Axit lactic (2-hydroxypropanoic acid) là một axit hữu cơ nhỏ, có tính thơm về mặt công nghiệp do khả năng hòa tan cao trong nước, tính quiral (dạng L và D) và tính phân hủy sinh học tốt. Từ góc độ hóa-học và công nghệ, axit lactic là một dung môi/điều chỉnh pH nhẹ, chất bảo quản/axit hóa trong thực phẩm, tiền chất cho polyme sinh học (PLA), và một tá dược/phụ liệu quan trọng trong dược-mỹ phẩm và ngành xử lý bề mặt. Bài viết này trình bày tóm tắt các tính chất chính, con đường sản xuất, cơ chế tác dụng liên quan đến ứng dụng, và các vấn đề an toàn — với góc nhìn học thuật nhưng hướng tới ứng dụng thực tế.
1. Đặc tính hóa-vật lý và hóa học cơ bản
-
Công thức phân tử: C₃H₆O₃.
-
Cân khối phân tử (xấp xỉ): 90.08 g·mol⁻¹.
-
Dạng vật lý: ở dạng tinh khiết có thể là chất lỏng nhớt hoặc tinh thể (tùy cấu hình và hàm lượng nước). Rất hòa tan tốt trong nước và có ái lực phân cực cao.
-
Tính axit: axit yếu với pK_a ~ 3.8–3.9 (tùy điều kiện), do nhóm –COOH.
-
Quiral: tồn tại dưới hai đồng phân quiral chính L-(+) và D-(–); trong công nghiệp thực phẩm thường dùng dạng L-lactic (sinh tổng hợp từ vi sinh vật) hoặc hỗn hợp racemic tùy nguồn gốc. Quiralité ảnh hưởng tới sinh lý (dược-lý) và một số ứng dụng đặc thù.
-
Tương tác hóa-lý: nhóm hydroxyl α (–OH) cho phép liên kết hydro, tạo phức dễ tan, và có vai trò trong phản ứng este hóa/condensation (tiền chất cho polyme như PLA).
2. Con đường sản xuất
-
Lên men sinh học: phương pháp phổ biến nhất — men vi sinh (Lactobacillus và các chủng vi khuẩn lên men lactic) chuyển hóa đường (glucose, sucrose, tinh bột thủy phân) thành axit lactic. Lợi thế: nguyên liệu tái tạo, dễ điều chỉnh đồng phân L/D bằng chọn chủng.
-
Tổng hợp hóa học: ít được áp dụng cho mục tiêu thực phẩm do chi phí và tính an toàn; có thể tạo ra racemate bằng con đường hóa học từ propylene glycol hoặc từ acetaldehyde.
-
Tinh chế: sau lên men cần lọc, trung hòa, cô đặc và tinh chế (ion exchange, tinh chế màng) để đạt tiêu chuẩn ứng dụng (thực phẩm/ dược/ công nghiệp).
3. Cơ chế và nguyên lý ứng dụng
-
Điều chỉnh pH và bảo quản: axit lactic làm giảm pH môi trường, ức chế vi sinh kỵ acid, vì vậy dùng như chất bảo quản/axitulant trong thực phẩm.
-
Tính hút ẩm & humectant: nhóm hydroxyl giúp giữ ẩm, làm mềm trong mỹ phẩm và thực phẩm chế biến.
-
Tiền chất polyme (PLA): axit lactic có thể được este hóa thành lactide rồi trùng hợp để tạo polylactic acid (PLA) — một polyme nhiệt dẻo phân hủy sinh học dùng trong đóng gói, y tế (đặt ốc vít, ống tiêu) và ứng dụng kỹ thuật.
-
Tương tác bề mặt & chelation: axit hữu cơ có thể ảnh hưởng đến hòa tan ion kim loại, dung dịch xử lý bề mặt/da, hoặc cải thiện độ ướt trong một số quy trình hóa-cơ.
4. Ứng dụng thực tiễn chính
-
Ngành thực phẩm & đồ uống:
-
Chất điều chỉnh pH (thêm vị chua), chất bảo quản (ức chế vi khuẩn), tá dược trong sản phẩm lên men, sản xuất sữa chua, đồ hộp, nước giải khát.
-
Ứng dụng ở liều lượng theo tiêu chuẩn pháp lý (E270 ở nhiều quốc gia).
-
-
Sản xuất polyme sinh học (PLA):
-
PLA từ axit lactic là giải pháp thay thế nhựa dầu mỏ cho bao bì phân hủy sinh học, vật liệu y sinh (chỉ khâu, ốc vít tự tiêu), và các sản phẩm kỹ thuật khác.
-
-
Dược phẩm & mỹ phẩm:
-
Là một tá dược, điều chỉnh pH, tẩy tế bào chết nhẹ (alpha-hydroxy acid trong mỹ phẩm), chất dưỡng ẩm, và có ứng dụng trong các chế phẩm bôi tại chỗ.
-
Trong công thức dược phẩm, cần theo dõi đồng phân và độ tinh khiết.
-
-
Ngành da-giày, dệt & xử lý bề mặt:
-
Dùng trong xử lý axit hoá, điều chỉnh độ pH quá trình giúp cố định màu hoặc xử lý sợi.
-
-
Nông nghiệp & thức ăn chăn nuôi:
-
Sử dụng trong một số chế phẩm thức ăn như điều chỉnh pH, làm chất bảo quản cho thức ăn ủ chua.
-
5. An toàn, lưu kho và môi trường
-
An toàn người vận hành: nồng độ cao có thể gây kích ứng da và mắt; khi thao tác ở dạng đậm đặc cần găng tay, kính bảo hộ, thông gió tốt. Ở dạng dung dịch loãng (ví dụ trong thực phẩm) được xem là an toàn theo quy định khi sử dụng đúng liều.
-
Bảo quản: tránh ẩm, nơi khô mát, kín; tránh nhiễm khuẩn lại.
-
Môi trường: axit lactic phân hủy sinh học tốt và không tích lũy lâu dài; tuy nhiên xả trực tiếp dung dịch đậm đặc có thể gây biến động pH cục bộ cho hệ thủy sinh — do đó cần xử lý và trung hòa trước khi thải.
-
Yêu cầu pháp lý: sử dụng trong thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm phải tuân thủ tiêu chuẩn vệ sinh, COA, và SDS/ MSDS cho từng lô.
6. Phương pháp phân tích chất lượng
-
Phổ HPLC để xác định hàm lượng và tách đồng phân L/D (qua cột chuyên biệt hoặc tiền xử lý).
-
Titration (axit–base) cho hàm lượng tổng axit.
-
GC (sau derivat hóa) để phân tích hợp chất bay hơi liên quan.
-
Kiểm tra độ tinh khiết, kim loại nặng và tạp chất vi sinh theo tiêu chuẩn dược/pharma/food.
7. Kết luận
Axit lactic là một hợp chất công nghiệp-sinh học quan trọng, đóng vai trò đa dạng từ chất điều chỉnh pH trong thực phẩm đến tiền chất cho vật liệu sinh học như PLA. Sự kết hợp giữa nguồn gốc tái sinh (lên men), tính phân hủy sinh học và phổ ứng dụng rộng khiến axit lactic là một hóa chất chiến lược trong ngành công nghiệp bền vững. Tuy nhiên, việc đảm bảo đồng nhất chất lượng (đồng phân, tạp chất), an toàn vận hành và quản lý môi trường vẫn là những yêu cầu then chốt khi triển khai trên quy mô công nghiệp.