تعریف اسید لاکتیک و کاربردهای آن

اسید لاکتیک یک اسید آلی با فرمول مولکولی CH3CH (OH) COOH دارد. این اسید در حالت جامد سفید رنگ است، در آب حل می شود و در حالت محلول یک محلول بی رنگ ایجاد می کند.

این ترکیب به صورت مصنوعی و هم از منابع طبیعی تولید می شود. لاکتیک اسید به دلیل وجود گروه هیدروکسیل مجاور گروه کربوکسیل، یک آلفا هیدروکسی اسید (AHA) است و به باز مزدوج آن لاکتات نامیده می شود.

اسید لاکتیک در ترشی سبزیجات، خمیر مایه نان، آبجو، شراب، کلم ترش و غذاهای تخمیر شده مانند سس سویا وجود دارد و مسئول عطر و طعم ملایم آنها است علاوه بر سبزیجات و غلات تخمیر شده، محصولات لبنی تخمیر شده مانند کفیر و ماست نیز حاوی اسید لاکتیک هستند.

تاریخچه تولید اسید لاکتیک:
کارل ویلهلم شیل، شیمی دان سوئدی اولین شخصی بود که این ماده را در سال 1780 از شیر ترش جدا کرد. نام این اسید منعکس کننده فرم ترکیبی آن و به معنی مشتق شده از شیر است. در سال 1808 یونس یعقوب برزلیوس کشف کرد که اسید لاکتیک (در واقع L- لاکتات) در هنگام تمرینات بدنی در عضلات نیز تولید می شود. ساختار این اسید توسط یوهانس ویسلیکنوس در سال 1873 مشخص شد.

در سال 1856، نقش لاکتوباسیلوس در سنتز این ماده توسط لوئیس پاستور کشف شد. این ترکیب با این روش در سال 1895 به صورت تجاری تولید شد. در سال 2006، تولید جهانی آن با متوسط رشد سالانه 10 درصد به 275000 تن رسید.

اسید لاکتیک چگونه تولید می شود؟
این ترکیب به صورت صنعتی با تخمیر باکتریایی کربوهیدرات ها یا با سنتز شیمیایی استالدئید تولید می شود. در سال 2009، اسید لاکتیک عمدتا توسط تخمیر تولید می شد.

تولید اسید لاکتیک راسمیک متشکل از مخلوط 1: 1 استریوایزومرهای d و l یا مخلوطی با حداکثر 9/99 درصد اسید لاکتیک، با تخمیر میکروبی امکان پذیر است. تولید این اسید در مقیاس صنعتی نیز توسط تخمیر امکان پذیر است، اما بسیار چالش برانگیزتر است.

تولید تخمیری:
محصولات شیر تخمیر شده از طریق تخمیر شیر یا آب پنیر به صورت صنعتی توسط انواع باکتریهای لاکتوباسیلوس به دست می آید. به عنوان ماده اولیه برای تولید صنعتی اسید لاکتیک، تقریباً از هر منبع کربوهیدرات ی حاوی قندهای C5 و C6 می توان استفاده کرد. ساکارز خالص، گلوکز حاصل از نشاسته، شکر خام و آب چغندر اغلب استفاده می شود.

تولید شیمیایی:
اسید لاکتیک راسمیک از واکنش استالدئید با سیانید هیدروژن و سپس هیدرولیز لاکتونیتریل به صورت صنعتی سنتز می شود. هنگامی که هیدرولیز توسط اسید کلریدریک انجام می شود، کلرید آمونیوم به عنوان یک محصول جانبی تشکیل می شود.

شرکت ژاپنی Musashino یکی از آخرین تولید کنندگان بزرگ اسید لاکتیک در این مسیر است. سنتز اسیدهای لاکتیک راسمیک و انانتیوپور نیز از طریق سایر مواد اولیه (وینیل استات، گلیسرول و غیره) با استفاده از روش های کاتالیزوری امکان پذیر است.

کاربردهای اسید لاکتیک:
پیش ساز پلیمرها:
دو مولکول اسید لاکتیک می تواند به لاکتید لاکتون دهیدراته شود. در حضور کاتالیزور ها لاکتید پلیمریزه می شود تا به پلی آتاکتیک یا پلی لاکتیک سیندیوتاکتیک (PLA) تبدیل شود که پلی استری با خواص تخریب پذیری زیستی هستند. PLA نوعی پلاستیک است که از مواد پتروشیمی حاصل نمی شود.

کاربردهای دارویی و آرایشی:
این ترکیب همچنین در فناوری دارویی برای تولید لاکتات های محلول در آب از مواد فعال غیر محلول استفاده می شود. این ماده برای تهیه اسید و خاصیت ضدعفونی کننده و کراتولیتیک آن بیشتر در داروهای موضعی و مواد آرایشی مورد استفاده قرار می گیرد.

متابولیسم اسید لاکتیک در بدن:
اگرچه معمولاً گلوکز به عنوان منبع اصلی تأمین انرژی برای بافتهای زنده در نظر گرفته می شود ولی اسید لاکتیک سوخت ترجیحی سلولهای عصبی در مغز چندین گونه پستاندار از جمله موش و انسانها است. طبق فرضیه لاکتات شاتل، سلولهای گلیال وظیفه تبدیل گلوکز به لاکتات و تأمین لاکتات سلولهای عصبی را برعهده دارند.

به دلیل این فعالیت متابولیکی موضعی سلولهای گلیایی، مایع خارج سلولی سلولهای عصبی اطراف آنها به شدت از نظر ترکیب از خون یا مایع مغزی نخاعی متفاوت است و از نظر لاکتات بسیار غنی است که در مطالعات میکرو دیالیز این مسئله مشخص شده است.

برخی شواهد نشان می دهد که لاکتات در مراحل اولیه رشد برای متابولیسم مغز در افراد قبل از تولد و اوایل پس از زایمان مهم است، در این مراحل لاکتات در غلظت های بیشتری در مایعات بدن وجود دارد و ترجیحاً مغز از آن استفاده می کند.

همچنین این فرضیه مطرح است که لاکتات ممکن است یک عمل قوی بر روی شبکه های GABA در مغز در حال رشد ایجاد کند و باعث مهار بیشتر آنها از آنچه که قبلاً فرض شده بود از طریق پشتیبانی بهتر از متابولیت ها یا تغییر در سطح pH داخل سلول های یا هردو شود.

مطالعات برش های مغزی موش ها نشان می دهد که β-هیدروکسی بوتیرات، لاکتات و پیروات به عنوان بسترهای انرژی اکسیداتیو عمل می کنند و وقتی که گلوکز به عنوان حامل انرژی در طی فعالیت شدید سیناپسی ناکافی است باعث افزایش در مرحله اکسیداسیون NAD (P) H می شوند و در نهایت این لاکتات است که می تواند یک بستر انرژی کارآمد باشد که قادر به حفظ و تقویت متابولیسم انرژی هوازی مغز در شرایط آزمایشگاهی است.

لاکتات همچنین می تواند به عنوان یک منبع مهم انرژی برای سایر اندام ها از جمله قلب و کبد باشد. زیرا در طی فعالیت بدنی تا 60٪ از میزان گردش انرژی عضله قلب از اکسیداسیون لاکتات ناشی می شود.

اسید لاکتیک در کدام خوراکیها یافت می شود؟
اسیدها طعم های متمایزی به غذاها اعطا می کنند از اسید سیتریک موجود در میوه ها گرفته تا اسید استیک خورنده که باعث تولید سرکه می شود. این ترکیب یک اسید ملایم و همه کاره است که توسط باکتری های ویژه ای تولید می شود که قادر به هضم لاکتوز در شیر هستند. اگرچه اسید لاکتیک در درجه اول با محصولات لبنی در ارتباط است، اما در طیف گسترده ای از غذاها یافت می شود که در ادامه شرح داده می شود.

محصولات لبنی:
گونه های نسبتاً کمی از باکتری ها، از جمله خانواده لاکتوکوک و لاکتوباسیلوس و برخی از خانواده های لکونوستوک و استرپتوکوک، قادر به هضم لاکتوز موجود در شیر هستند. آنها قندها را به انرژی تبدیل کرده و اسید لاکتیک را دفع می کنند که باعث کاهش pH شیر و ایجاد محیط نامناسب برای سایر باکتری ها می شود.

این مسئله یک مزیت رقابتی برای آن باکتریها است و برای انسان نیز مزایای گسترده ای دارد. این دسته از محصولات شیر اسیدی یا "کشت شده" به راحتی خراب نمی شوند و خاصیت مغذی شیر را برای مدت طولانی تری حفظ می کنند. خامه ترش، ماست، پنیرها و بقیه محصولات لبنی تخمیر شده در جهان از طریق اسید لاکتیک تولید می شوند.

ترشی سنتی:
اگرچه این ماده با لبنیات شناخته می شود اما باکتری های اسید لاکتیک فرصت طلبانی هستند که می توانند با استفاده از قندهای دیگر نیز زنده بمانند. به عنوان مثال، ترشی سبزیجات و محصولاتی مانند کلم ترشی به طور سنتی دارای اسید لاکتیک هستند. نمک زدن به سبزیجات آب آنها را بیرون می کشد، که به سرعت توسط لاکتوباسیل ها استعمار می شود.

این اسیدیته باعث جلوگیری از رشد باکتری های بالقوه خطرناک و بیماری زا می شود و به حفظ مواد غذایی کمک می کند. گروه دوم باکتری ها اسید لاکتیک را هضم کرده و اسید استیک یا سرکه تولید می کنند که قوی تری است و روند کار را تسریع می کند. ترشی حاصل می تواند بسته به نسبت لاکتیک اسید به اسید استیک ملایم یا تیز باشد.

نان های ترش:
نان خمیر ترش مزه خاص خود را مدیون باکتری های اسید لاکتیک است که در کنار مخمر در خمیررشد می کند. PH پایین ایجاد شده توسط باکتری ها نه تنها باکتری های مضر را دفع می کند بلکه مخمرها و اسپورهای کپک را که تحمل اسیدیته پایین را ندارند از بین می برد. از طرف دیگر، مخمرهای نان با اسیدیته پایین سازگار شده و عملکرد خود را بهتر انجام می دهند.

محصولات سویا:
باکتریهای اسید لاکتیک نقش مشابه ماده طعم دهنده و نگهدارنده را در محصولات تخمیر سویا دارند که در سراسر آسیا رایج است. بیشتر آنها از جمله میسو و سس سویا با خمیر کردن دانه های سویا شروع می شوند که باعث ایجاد یک ماده اولیه می شود.

سپس استارتر به این دانه ها اضافه می شود و یک فرآیند تخمیر پیچیده را با چندین خانواده مخمر و باکتری آغاز می کند. باکتری های اسید لاکتیک با اثر رحفاظتی مانع از رشد عوامل بیماری زا در محصول نهایی می شوند.

سایر خوراکی ها:
این ترکیب در بسیاری از غذاها و نوشیدنی های دیگر نیز وجود دارد. به عنوان مثال، بسیاری از شراب ها در دومین تخمیر خود اسید مالیک را به اسید لاکتیک تبدیل می کنند که باعث می شود شراب ترشی کمتری داشته باشد و به عنوان یک محصول جانبی - ترکیبات طعم دهنده جدید ایجاد شود.

مواد غذایی و نوشیدنی های دیگر نیز اغلب از این ماده برای طعم ملایم ترش و اثر نگهدارنده آن استفاده می کنند. از این اسید می توان برای تعادل شیرینی طبیعی در آب میوه ها، به عنوان نگهدارنده در سس های سالاد یا محصولات آب نبات استفاده کرد.