维生素C的生产工艺发展.pdf

两步发酵法生产维生素 c过程监控方法浅谈 高淑华, 刘? 影 (东药集团设计院, 沈阳? 110026) ? ? 内容摘要 两步发酵法生产维生素 c 的重要一步化 学反应是 2 ?酮基?l?古龙酸的酯化转化。此过程对 vc 产 品的收率质量至关重要, 由于没有准确快速的分析检测终 点的手段, 使生产中的异常情况不能及时得到解决, 对此 步的收率计算也很不准确。为实现对此过程的监控以判 断酯化转化终点, 保证产品质量, 需要对酯化终点的酯化 液和转化终点的转化液的物料分布情况进行分析。在此 基础上就可以对酯化转化的时间进行控制, 并且可以对酯 化转化的收率进行计算, 从而指导生产。本文在大量实验 的基础上, 探讨研究了几种快速简单的常规分析方法, ph 测定、 水分测定、 组分含量测定等, 可以实现对整个酯化转 化过程的监控, 满足生产需要。 维生素 c的生产工艺发展 谢占武, 周海霞, 曹爱国 ( 东北制药总厂, 沈阳? 110026) ? ? 摘? 要 ?介绍了维生素 c 的理化性质及用途, 主要探讨了两步发酵法的工艺发展过程, 从发酵、 提取、 转 化、 酸化不同方面进行了论述。 关键词 ? 维生素 c; 两步发酵; 提取; 转化; 酸化 ? ? 维生素 c 又名抗坏血酸, 是一种水溶性维生素 c, 广泛 存在于人体以及动植物体内, 人体自身不能合成, 需从外 界摄取。 1? 维生素 c的理化性质及用途 维生素 c 又名 l?抗坏血酸, 为白色结晶或结晶性粉 末, 无臭, 味酸; 久置易变黄, 在水中易溶, 在乙醇中略溶, 在氯仿或乙醚中不溶。维生素 c 具有较强的还原性, 其结 构中的烯二醇基不稳定, 易氧化为二酮基。维生素 c 的用 途非常广泛, 常被用作食品添加剂或抗氧剂, 在医药和临 床上亦有广泛应用, 在治疗坏血病、 感冒、 心血管缺陷、 高 胆固醇、 糖尿病、 精神抑郁症等疾病均有重要的用途。目 前国内外生产维生素 c 的厂家主要有瑞士罗士公司、 日本 武田公司、 德国 basf 公司、 东北制药总厂、 河北维生、 江苏 江山等药厂, 现在年产量已达到几十万吨。 2? 维生素 c的工艺发展进程及发展趋势 在几十年的工艺发展中, 维生素 c 的工艺发生了较大 的变化, 目前维生素 c 主要的生产方法是莱氏法和两步发 酵法。 2?1? 莱氏法生产维生素 c? 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。此法存在着很多缺 陷, 如生产工艺复杂、 劳动强度大、 生产环境恶劣、 易对人 体造成伤害, 因此人们不断对此工艺进行改进。 2?2? 两步发酵法生产维生素 c? 70 年代初, 我国首先研 究出两步发酵法, 其先进性得到世界公认, 它是以生物氧 化过程代替莱氏路线的部分化学合成过程, 进而合成维生 素 c。 2?2?1? 发酵工艺? 两步发酵法是以 d ?山梨醇为原料, 经 黑醋菌及假单孢菌得到古龙酸钠发酵液。与莱氏法相比, 此法省略了酮化和 naclo 氧化过程, 简化了工艺, 避免使 用丙酮、 naclo、 发烟硫酸等化学物质, 极大地改善了操作 环境。采用此法得到的发酵液收率高, 目前收率可达到 90% 以上, 除主耗山梨醇消耗较高外, 其他辅料消耗较低。 且在此法中, 多为液体反应, 物料输送方便, 更有利于生产 连续化和操作自动化。但此法仍存在很多缺点, 如占地面 积大、 发酵基质浓度低、 在高湿高温条件下染菌机率高、 设 备利用率低、 后续处理能耗高等问题。在未来的工艺优化 过程中, 除了进行发酵工艺改进外, 更应注重优良菌种的 选育。( 1) 发酵液的提取工艺是维生素 c 生产行业中较为 重视的问题。经过两次发酵后, 发酵液的含量仅为 6% 9% , 且残留有菌丝体、 蛋白质和悬浮微粒等, 分离提纯较 为困难。传统的处理方法有加热沉淀法。和化学凝聚法。 (2)加热沉淀法此法是传统工艺, 分离手段较为落后。此 工艺通用氢型树脂, 调 ph 至蛋白质的等电点后加热除蛋 白。采用此工艺既要耗能, 又会造成有效成分在高温下降 解损失, 且发酵液直接通过树脂柱, 会使树脂表面污染, 降 低树脂的交换容量和收率。两次通过树脂柱, 带进大量水 分, 增大浓缩耗能。(3) 化学凝聚法。此法采用化学絮凝 剂沉淀各种杂质, 避免了加热沉淀时有效成分的损失。但 经此法处理后的发酵液离心后所得的上清液中仍然存在 有一定量的蛋白, 如发酵液染菌则处理的效果更不明显, 上清液浑浊, 严重影响产品的质量和收率。针对以上两种 方法中存在的缺点和不足, 一种新的处理方法? ? 超滤法 在维生素生产中得以应用。( 4) 超滤法。超滤是一种新兴 的膜处理技术, 此法具有操作方便、 节能、 不造成新的环境 ?1? 实用药物与临床 2005 年第 8卷增刊 污染等优点。此法与加热沉淀法相比, 可在常温下操作, 减少了有效成分的损失; 且为后步树脂交换提供了有利的 条件, 减少了树脂的污染, 从而有利于提高树脂的使用率。 与化学凝聚法相比, 在处理染菌的发酵液时仍可达到较好 的处理效果。随着新型膜材料技术的开发, 如陶瓷膜、 不 锈钢膜等的应用, 超滤法的应用效果会有进一步的提高。 同时, 国内外正在探索反渗透、 纳滤等后序处理新工艺的 应, 用完善工艺联结。 2?2?2? 转化工艺? 转化的方法主要有酸转化和碱转化两 种方法。( 1) 酸转化法。传统的酸转化法是采用浓 hcl 将 古龙酸直接转化为 vc, 但酸转化对设备的腐蚀严重, 污染 环境, 影响产品质量, 现已逐渐被碱转化法所取代。( 2) 碱 转化法。碱转化法是先将古龙酸与甲醇在浓硫酸催化作 用下生成古龙酸甲酯, 再使用 nahco3进行碱转化, 使古 龙酸甲酯转化为 vc ?na。采用此法可避免酸转化的缺点, 且操作简单, 适用于 vc 的规模化生产, 但是碱转化存在着 反应周期较长, 甲醇单耗高。目前有些单位及生产厂家研 究采用 ch3ona 代替 nahco3进行碱转化, 此法转化率 高, 可达 92?6% , 但质量较差, 且甲醇钠价格贵, 造成成本 较高。 2?3? 酸化 ? 酸化是将维生素 c?na 转变为维生素 c 的过 程。目前采用的普遍方法是硫酸酸化法和树脂交换法。 采用硫酸酸化操作简单, 但要控制好甲醇的浓度和 ph 值, 才能使硫酸钠与维生素 c 分离出来, 从而提高 vc 的质量。 采用氢型离子树脂交换设备庞大, 操作复杂, 且需经常再 生树脂, 增加了酸耗, 酸液大量排放污染环境。目前有些 单位及个人正在探索使用电渗析法代替传统的酸化方法, 此法过程简单, 能耗低, 投资少, 转化率高, 可望应用到实 际生产中。 综上所述, 我们在以后的维生素 c 工艺发展过程中, 要以两步发酵法为基础, 不断优化工艺, 同时借鉴国外的 新技术、 新信息, 避免低水平重复, 提高 vc 的产量和质量, 同时注重 vc 系列产品的开发和应用, 创造出更大的经济 效益。 陶瓷膜应用 vc生产的研究 谢占武, 叶扬红, 刘宇浩 ( 东北制药总厂七公司, 沈阳? 110026) ? ? 摘? 要 ?陶瓷膜有使用寿命长, 分离效果好等多种特点, 本文是通过对陶瓷膜在处理古龙酸发酵醪液时的 除蛋白能力、 浓缩能力等方面进行考察, 探索陶瓷膜应用于 vc 生产的可行性。 关键词 ? 古龙酸醪液; 超滤; 陶瓷膜 ? ? 陶瓷膜是一种新兴的膜处理技术, 此法具有操作方 便、 节能、 不造成新的环境污染等优点。此法与加热沉淀 法相比, 可在常温下操作, 减少了有效成分的损失, 且为后 步树脂交换提供了有利的条件, 减少了树脂的污染, 从而 有利于提高树脂的使用率。膜分离法因其耗能小、 效率 高、 能在低温下操作、 生物活性物质不易失活等特点, 近几 年在分离、 浓缩和纯化生物活性物质方面得到了广泛的应 用, 国内已有超滤法用于古龙酸提取的报道, 本文是陶瓷 膜应用于 vc 超滤生产的研究 , 提高生产质量, 减轻后部 处理量, 节约能源来给生产带来更大的效益。 1? 实验部分 1?1? 主要的实验设备和物料 ? 某公司提供的膜分离设 备; 陶瓷膜及附属设备; 古龙酸醪液。 1?2? 实验步骤 1?2?1? 取发酵结束后的古龙酸醪液, 用陶瓷膜中试设备 对其进行处理, 考察醪液的过滤速度和滤液的透光情况, 与同批古龙酸醪液在生产实际中应用有机膜处理的效果 相对比, 考察陶瓷膜对古龙酸醪液中蛋白的去除能力。 1?2?2? 取用有机膜处理后的高浓缩倍数的残渣液, 用陶 瓷膜中试设备继续对其进行超滤处理, 考察对浓缩倍数以 及过滤速度和滤液的透光情况的影响, 并考察其对收率及 后步工序的影响。 1?2?3? 膜的清洗? 每批实验结束后都要进行膜的清洗, 基本步骤如下: 排净残渣, 用纯水清洗系统, 用低浓度碱液 进行预洗后, 再视污染情况对陶瓷膜进行清洗, 然后用纯 水清洗陶瓷膜至中性。 1?2?4? 膜通量恢复? 每次洗膜计算膜恢复率应大于 90% 才可以有效进行下一批过滤。 2? 结果与讨论 2?1? 用陶瓷膜处理古龙酸发酵醪液对过滤速度和滤液的 透光情况的影响 ? 用陶瓷膜中试设备对古龙酸醪液进行 超滤处理, 记录处理每批醪液所用的时间, 计算单位面积 的过滤速度, 测量滤液的透光, 并与同批醪液用有机膜处 理时的数据相对比, 结果见表 1。 表 1? 与有机膜对比, 陶瓷膜处理相同发 酵醪液时过滤速度和滤液透光的比值 批号 陶瓷膜平均走料流速与 有机膜的比值( % ) 陶瓷膜滤液透光与 有机膜的比值( % ) 176?92107?