvalitātes un farmaceitiskās kvalitātes pienskābi. Optiskās konfigurācijas ziņā to iedala L-pienskābē, D-pienskābē un racēmiskajā DL-pienskābē. Starp tiem L-pienskābe nodrošina vislabāko bioloģisko saderību un lepojas ar visplašāko pielietojuma jomu. Tīra viela ir bezkrāsains, caurspīdīgs, viskozs šķidrums, bez smaržas ar vāji skābu garšu. Tam ir augsta hidrofilitāte un bionoārdīšanās spēja, un tā ir viena no retajām organiskajām skābēm, kas spēj pilnībā dabiski noārdīties.

Pienskābe jebkurā proporcijā sajaucas ar ūdeni, etanolu un glicerīnu, bet tik tikko šķīst nepolāros šķīdinātājos, piemēram, hloroformā un alifātiskajos ogļūdeņražos. Tā molekula satur gan hidroksilgrupas, gan karboksilgrupas, nodrošinot tai izcilu veiktspēju skābuma regulēšanā, helātu veidošanā, mitrināšanā-mīkstināšanā, bakteriostāzē un saglabāšanā, kā arī polimēru plēves veidošanā. Tajā var notikt dažādas ķīmiskas reakcijas, tostarp esterifikācija, polikondensācija un neitralizācija. To plaši izmanto pārtikas aromatizēšanai un konservēšanai, ikdienas ķīmiskai mitrināšanai, biomedicīnai, rūpnieciskiem bioloģiski noārdāmiem materiāliem, videi draudzīgai tīrīšanai un citās jomās, kas kalpo kā galvenā izejviela smalkās zaļās ķīmiskās un bioloģiskās ražošanas nozarēs.

Pamatparametri

Ražošanas procesi

1. Mikrobiālā fermentācija (L-pienskābei)

Izmantojot ogļhidrātus, piemēram, glikozi, kā substrātus, homofermentatīvās pienskābes baktērijas veic fermentāciju: viena glikozes molekula dod divas L-pienskābes molekulas.

Reakcijas vienādojums:

Uzkrātā pienskābe kavē baktēriju metabolismu. Rūpnieciskajā praksē kalcija karbonātstiek pievienots neitralizācijai, lai radītu kalcija laktātu un stabilizētu fermentācijas buljona pH.

Neitralizācijas reakcija:

Galīgais fermentācijas buljons satur kalcija laktātu, atlikušo cukuru, baktēriju šūnas, olbaltumvielas un pigmentus. Turpmākajā atdalīšanā un attīrīšanā no buljona tiek izmantotas galvenās tehnoloģijas: kalcija-sāls process, esterifikācija-destilācija, šķīdinātāja ekstrakcija, elektrodialīze un molekulārā destilācija.

2. Fermentācijas buljona attīrīšanas tehnoloģijas

(1) Kalcija-sāls process (tradicionāla nobriedusi tehnoloģija)

Piecu soļu darbplūsma: pirmapstrāde → kristalizācija → mazgāšana → paskābināšana → pārkristalizācija

Iepriekšēja apstrāde: filtrējiet fermentācijas buljonu, lai noņemtu baktēriju šūnas un cietos piemaisījumus.

Kristalizācija un mazgāšana: atdzesē, lai kristalizētu L-kalcija laktātu; mazgāt kristālus, lai noņemtu daļēji šķīstošos piemaisījumus.

Paskābināšana: pievienojiet koncentrētu sērskābi kalcija laktātam divkāršas sadalīšanās reakcijai; kalcija sulfāts (ģipsis) nogulsnējas un izdalās brīva pienskābe.

Paskābināšanas reakcija:

Pārkristalizācija: koncentrējiet neapstrādātu pienskābes šķīdumu un veiciet pārkristalizāciju turpmākai attīrīšanai.

Procesa iezīmes: vienkāršs un labi izveidots; kalcija joni veicina L-pienskābes fermentāciju.
Trūkumi: augsts aktīvās oglekļa patēriņš; ierobežota cukura piemaisījumu noņemšana; mērena produkta tīrība.
Uzlabojums: Apvienojiet aktivēto ogli ar makroporainiem adsorbcijas sveķiem, lai atcukurotu un atkrāsotu kalcija laktāta šķīdumu; pielietot divpakāpju dzesēšanas kristalizāciju. Kristalizācijas ātrums sasniedz 80% un L-pienskābes tīrība sasniedz 97,2%.

(2) Esterifikācijas-destilācijas attīrīšana (bieži izmanto dziļai pulēšanai pēc kalcija-sāls procesa)

Neapstrādāta pienskābe (vai neapstrādāta pienskābe, kas iegūta no paskābināta kalcija laktāta) skābā katalizatora ietekmē reaģē ar zemas molekulmasas spirtiem (metanolu, etanolu), veidojot laktāta esterus (atgriezeniska reakcija). Par piemēru ņemot metanolu:

Metillaktātam ir daudz zemāka viršanas temperatūra nekā pienskābei. Metillaktātu atdala ar vakuumdestilāciju un pēc tam hidrolizē, lai atjaunotu augstas tīrības pakāpes pienskābi; metanols tiek reģenerēts un pārstrādāts.

Hidrolīzes reakcija:

Īpašības: Efektīva pienskābes atdalīšana no cukura piemaisījumiem, lai ievērojami uzlabotu tīrību. Rūpnieciski neapstrādātu pienskābi, kas iegūta no kalcija un sāls procesa, tālāk attīra esterifikācijas-destilācijas ceļā. Raža var sasniegt 97 %, un tīrība atbilst farmaceitiskās kvalitātes prasībām; plaši pieņemts ārzemēs.
Ierobežojumi: metanols ir toksisks, uzliesmojošs un sprādzienbīstams; ir nepieciešams pārmērīgs alkohols, lai novirzītu līdzsvaru uz esteru veidošanos.

(3) Šķīdinātāja ekstrakcija

Selektīva L-pienskābes pārvietošana no ūdens fermentācijas fāzes uz organisko fāzi, izmantojot ekstrakcijas līdzekļus, kam seko atpakaļekstrakcija, lai iegūtu pienskābes ūdens šķīdumu. Nodrošina fermentācijas un atdalīšanas savienojumu: radītās pienskābes noņemšana in situ mazina produkta inhibīciju uz mikroorganismiem.

Funkcijas: Zems enerģijas patēriņš; realizē integrētu fermentācijas atdalīšanu.
Ierobežojumi: Lielākā daļa pieejamo ekstraktantu ir dārgi, un daži ir toksiski. Šī tehnoloģija paliek laboratorijas stadijā bez liela mēroga industrializācijas. Tā ir fiziska atdalīšana bez raksturīgas ķīmiskas reakcijas.

(4) Elektrodialīze (membrānas atdalīšanas process)

Katjonu apmaiņas membrānas tiek izmantotas divkāršās padeves režīmā ar nātrija L-laktātu un sērskābi, lai nodrošinātu vienlaicīgu jonu apmaiņu un elektrodialīzi bez pienskābes zudumiem.

Īpašības: Efektīva cukura piemaisījumu noņemšana no pienskābes.
Trūkumi: sistēmā nevar atdalīt pienskābi no citām mazmolekulārām organiskām skābēm; membrānas piesārņojums un plūsmas samazināšanās ir galvenie industrializācijas šķēršļi. Fizikāla membrānas atdalīšana bez ķīmiskas reakcijas.

(5) Molekulārā destilācija

Molekulārā destilācija ir īpaša destilācija, ko darbina augstā vakuumā: karsējot barība iztvaiko. Tvaika molekulu vidējais brīvais ceļš pārsniedz attālumu starp sildvirsmu un kondensācijas virsmu, tāpēc molekulas virzās tieši uz kondensatoru un kondensējas. Tas pārkāpj tradicionālos tvaika-šķidruma līdzsvara ierobežojumus un darbojas zem atmosfēras viršanas temperatūras, kas ir piemērots karstumjutīgām vielām, piemēram, pienskābei, lai izvairītos no termiskās sadalīšanās.

Funkcijas: Laboratorija apstiprina sintētisko pienskābes maisījumu attīrīšanas iespējamību augsta vakuuma un zemas temperatūras apstākļos.
Trūkumi: Īsts fermentācijas buljons satur atlikušos cukurus un vairākas organiskās skābes; joprojām ir nepieciešama plaša pirmapstrādes un procesa parametru optimizācija. Augstam vakuumam ir nepieciešams mehānisks sūknis un difūzijas sūknis, kas rada lielu enerģijas patēriņu un ir pretrunā ar enerģijas taupīšanas mērķiem. Katra papildu pakārtotā iekārta palielina ekspluatācijas izmaksas. Tā ir aktuāla pētniecības tēma un vēl nav izmantota liela mēroga rūpniecībā.

Produktu pakāpes

1. Pārtikas kvalitātes pienskābe

Piemērojamais standarts: GB 1886.173-2016Nacionālais pārtikas nekaitīguma standarts - Pārtikas piedeva: pienskābe. Vecais standarta GB 2023-2003 ir atcelts. Pašlaik ir spēkā GB 1886.173-2016.

Galvenie pielietojumi: pārtikas pārstrādes rūpniecība, tostarp dzērienu, konditorejas izstrādājumu, konservētu augļu, gaļas produktu un garšvielu maisījuma ražošana. Funkcijas: skābuma regulēšana, garšas modificēšana un mērena bakteriostatiska saglabāšana.

Galvenie kvalitātes rādītāji

L-pienskābes masas daļa kopējā skābē: lielāka vai vienāda ar 95 % (galvenais pārtikas kvalitātes indekss optiskās konfigurācijas kontrolei).

Kopējais pienskābes saturs: vairākas koncentrācijas specifikācijas; parastās komerciālās koncentrācijas: 80 %, 85 %.

Smagie metāli (kā Pb): mazāks vai vienāds ar 10 mg/kg.

Arsēns (As): mazāks vai vienāds ar 1 mg/kg.

Papildu kontrolējamie priekšmeti: hlorīds, sulfāts, dzelzs, aizdegšanās atlikumi, reducējošais cukurs; cianīds netiek atklāts.

2. Farmaceitiskās kvalitātes (farmakopejas pakāpes) pienskābe

Piemērojamie standarti: skatietĶīnas Tautas Republikas farmakopejaiekšzemē; USP (Amerikas Savienoto Valstu farmakopeja), BP (Lielbritānijas farmakopeja) aizjūras tirgiem. Klasificēta kā farmaceitiskā palīgviela.

Galvenie pielietojumi: API sintēze, farmaceitiskie šķīdinātāji, lokāli lietojami preparāti, daļējas injekcijas palīgvielas; pakļauta stingrākajai drošības kontrolei starp visām pakāpēm.

Galvenie kvalitātes rādītāji

Pienskābes saturs: tipiska farmakopejas specifikācija 85–90 % (masas daļa).

Smagie metāli (kā Pb): mazāks par vai vienāds ar 10 ppm.

Stingra kontrole pār arsēnu, hlorīdu, sulfātu, viegli oksidējamām vielām, reducējošo cukuru, aizdegšanās atlikumiem; dažās farmakopejās ir norādīta optiskā tīrība un mikrobu robežas.

3. Rūpnieciskas kvalitātes pienskābe

Piemērojamie standarti: Ķīnā nav vienota valsts standarta; ieviesti atbilstoši rūpniecības vai uzņēmuma standartiem.

Galvenie pielietojumi: galvanizācija un atkaļķošana, rūpnieciskie tīrīšanas līdzekļi, ādas miecēšana, laktāta esteru un laktāta sāļu sintēze, pārklājumu piedevas un citi ķīmiskās rūpniecības scenāriji.NEDRĪKST izmantot pārtikā, farmācijā vai barībā.

Galvenie kvalitātes rādītāji

Pienskābes saturs: tipiskā specifikācija 80 %; Tirgū ir pieejamas pielāgotas kategorijas no 60 % līdz 90 %.

Brīvāka piemaisījumu kontrole; galvenie elementi: krāsa, kopējā skābe, aizdegšanās atlikums. Smago metālu un arsēna ierobežojumi ir daudz mazāk stingri nekā pārtikas/farmaceitiskās kvalitātes ierobežojumi. Nav obligātu prasību par L-pienskābes proporciju kopējā skābē.

4. Barības pakāpes pienskābe

Piemērojamie standarti: uzņēmumu/rūpnieciskie standarti barības piedevām; klasificēta kā barības skābumu regulējoša piedeva.

Galvenie pielietojumi: piedeva mājlopiem un ūdens barībai. Tas pielāgo barības skābumu, nomāc kaitīgos mikroorganismus un optimizē dzīvnieku zarnu veselību. Bieži vien tiek sajaukti ar nesējiem, piemēram, silīcija dioksīdu, lai iegūtu cietus preparātus.

Galvenie kvalitātes rādītāji

Pienskābes saturs: šķidrā barība parasti 50–55 %; salikti cietie produkti atbilst marķējumā norādītajai deklarācijai.

Smagie metāli (kā Pb): atvieglotā robeža Mazāka vai vienāda ar 20 ppm; tiek kontrolēts arī arsēns.

Mazāk stingras optiskās tīrības prasības (L-pienskābes attiecība), salīdzinot ar pārtikas kvalitātes prasībām.

Nozares ķēde

Pienskābe ir galvenā zaļā izejviela bioķīmiskajā rūpniecībā ar labi izveidotu slēgta cikla nozares ķēdi, kas atbilst zema oglekļa satura attīstības tendencēm. Augšupējās galvenās izejvielas: kukurūzas ciete, glikoze, melase, fermentācijas celmi, attīrīts ūdens. Pakārtotais attiecas uz pārtikas pārstrādi, personīgo aprūpi un kosmētiku, biomedicīnu, bioloģiski noārdāmiem polimēriem, videi draudzīgu tīrīšanu, tekstila un ādas izstrādājumiem un daudzām citām nozarēm.

Drošība, uzglabāšana un transportēšana

Pienskābe ir maiga dabiska organiska skābe: netoksiska, bioloģiski noārdāma un nav spēcīgi kodīga. Tas nav uzliesmojošs un nesprādzienbīstams un nav klasificēts kā bīstama ķīmiska viela. Uzglabāšana un transportēšana atbilst vispārīgajām ķīmisko kravu specifikācijām. Koncentrēts izejas šķīdums rada nelielu ādas un acu gļotādas kairinājumu; normālos ekspluatācijas apstākļos riski ir zemi.

Uzglabāšanas prasības: Uzglabāt sausā, vēsā, vēdināmā un tīrā noliktavā. Izvairieties no ilgstošas ​​augstas temperatūras iedarbības un tiešas saules gaismas, lai novērstu pašpolimerizāciju, krāsas maiņu un degradāciju. Uzglabāt konteinerus cieši noslēgtus, lai novērstu putekļu, mikrobu piesārņojumu un ūdens iztvaikošanu. Atsevišķa uzglabāšana; neuzglabāt kopā ar spēcīgiem sārmiem vai spēcīgiem oksidētājiem, lai izvairītos no neitralizācijas vai oksidatīvās bojāšanās. Pārtikas un farmaceitiskās kvalitātes produktus uzglabā atsevišķi, lai novērstu savstarpēju piesārņojumu.

Transporta prasības: ievērojiet vispārīgos ķīmiskās kravas noteikumus. Veikt aizsardzības pasākumus pret lietus, mitruma, saules gaismas un iepakojuma plīsumiem/noplūdēm. Nodrošiniet ciešu un stabilu iepakojumu, lai novērstu noplūdi transportēšanas laikā. Nepārvadāt kopā ar toksiskām, smaržīgām, kodīgām vai stipri sārmainām precēm. Augstas tīrības pakāpei nepieciešams tīrs transports, lai garantētu kvalitāti un atbilstību.

Drošības piezīmes: Stabils apkārtējās vides temperatūrā un spiedienā, netoksisks ar labu bioloģisko saderību. Atšķaidīti šķīdumi nav kairinoši; koncentrēts izejas šķīdums viegli kairina gļotādu. Nav aizdegšanās sprādziena vai nopietnas korozijas riska. Pietiek ar standarta IAL, ieskaitot darba cimdus un putekļu masku; uzturēt labu ventilāciju darba vietā. Ja izejas šķīdums nokļūst acīs, rūpīgi izskalojiet acis ar lielu daudzumu tekoša ūdens. Darbības ir drošas un kontrolējamas.

FAQ

J: Kādas ir galvenās atšķirības starp L-pienskābi un DL-racēmisko pienskābi? Kā izvēlēties atzīmes?
A: Viņiem ir līdzīgas fizikāli ķīmiskās pamatīpašības. Galvenās atšķirības ir optiskajā aktivitātē un bioloģiskajā saderībā. L-pienskābe ir dabiskas konfigurācijas, pilnībā biometabolizējama bez nelabvēlīgas ietekmes, piemērota augsta pieprasījuma scenārijiem: pārtika, aptieka, bioloģiski noārdāmi polimēri un augstākās klases personīgā aprūpe. DL-racēmiskā pienskābe ir jauktas konfigurācijas ar vāju bioloģisko aktivitāti un zemākām izmaksām. To piemēro tikai rūpnieciskai tīrīšanai, ādas un tekstilizstrādājumu apstrādei un vispārējiem ķīmiskiem darbiem bez optiskās tīrības prasībām. Tas nedrīkst aizstāt L-pienskābi augstākās klases lietojumos.

J: Kāpēc uzglabātā pienskābe kļūst tumšāka un viskozāka? Kā novērst šo parādību?
A: Pienskābes molekulas satur hidroksilgrupas un karboksilgrupas. Ilgstoša augstā temperatūrā, saules gaismas iedarbība vai uzglabāšana atvērtā traukā izraisa daļēju pašesterifikācijas-polimerizāciju, paaugstinot viskozitāti un krāsu. Atklāta uzglabāšana rada arī mikrobu piesārņojuma un svešķermeņu iekļūšanas risku. Preventīvie pasākumi: glabāt cieši noslēgtu, uzglabāt prom no gaismas, kontrolēt noliktavas temperatūru, izvairīties no ilgstošas ​​augstas temperatūras kraušanas un aizliegt atklātu uzglabāšanu. Pareiza uzglabāšana saglabā skaidru izskatu un stabilas īpašības ilgu laiku.

J: Kādas ir rūpnieciskās, pārtikas un farmaceitiskās kvalitātes pienskābes galvenās atšķirības un lietošanas aizliegumi Ķīnā?
A: Visām kategorijām ir identiska galvenā ķīmiskā sastāvdaļa; atšķirības ir piemaisījumu kontroles precizitāte, optiskā tīrība un normatīvā kvalifikācija. Rūpnieciskai lietošanai ir brīvas piemaisījumu specifikācijas bez bioloģiskās drošības sertifikācijas, un tās ir paredzētas tikai rūpnieciskai lietošanai; kontakts ar pārtiku, medikamentiem un cilvēka ādu ir aizliegts. Pārtikas kvalitātes produkti tiek sterilizēti un atkrāsoti, ievērojot stingrus smago metālu ierobežojumus, un tai ir pārtikas nekaitīguma sertifikāts pārtikas ražošanā. Farmaceitiskā klase nodrošina visaugstāko optisko tīrību un tīrību augstākās klases biomedicīnai, medicīnas estētikai un bioloģiski noārdāmu materiālu ražošanai.

Ķīna ir viena no lielākajām pienskābes ražotājām un eksportētājām pasaulē. Bagātīgi biomasas izejvielu resursi un nobriedušas biofermentācijas tehnoloģijas nodrošina pilnīgu atbalsta nozares ķēdi un liela mēroga ražošanas jaudu. Ķīna var stabili piegādāt pilnas sērijas pienskābes produktus ar augstu optisko tīrību un zemu piemaisījumu saturu. Tam ir pasaulē vadošās priekšrocības ražošanas jaudas, kvalitātes stabilitātes un izmaksu konkurētspējas ziņā, apmierinot vietējās augstākās klases ražošanas prasības, kā arī ārzemju eksporta prasības.