1.2 乳酸生产及其转化
乳酸，又称2-羟基丙酸、α-羟酸，分子式为C3H6O3，分子量为90.08，相对密度约为1.206（25℃）。乳酸被广泛认为是一种廉价的、可再生的生物质资源的衍生物。2004年美国能源部发布一份名为“源自生物质的高附加值化学品”报告，首次提出了12种来源于糖类的、用于合成生物质基化学品的平台分子或基础材料。2010年Bozell和Petersen等人在美国能源部报告的基础上，提出了平台化合物的9条标准，重新列出1份平台化合物，包括乳酸、乙醇、呋喃类、甘油、琥珀酸、羟基丙酸/醛、乙酰丙酸、山梨糖醇和木糖醇等。
实际上，以乳酸为平台分子，可以合成丙烯酸［5～9］、乙醛［10～13］、2，3-戊二酮［14～17］、丙酸［18～21］和可生物降解的聚乳酸等重要化学品，更加明确了生物基乳酸转化利用的研究价值。
1.2.1 乳酸生产概述
乳酸生产方法有化学合成法、酶合成法和发酵法。微生物发酵生产乳酸技术工艺简单、原料充足，是国家重点支持的高新技术，符合国家产业政策和高新技术产业化方向。目前70%以上工业乳酸是由发酵法生产，河南金丹是目前国内最大的乳酸生产厂家，2008年金丹在国内首先实现了细菌法生产L-乳酸规模化生产，产量达到10万吨/a。
这里仅对发酵法生产乳酸做简单介绍。玉米淀粉常作为发酵法制备乳酸的原料，用于发酵生成乳酸的菌种主要有细菌和根霉。传统的钙盐法生产乳酸的发酵工艺为：首先将淀粉糖化，接入筛选的菌种发酵；随着乳酸的不断产生，发酵液的pH值不断减小，pH值小于5时产酸受到抑制；为了提高乳酸产率，需要控制发酵液的pH值，传统的pH值调节是用碳酸钙来中和产生的乳酸，以维持pH值在5.0～5.5；菌种在适合产酸的温度下发酵3～6d，生成产品为粗乳酸钙的发酵液；分离乳酸钙酸化处理得到乳酸。
中国的乳酸工业和国外发达国家相比还有一定差距，需要筛选生产L-乳酸选择性更高的菌种满足L-乳酸日益增加的需求，开发使用纤维素代替淀粉生产乳酸的工艺，以及加强以乳酸为原料的后续产品的开发延伸产业链。
1.2.2 乳酸为平台分子的主要转化路线
乳酸分子中含有一个羟基和一个羧基，化学性质非常活泼，与乳酸相关的反应示意图见图1-2，主要有乳酸脱水反应合成丙烯酸、乳酸脱羰或脱羧反应合成乙醛、乳酸缩合反应合成2，3-戊二酮、乳酸脱氧反应合成丙酸、乳酸聚合反应合成聚乳酸等反应类型。以乳酸为平台分子的这几个反应都是比较有价值的转化，但是其过程往往存在多种复杂的副反应，导致目标产物选择性较低。在后续章节中会针对每个反应介绍其研究背景和研究进展，其中又以催化剂的研究进展为主要介绍内容。
图1-2 乳酸转化示意图