维生素C的生产工艺

第七章第七章第七章第七章第七章第七章第七章第七章维生素维生素维生素维生素维生素维生素维生素维生素CCCCCCCC的生产工艺的生产工艺的生产工艺的生产工艺的生产工艺的生产工艺的生产工艺的生产工艺第一节第一节概述概述一、化学结构式一、化学结构式二、理化性质二、理化性质��水溶性水溶性��酸性酸性��还原性还原性��水解性水解性OOHOOHHOHOH第二节第二节合成路线合成路线一、莱氏法一、莱氏法��D-D-山梨醇为原料，经醋酸菌一步发酵得山梨醇为原料，经醋酸菌一步发酵得L-L-山梨山梨糖，丙酮酮醇缩合、次氯酸钠氧化剂盐酸转化糖，丙酮酮醇缩合、次氯酸钠氧化剂盐酸转化等等55步步第二节第二节合成路线合成路线��优点优点��工艺成熟、产品质量好工艺成熟、产品质量好��生产周期短，总收率高（生产周期短，总收率高（66%66%））��缺点缺点��工序多，耗用原料多工序多，耗用原料多��有易燃易爆有机溶剂有易燃易爆有机溶剂��对劳动保护和安全生产要求高对劳动保护和安全生产要求高第二节第二节合成路线合成路线二、两步发酵法二、两步发酵法��简化缩短的莱氏法简化缩短的莱氏法��优点优点��缩短工序缩短工序��降低了原料成本降低了原料成本��节约了大量有机溶剂，减少了节约了大量有机溶剂，减少了““三废三废””��多数是液体物料，有利于机械化和自动化生产多数是液体物料，有利于机械化和自动化生产��缺点缺点��总收率较低（总收率较低（45-48%45-48%））��发酵单位体积产率低（发酵单位体积产率低（60mg/100mL60mg/100mL））��设备体积大，能耗大设备体积大，能耗大第二节第二节合成路线合成路线三、全化学合成方法三、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、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（金属催化剂、收率低（25-28%25-28%））四、其他方法四、其他方法��GLCGLC技术技术��DNADNA重组菌种重组菌种第三节第三节生产工艺原理和过程生产工艺原理和过程一、莱氏法生产维生素一、莱氏法生产维生素CC的工艺原理和过程的工艺原理和过程��D-D-山梨醇的制备山梨醇的制备��L-L-山梨糖的制备山梨糖的制备��2,3,4,6-2,3,4,6-双酮基双酮基-L--L-山梨糖（双丙酮糖）的制备山梨糖（双丙酮糖）的制备��2,3,4,6-2,3,4,6-双酮基双酮基-L--L-古龙酸（双丙酮古龙酸）的制古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备备��粗品维生素粗品维生素CC的制备的制备��粗品维生素粗品维生素CC的精制的精制11111111、、D-D-D-D-D-D-D-D-山梨醇的制备山梨醇的制备��（（11）工艺原理）工艺原理��控制压力、氢做还原剂、镍作催化剂控制压力、氢做还原剂、镍作催化剂11111111、、D-D-D-D-D-D-D-D-山梨醇的制备山梨醇的制备（（22）工艺过程）工艺过程��在在70-7570-75℃℃下加水溶解葡萄糖，下加水溶解葡萄糖，50%50%溶液溶液��氢气纯度氢气纯度≥≥99.3%99.3%、压强、压强0.04MPa0.04MPa时，将糖液冲入釜内时，将糖液冲入釜内��加入活性镍催化剂加入活性镍催化剂��加碱液调加碱液调pH8.2-8.4pH8.2-8.4，通蒸汽，并搅拌，通蒸汽，并搅拌��温度升至温度升至120-135120-135℃℃时关闭蒸汽时关闭蒸汽��控制温度在控制温度在150-155150-155℃℃，压强，压强3.8-4.0MPa3.8-4.0MPa��反应至不吸收氢气为反应终点反应至不吸收氢气为反应终点��0.2-0.3MPa0.2-0.3MPa压强下压料至沉淀缸、过滤、树脂交换处理压强下压料至沉淀缸、过滤、树脂交换处理��收率收率95%95%11111111、、D-D-D-D-D-D-D-D-山梨醇的制备山梨醇的制备（（33）反应条件及影响因素）反应条件及影响因素��pHpH值值��葡萄糖水葡萄糖水pH8.0-8.5pH8.0-8.5��偏高或偏低会使甘露醇（副产物）含量增加偏高或偏低会使甘露醇（副产物）含量增加��设备材质设备材质��山梨醇能溶解多种金属山梨醇能溶解多种金属��避免使用铁、铝或铜制设备，而用不锈钢避免使用铁、铝或铜制设备，而用不锈钢��副产物影响副产物影响��甘露醇影响产物比旋度甘露醇影响产物比旋度��残糖含量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氢化反应的终点指标11111111、、D-D-D-D-D-D-D-D-山梨醇的制备山梨醇的制备（（44）注意事项及三废处理）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。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废酸、废碱经中和后放入下水道22222222、、L-L-L-L-L-L-L-L-山梨糖的制备山梨糖的制备（（11）工艺原理）工艺原理��选择性地使选择性地使C2C2位的羟基氧化成羰基位的羟基氧化成羰基��生物氧化生物氧化��黑醋菌黑醋菌22222222、、L-L-L-L-L-L-L-L-山梨糖的制备山梨糖的制备（（22）工艺过程）工艺过程��菌种部分菌种部分��斜面培养基中菌种活化传代斜面培养基中菌种活化传代24h24h后，产糖量达到后，产糖量达到100mg/mL100mg/mL。。��在在3030℃℃培养培养48h48h，镜检菌体正常、无杂菌，镜检菌体正常、无杂菌��放放0-50-5℃℃冰箱保存备用。冰箱保存备用。��发酵部分发酵部分��投料。投料。D-D-山梨醇浓度为山梨醇浓度为16%-20%16%-20%��培养基控制培养基控制pH5.4-5.6pH5.4-5.6，，120120℃℃灭菌灭菌0.5h0.5h��在发酵罐中培养（温度在发酵罐中培养（温度30-3230-32℃℃；压力；压力0.03-0.05MPa0.03-0.05MPa））22222222、、L-L-L-L-L-L-L-L-山梨糖的制备山梨糖的制备��一级种子罐发酵率一级种子罐发酵率40%40%以上，二级种子罐发酵率以上，二级种子罐发酵率50%50%以以上上��发酵培养的山梨醇的投料浓度为发酵培养的山梨醇的投料浓度为25%25%��当发酵率在当发酵率在95%95%以上时，温度略高（以上时，温度略高（31-3331-33℃℃）；）；pH7.2pH7.2左右，即为发酵终点左右，即为发酵终点��控制真空度在控制真空度在0.05MPa0.05MPa以上，温度以上，温度6060℃℃以下，减压浓缩以下，减压浓缩结晶即得结晶即得L-L-山梨糖山梨糖（（33）反应条件及影响因素）反应条件及影响因素��山梨醇的纯度影响收率山梨醇的纯度影响收率��山梨醇浓度影响氧化速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，提高发酵率生物催化剂能促进细菌生长，提高发酵率22222222、、L-L-L-L-L-L-L-L-山梨糖的制备山梨糖的制备��空气流量影响深层发酵。一般为空气流量影响深层发酵。一般为0.7-1VVM0.7-1VVM��细菌接种量影响氧化速率细菌接种量影响氧化速率（（44）注意事项）注意事项��尽量减少染菌途径尽量减少染菌途径��其途径有其途径有��种子或发酵罐带菌种子或发酵罐带菌��接种时罐压低于大气压接种时罐压低于大气压��培养基消毒不彻底培养基消毒不彻底��操作中染菌操作中染菌��阀门泄露阀门泄露33333333、、2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-双酮基双酮基-L--L--L--L--L--L--L--L-山梨糖的制备山梨糖的制备（（11）工艺原理）工艺原理��保护保护22，，33，，44，，66位羟基位羟基33333333、、2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-双酮基双酮基-L--L--L--L--L--L--L--L-山梨糖的制备山梨糖的制备（（22）工艺过程）工艺过程��配料比配料比��L-L-山梨糖：丙酮：发烟硫酸：氢氧化钠山梨糖：丙酮：发烟硫酸：氢氧化钠=1:9:0.4:0.6=1:9:0.4:0.6��步骤步骤��55℃℃下压入丙酮、发烟硫酸，加入山梨糖下压入丙酮、发烟硫酸，加入山梨糖��15-2015-20℃℃下溶糖下溶糖6h6h��降温至降温至-8-8℃℃，保持，保持6-7h6-7h得酮化液。得酮化液。��2525℃℃，加入，加入18%-22%18%-22%的氢氧化钠溶液，中和至的氢氧化钠溶液，中和至pH8.0-pH8.0-8.58.5��下层硫酸钠用丙酮洗涤，回收单丙酮糖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上层清液常压蒸馏至100100℃℃，减压蒸馏至，减压蒸馏至9090℃℃为终点为终点��苯提取蒸馏后剩余溶液，减压蒸馏得双丙酮糖苯提取蒸馏后剩余溶液，减压蒸馏得双丙酮糖��收率收率88%88%（（33）反应条件及影响因素）反应条件及影响因素��缩酮化反应有多种副产物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，双酮糖收率降低多，双酮糖收率降低��酮化反应温度酮化反应温度��低于低于2020℃℃��高于高于2020℃℃将有利于单酮糖的生产，收率降低将有利于单酮糖的生产，收率降低33333333、、2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-双酮基双酮基-L--L--L--L--L--L--L--L-山梨糖的制备山梨糖的制备（（44）注意事项）注意事项��双酮糖在酸性中不稳定，碱性中较温定。因此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，加料的先后顺序，先加入丙酮古龙酸与盐酸，易于结块，造成搅拌困难易于结块，造成搅拌困难33333333、、2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-双酮基双酮基-L--L--L--L--L--L--L--L-山梨糖的制备山梨糖的制备44444444、、2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-双酮基双酮基-L--L--L--L--L--L--L--L-古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备（（11）工艺原理）工艺原理44444444、、2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-2,3,4,6-双酮基双酮基-L--L--L--L--L--L--L--L-古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备古龙酸（双丙酮古龙酸）的制备（（22）工艺过程）工艺过程��次氯酸钠的制造次氯酸钠的制造————新鲜配制新鲜配制��14.5%-15.5%14.5%-15.5%的氢氧化钠溶液通入液氯，的氢氧化钠溶液通入液氯，��以有效氯浓度以有效氯浓度9.5-9.7%9.5-9.7%，余碱浓度，余碱浓度2.8-3.2%2.8-3.2%为终点为终点��双丙酮酸的氧化双丙酮酸的氧化��配料比配料比��双丙酮糖：次氯酸钠：硫酸镍双丙