维生素C的发酵生产工艺（PPT47页)

组员：刘娜刘祥玲刘园园罗标马子祥茆昌霆孟祥升潘双斌钱红亚强玉根维生素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目录录一．课堂回顾二．课外链接维生素C简介课堂回顾自我介绍我叫维生素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。课外连接羟化反应.doc还原作用.doc其他功能.doc易缺乏人群.doc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3.两步发酵工艺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