Kwas mlekowy to związek organiczny, który jak sama nazwa wskazuje, zawarty jest w ukwaszonych produktach mlecznych. Powstaje w wyniku działania bakterii kwasu mlekowego (LAB – lactic acid bacteria) obecnych w mleku, które w procesie fermentacji wytwarzają go z cukru mlecznego, jakim jest laktoza. Proces ten nadaje produktom mlecznym charakterystycznego kwaskowego posmaku.

Kwas mlekowy w przyrodzie występuje w dwóch konfiguracjach: L(+) o konfiguracji absolutnej S, nazywany kwasem (S)-2-hydroksypropanowym, oraz D(–) o konfiguracji absolutnej R, nazywany kwasem (R)-2-hydroksypropanowym. Jest często wykorzystywany nie tylko w przemyśle spożywczym, ale i kosmetycznym czy farmaceutycznym. Może być również pozyskiwany w drodze syntezy chemicznej, jednak jest to proces obecnie stosowany bardzo rzadko z racji uciążliwości środowiskowej oraz niekontrolowanego charakteru produktu. Przeciwnie do metod mikrobiologicznych, gdzie poprzez dobór szczepu możemy w łatwy sposób kontrolować formę optyczną powstającego produktu.

Zastosowanie kwasu mlekowego
Najważniejszą gałęzią przemysłu wykorzystującą kwas mlekowy jest przemysł spożywczy. Oznaczany jako E270 i przede wszystkim stosowany jako regulator kwasowości, z racji jego biokompatybilności – jest w pełni bezpieczny i może być spożywany nawet przez kobiety w ciąży. Dodawany do produktów fermentowanych oraz wypieków na zakwasie, napojów czy dżemów. Pełni również funkcje konserwantu – jego dodatek zwiększa trwałość produktów spożywczych.

Kwas mlekowy wykorzystuje się również na szeroką skalę w kosmetyce. W niskich stężeniach (do 10%) wykazuje właściwości silnie nawilżające. Jest składnikiem NMF (naturalnego czynnika nawilżającego), a więc jego obecność poprawia i utrzymuje odpowiedni poziom nawilżenia skóry. Aplikacja na skórę preparatu o stężeniu powyżej 30% powoduje silne jej złuszczanie, co znalazło zastosowanie przy zabiegach pilingujących. Dodatkowo, podobnie jak ma to miejsce w przemyśle spożywczym, jest podstawowym regulatorem pH formulacji kosmetycznych. W przypadku aplikacji go do produktów kosmetycznych należy pamiętać, że tylko forma lewoskrętna (L(+)) jest aktywna biologicznie i taka powinna być stosowana, gdy kwas mlekowy ma funkcję kosmetyczną, a nie regulującą odczyn produktu.

W ostatnich latach, z racji dużego nacisku na ochronę środowiska, popularność zdobywa biodegradowalny polimer, jakim jest polilaktyd. Jest przyjazny dla środowiska i ulega pełnemu rozkładowi. Dodatkowo ilość energii, jaka musi zostać zużyta do jego wyprodukowania, jest o ok. 70% mniejsza niż w przypadku wytwarzania materiałów typu PET. Używany do produkcji opakowań, foli i innych produktów, które do tej pory powstawały z nierozkładających się plastików. Z racji swojej biozgodności może być również wykorzystywany do produkcji nici chirurgicznych, implantów i innych materiałów medycznych. Wśród metod jego wytwarzania znajduje się polikondensacja kwasu mlekowego. To ten właśnie kierunek wykorzystania kwasu mlekowego znacząco zwiększa jego obecny popyt.

    Jak widać zapotrzebowanie na ten kwas jest już na wysokim poziomie, a jego światowa roczna produkcja w 2021 w przeliczeniu na USD stanowiła aż 2,9 mld i szacuje się, że do 2030 wzrośnie o 8%. Stąd poszukuje się coraz to nowych technologii jego produkcji, w tym opracowanie jak najtańszego, najefektywniejszego i niekonkurującego z przemysłem żywnościowym surowca.

Sposoby wytwarzania kwasu mlekowego
Istnieją dwa podstawowe sposoby produkcji kwasu mlekowego: synteza chemiczna i fermentacja mlekowa. Pierwsza z nich polega na reakcji aldehydu octowego z cyjanowodorem i hydrolizowanie otrzymanego laktonitrylu. Do samej hydrolizy wykorzystuje się kwas solny. Podczas syntezy powstaje również chlorek amonu jako produkt uboczny. Ten rodzaj wytwarzania kwasu mlekowego jest już bardzo rzadko stosowany i większość kwasu mlekowego obecnego na rynku światowym to ten pochodzenia mikrobiologicznego.

Mikrobiologiczna fermentacja polega na wykorzystaniu bakterii z grupy LAB (lactic acid bacteria), które posiadają zdolność metabolizowania cukrów, np. glukozy, ksylozy, laktozy do kwasu mlekowego. Bakterie z tej grupy zaliczane są do tzw. grupy GRAS, tj. rozpoznane jako bezpieczne. Stąd taka produkcja mikrobiologiczna jest w pełni bezpieczna i nie wiąże się z powstawaniem uciążliwych dla środowiska produktów ubocznych, jak ma to miejsce podczas syntezy chemicznej. Wielką zaletą tej metody jest również fakt, że poprzez dobranie odpowiedniego szczepu mikrobiologicznego można w łatwy sposób sterować jakością produktu – głównie rodzajem powstającego enancjomeru. Dzieje się tak dlatego, że poszczególne gatunki bakterii kwasu mlekowego mają zdolność do produkcji kwasu L(+) lub D(-).