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维生素C的发酵生产工艺4发酵法比较3•维生素C的工艺流程21维生素C的市场应用前景CONTENTS目录录•维生素C（VitaminC),又称L-抗坏血酸，化学名称为3-氧代-L-古龙糖酸呋喃内酯（3-oxo-L-gulofuranolactone)。•结构:维生素C分子中有2个手性碳原子，存在4种旋光异构体，但只有L-(+)型活性最高，其他3种临床效果很低或无活性。维生素C的物理性质•白色粉末，无臭、味酸、熔点190-192℃，易溶于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚，氯仿及石油醚等。它是一种还原剂，易受光、热、氧等破坏，尤其在碱液中或有微量金属离子存在时，分解更快，但干燥结晶较稳定。•化学性质:•①易溶于水和甲醇，呈酸性，有旋光性。•②维生素C无游离羧基，呈内酯环状，是一种强还原剂，易受光、热、氧化等破坏。•③内酯环水解后，发生脱羧反应成糠醛，聚合后变色。•储存：•干燥结晶状态较稳定，避光、避热、干燥容器种保存。•维生素C可以是氧化型，又可以是还原型存在于体内，所以可作为供氢体，又可作为受氢体，在体内氧化还原过程中发挥重要作用。•⑴促进抗体形成。•⑵促进铁的吸收。•⑶促进四氢叶酸形成。•⑷维持巯基酶的活性。•羟化反应是体内许多重要物质合成或分解的必要步骤，在羟化过程中•⑴促进胶原合成。维生素C缺乏时，胶原合成障碍，从而导致坏血病。⑵促进神经递质（5-羟色胺及去甲肾上腺素）合成。⑶促进类固醇羟化。高胆固醇患者，应补给足量的维生素C。⑷促进有机物或毒物羟化解毒。维生素C能提升混合功能氧化酶的活性，增强药物或毒物的解毒（羟化）过程。•维生素C可以是氧化型，又可以是还原型存在于体内，所以可作为供氢体，又可作为受氢体，在体内氧化还原过程中发挥重要作用。•⑴促进抗体形成。•⑵促进铁的吸收。•⑶促进四氢叶酸形成。•⑷维持巯基酶的活性。•⑴解毒。•⑵预防癌症。•⑶清除自由基。•特殊人群，如孕妇，乳母，婴幼儿，老年人。从事特殊作业人群，如重体力劳动、部队人员、运动员、航空航天、潜水航海、接触有毒物、放射物工作、矿工等。•（1）食物缺乏新鲜果蔬，偏食挑食者。•（2）慢性疾病，严重外伤患者。•（3）消化功能紊乱，长期腹泻者。•（4）生活不规律，或压力过大，抽烟酗酒等。期服用某些特定药物、如雌激素、肾上腺皮质激素、四环素、降钙素、阿司匹林、矿物油等人群。维生素C的市场应用前景•1.在食品中应用广泛•维生素富含抗氧化作用和含自由基消除剂，可以抑制和制止致病因子。因此，维C大量添加在各种食品和饮料中，•用量很大。如用于食品保鲜，人体营养剂，果冻，果酱等的维生素强化剂及油脂的抗氧化等。在国内应用也很大。•2.化妆品行业•护肤：抗氧化剂，防止氧化损伤，皮肤美白等。•香皂：防止汗液臭化，除臭，美白。•牙膏：抗炎，防止牙龈出血。•3.其他领域的用量不断扩大•作为添加剂加到饲料中，占总消耗量的10%，随着添加剂比例的不断增加，维C的用量还有很大的提升空间。•4.临床中的应用•对缺血—再灌注心肌保护作用•改善心血管功能•抗癌和防癌的作用•对肠黏膜屏障保护•治疗消化性溃疡等•随着维C用途的不断增多，维C的用量越来越大，维C市场具有广阔的前景，我国目前的市场还有很大的提升空间维生素C的生产工艺生产方法（1）化学合成法烟酸、烟酰胺、叶酸、维生素B1、B6、D、E、K等。（2）发酵法B12、B2，维生素C和生物素，维生素原等。（3）生物提取法从猪心中提取辅酶Q10，从槐花米中提取芦丁，从提取链霉素后的废液中提取B12等。•生产工艺.•1.莱氏法化学合成工艺•2.两步发酵工艺•莱氏法是最早生产维生素C的方法,其以葡萄糖为原料,先经黑醋菌发酵生成L-山梨糖,再经丙酮化及NaClO氧化、水解得到2-酮-L古龙酸钠,然后进行化学合成得到维生素C。莱氏法生产维生素C莱氏合成法的工艺原理和过程•1.D-山梨醇的制备•2.L-山梨糖的制备•2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖（双丙酮糖）的制备•2,3,4,6-双酮基-L-古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备•粗品维生素C的制备•粗品维生素C的精制•１、D-山梨醇的制备•（1）工艺过程•在70-75℃下加水溶解葡萄糖，50%溶液•氢气纯度≥99.3%、压强0.04MPa时，将糖液冲入釜内•加入活性镍催化剂•加碱液调pH8.2-8.4，通蒸汽，并搅拌•温度升至120-135℃时关闭蒸汽•控制温度在150-155℃，压强3.8-4.0MPa•反应至不吸收氢气为反应终点•0.2-0.3MPa压强下压料至沉淀缸、过滤、树脂交换处理•收率95%•（2）影响因素•1.pH值•葡萄糖水pH8.0-8.5•偏高或偏低会使甘露醇（副产物）含量增加•2.设备材质•山梨醇能溶解多种金属•避免使用铁、铝或铜制设备，而用不锈钢•3.副产物影响•甘露醇影响产物比旋度•残糖含量影响产物比旋度——氢化反应的终点指标•4.注意事项及三废处理•车间进行还原反应时氢气自制，故配有氢气柜。应杜绝火源，以免氢气发生爆炸•废镍催化剂可压制成块，冶炼回收•再生废液中的镍经沉淀后可回收•废酸、废碱经中和后放入下水道•2.L-山梨糖的制备•（1）工艺过程•菌种部分•斜面培养基中菌种活化传代24h后，产糖量达到100mg/mL•在30℃培养48h，镜检菌体正常、无杂菌•放0-5℃冰箱保存备用•（2）发酵部分•投料。D-山梨醇浓度为16%-20%•培养基控制pH5.4-5.6，120℃灭菌0.5h•在发酵罐中培养（温度30-32℃；压力0.03-0.05MPa）•一级种子罐发酵率40%以上，二级种子罐发酵率50%以上•当发酵率在95%以上时，温度略高（31-33℃）；pH7.2左右，即为发酵终点•控制真空度在0.05MPa以上，温度60℃以下，减压浓缩结晶即得L-山梨糖•（3）注意事项•尽量减少染菌途径3.2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备1.工艺过程配料比：L-山梨糖：丙酮：发烟硫酸：氢氧化钠=1:9:0.4:0.65℃下压入丙酮、发烟硫酸，加入山梨糖15-20℃下溶糖6h降温至-8℃，保持6-7h得酮化液25℃，加入18%-22%的氢氧化钠溶液，中和至pH8.0-8.5•上层清液常压蒸馏至100℃，减压蒸馏至90•苯提取蒸馏后剩余溶液，减压蒸馏得双丙酮糖•（3)注意事项•双酮糖在酸性中不稳定，碱性中较温定。因此中和时，必须保持碱性和低温条件•加料的先后顺序，先加入丙酮古龙酸与盐酸，易于结块，造成搅拌困难•4.2,3,4,6-双酮基-L-古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备•4.次氯酸钠的制造——新鲜配制•14.5%-15.5%的氢氧化钠溶液通入液氯•双丙酮酸的氧化•配料比：双丙酮糖：次氯酸钠：硫酸镍=1：10：0.04•投料，40℃保温搅拌30min•静止片刻，抽滤•滤液冷至0-5℃，用盐酸中和（pH7、3、1.5）•过滤、水洗、过滤。得结晶.•5.粗品维生素C的制备•（1）工艺过程•配料比：双丙酮古龙酸（折纯）：精制盐酸（38%）：乙醇=1.0：0.27：0.31•步骤•加部分双丙酮古龙酸，搅拌加盐酸，再加余下的古龙酸•蒸汽加温，升至37℃左右关蒸汽•自然升温至52-54℃，保温5-7h•50-52℃保温20h，然后通水降温1h•加适量乙醇，冷却至-2℃•放料，甩滤0.5h•乙醇洗涤，甩滤3-3.5h•干燥得粗品维生素C•6、粗品维生素C•配料比：粗维生素C(折纯)：蒸馏水：活性炭：乙醇=1：1.1:0.06:0.6••：•的精制••••步骤•粗品（85%）真空干燥（50-55℃，20-30min）•除去挥发性杂质（盐酸、丙酮）•投入热水（68-70℃）中溶解•加入活性炭搅拌5-10min•保温压滤•结晶罐中降温至45-50℃•加入晶种，缓慢冷却至-2℃，结晶•晶体离心甩滤，冰乙醇洗涤•甩滤，低温干燥（43-45℃，1.5h）•得精制维生素C莱氏法合成工艺流程[转化][酸化]HCl[氧化]NaOH,O2,KMnO4[酮化]H2SO4丙酮[加氢]H2D-葡萄糖D-山梨醇双丙酮-L-山梨糖维生素CL-山梨糖[酶菌氧化]O2双丙酮-L-古龙酸2-酮-L-古龙酸两步发酵工艺CH2OHCCCCCHOHOHOHHOHHHOHH2CH2OHCCCCCH2OHHOHOHHOHHHOHO2CH2OHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHCOOHCCCCCH2OHHOHHOHOHOHOCCCCCH2CHOOHHHOHOOH内酯化烯醇化D-葡萄糖D-山梨醇L-山梨醇2-酮基-L-古龙酸维生素-C氢化AcetobacterPseudomonas•D-山梨醇的化学合成•50%葡萄糖溶液在75℃加入活性炭•用石灰乳液调节pH8.4，加镍催化剂，通氢气•压力3.43MPa，反应温度140℃.•反应结束后，静置沉降出去催化剂，反应液经离子交换树脂、活性炭处理后，减压浓缩，得到含量60-70%的D-山梨醇，无色透明或微黄色透明粘稠液体，收率约97%。•2）2-酮-L-古龙酸的微生物发酵•菌种•菌种活化、分离、混合培养•移入三角瓶种液培养基，29-33℃振荡培养24h•产酸量在6-9mg/mL，pH降至7以下，镜检正常无杂菌•发酵部分•一级种子罐加料：控温29-30℃，压强0.05MPa，pH6.7-7.0•二级种子罐培养：发酵终点：温度31-33℃，pH7.2•，残糖量0.8mg/mL•提取部分•一次交换：盐酸酸化，调菌体蛋白等电点，沉降4h以上•上清液以2-3m3/h的流速压入阳离子交换柱•当流出液pH为3.5时，收集交换液，控制pH•交换完，纯水冲柱•加热过滤•合并流出液和洗液•调pH至蛋白等电点•加热至70℃，加0.3%活性炭•升温至90-95℃，保温10-15min，使蛋白凝结•停止搅拌，快速冷却，高速离心•加热过滤•合并流出液和洗液，调pH至蛋白等电点•加热至70℃，加0.3%活性炭•升温至90-95℃，保温10-15min，使蛋白凝结•停止搅拌，快速冷却，高速离心•二次交换•上清液打入二次交换柱•洗脱，至流出液pH=1.5时，收集交换液•控制pH1.5-1.7之间•交换完毕，洗柱•减压浓缩•二次交换液进行一级浓缩，控制真空度、内温，至浓缩液的相对密度达1.2•出料•同样条件二次浓缩，至尽量干•加少量乙醇，冷却结晶•甩滤，冰乙醇洗涤•得2-酮基-L-古龙酸•反应条件及影响因素•反应条件及影响因素•山梨糖初浓度过高，将抑制菌体生长，使发酵收率降低•从生产角度考虑，保证尽可能高的酸度，需山梨糖初浓度越高越好•产酸前期应处于高溶氧浓度•控制pH6.7-7.9•采用滴加或待菌体生长正常后一次性补加的方法，来提高产物的浓度•注意事项及“三废”处理•调好等电点是凝聚菌体蛋白的重要因素•浓缩时，温度控制在45℃左右较好，以防止跑料和炭化•树脂再生直接影响2-酮基-L-古龙酸的提取，其标准为进出酸差在1%以下，无Cl-•三废处理：母液回收、浓缩、结晶甩滤，提高收率•废盐酸回收后可再用于第一次交换1.酸转化•（1）反应原理：•（2）.工艺过程：配料比：2-酮基-L-古龙酸：38%盐酸：丙酮=1:0.4:0.3•先将丙酮和一半古龙酸加入转化罐，搅拌•再加入盐酸和余下的古龙酸•蒸汽加热，升温至30-38℃•关闭蒸汽，自然升温至52-54℃，保温5h•达到反应高潮，保持温度50-52℃，至总反应时间20h•冷却过滤、冷乙醇洗涤•得维生素C粗品•反应条件及影响因素•若盐酸浓度偏低，则转化不完全，收率低•若盐酸浓度偏高，则分解成许多杂质，使反应物颜色较深•酸性条件下，产物容易分解为糠醛，进一步聚合成水和醇不溶的糠醛树脂，加入丙酮可以溶解糠醛，降低其活性而阻止其聚合••=1:0.4:0.3（三）粗维生素C的制备•工艺过程•酯化：加入甲醇、浓硫酸和干燥的古龙酸，搅拌加热，升温至66-68℃，反应4h左右即为酯化终点，冷却，加入碳酸氢钠。升温至66℃左右，回流10h后，即为转化终点，•冷却至0℃，离心分离，得维生素C钠盐。•酸化：将维C钠盐和一母干品、甲醇加入罐中，搅拌硫酸调反应液pH•为2.2-2.4，在40℃左右保温1.5h，