维生素c的生产工艺

维生素C的生产工艺云枫化学收集第一节概述一、化学结构式二、理化性质水溶性酸性还原性水解性OOHOOHHOHOH第二节合成路线一、莱氏法D-山梨醇为原料，经醋酸菌一步发酵得L-山梨糖，丙酮酮醇缩合、次氯酸钠氧化剂盐酸转化等5步第二节合成路线优点工艺成熟、产品质量好生产周期短，总收率高（66%）缺点工序多，耗用原料多有易燃易爆有机溶剂对劳动保护和安全生产要求高第二节合成路线二、两步发酵法简化缩短的莱氏法优点缩短工序降低了原料成本节约了大量有机溶剂，减少了“三废”多数是液体物料，有利于机械化和自动化生产缺点总收率较低（45-48%）发酵单位体积产率低（60mg/100mL）设备体积大，能耗大第二节合成路线三、全化学合成方法三步法：将葡萄糖或葡萄糖醛酸内酯丙酮化、催化、氧化、水解还原成维生素葡萄糖为原料的缺点：丙酮用量大、须用昂贵的铂金属催化剂、收率低（25-28%）四、其他方法GLC技术DNA重组菌种第三节生产工艺原理和过程一、莱氏法生产维生素C的工艺原理和过程D-山梨醇的制备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）工艺原理控制压力、氢做还原剂、镍作催化剂1、D-山梨醇的制备（2）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%1、D-山梨醇的制备（3）反应条件及影响因素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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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1、D-山梨醇的制备（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）工艺原理选择性地使C2位的羟基氧化成羰基生物氧化黑醋菌2、L-山梨糖的制备（2）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。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）2、L-山梨糖的制备一级种子罐发酵率40%以上，二级种子罐发酵率50%以上发酵培养的山梨醇的投料浓度为25%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）反应条件及影响因素山梨醇的纯度影响收率山梨醇浓度影响氧化速率金属离子会抑制细菌的脱氢活性生物催化剂能促进细菌生长，提高发酵率2、L-山梨糖的制备空气流量影响深层发酵。一般为0.7-1VVM细菌接种量影响氧化速率（4）注意事项尽量减少染菌途径其途径有种子或发酵罐带菌接种时罐压低于大气压培养基消毒不彻底操作中染菌阀门泄露3、2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备（1）工艺原理保护2，3，4，6位羟基3、2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备（2）工艺过程配料比L-山梨糖：丙酮：发烟硫酸：氢氧化钠=1:9:0.4:0.6步骤5℃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下层硫酸钠用丙酮洗涤，回收单丙酮糖上层清液常压蒸馏至100℃，减压蒸馏至90℃为终点苯提取蒸馏后剩余溶液，减压蒸馏得双丙酮糖收率88%（3）反应条件及影响因素缩酮化反应有多种副产物温度高、水分多、时间过长、硫酸过多则副反应增多，双酮糖收率降低酮化反应温度低于20℃高于20℃将有利于单酮糖的生产，收率降低3、2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备（4）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3、2,3,4,6-双酮基-L-山梨糖的制备4、2,3,4,6-双酮基-L-古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备（1）工艺原理4、2,3,4,6-双酮基-L-古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备（2）工艺过程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，以有效氯浓度9.5-9.7%，余碱浓度2.8-3.2%为终点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，收率86%。5、粗品维生素C的制备（1）工艺原理5、粗品维生素C的制备（2）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℃5、粗品维生素C的制备放料，甩滤0.5h乙醇洗涤，甩滤3-3.5h干燥得粗品维生素C，收率88%（3）注意事项加料的先后次序先加双丙酮古龙酸与盐酸，易结块，搅拌困难先加丙酮，使之与双丙酮古龙酸形成悬浮液，易搅拌盐酸浓度不能过低（38%），否则催化效果降低，收率降低析出温度的影响5、粗品维生素C的制备析出温度555656.5575859析出温差122.5345收率%74.882.382.7828180.5析出期为转化反应的剧烈期析出期温差太小，为1℃，说明反应不剧烈，放热小，不完全温差太大，为5℃，则反应放热太多，反应太剧烈，热量不能很快传递出去，加速副反应发生，严重时会引起烧料最佳温差2.5℃，析出温度不能高于59℃如遇突然停电，应选关蒸汽，后关搅拌来电后，先开搅拌，后开蒸汽，缓慢升温6、粗品维生素C的精制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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℃6、粗品维生素C的精制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（m.p.190-192℃）收率91%总收率60%（对D-山梨醇计）二、两步发酵法生产维生素C的工艺原理及过程D-山梨醇的制备2-酮基-L-古龙酸的制备（两步发酵）L-山梨糖的制备（第一步发酵）2-酮基-L-古龙酸的制备（第二步发酵）粗维生素的制备维生素C的精制2-酮基-L-古龙酸的制备（1）工艺原理微生物氧化法（2）工艺过程菌种部分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2-酮基-L-古龙酸的制备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两步发酵收率78.5%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2-酮基-L-古龙酸的制备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2-酮基-L-古龙酸的制备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（m.p.158-162℃）收率80%2-酮基-L-古龙酸的制备（3）反应条件及影响因素山梨糖的影响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较适宜为80mg/mL可以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。溶解氧浓度的影响溶解氧浓度影响好氧菌的活性2-酮基-L-古龙酸的制备产酸前期应处于高溶氧浓度产酸中期，溶氧浓度为3.5-6.0mg/mL产酸后期，耗氧量减少。pH的影响pH过低（6.4）不利于发酵控制pH6.7-7.9（4）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树脂再生的好坏直接影响2-酮基-L-古龙酸的提取，其标准为进出酸差在1%以下，无Cl-2-酮基-L-古龙酸的制备浓缩时，温度控制在45℃左右较好，以防止跑料和炭化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（三）粗维生素C的制备酸转化、碱转化、酶转化1、酸转化（1）工艺原理（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℃，（三）粗维生素C的制备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，收率88%（3）反应条件及影响因素盐酸浓度的影响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（三）粗维生素C的制备丙酮的影响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（三）粗维生素C的制备2、碱转化（1）工艺原理（三）粗维生素C的制备（4）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母液回收（三）粗维生素C的制备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冷却，离心分离，弃去硫酸钠加少量活性炭，冷却压滤真空减压浓缩，蒸出甲醇浓缩液冷却结晶，离心分离（三）粗维生素C的制备3、改进后的转化工艺旧工艺的缺点带入大量钠离子，影响维生素C的质量转化后母液中产生大量硫酸钠，严重影响母液套用及成品质量劳动生产强度大碱转化的新工艺有机胺代替碳酸氢钠（三）粗维生素C的制备工艺原理（三）粗维生素C的制备工艺过程将2-酮基-L-古龙酸甲酯加入到甲醇中搅拌、升温、回流、溶解在惰性气体中滴加胺，回流、搅拌浓缩、蒸馏水溶解油状物有机溶媒提取、分离有机层用硫酸钠干燥后，回收套用水层经浓缩、结晶得维生素C晶体（三