维生素的发酵生产工艺

维生素的发酵生产工艺第一页，共四十五页，编辑于2023年，星期一4发酵法比较3维生素C的工艺流程21维生素C简介维生素C的市场应用前景CONTENTS目录录第二页，共四十五页，编辑于2023年，星期一一．课堂回顾二．课外链接维生素C简介

第三页，共四十五页，编辑于2023年，星期一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)。第四页，共四十五页，编辑于2023年，星期一结构:

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。第五页，共四十五页，编辑于2023年，星期一维生素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。第六页，共四十五页，编辑于2023年，星期一化学性质: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。

第七页，共四十五页，编辑于2023年，星期一维生素C简介

孟祥升维生素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。第八页，共四十五页，编辑于2023年，星期一课外连接

羟化反应.doc

还原作用.doc其他功能.doc易缺乏人群.doc第九页，共四十五页，编辑于2023年，星期一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。第十页，共四十五页，编辑于2023年，星期一维生素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。第十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期一⑴解毒。⑵预防癌症。⑶清除自由基。第十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期一特殊人群，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。第十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期一维生素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。第十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期一2.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。第十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期一4.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第十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期一维生素C的生产工艺第十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期一

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。

第十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期一生产工艺.1.莱氏法化学合成工艺3.两步发酵工艺第十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期一

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。第二十页，共四十五页，编辑于2023年，星期一莱氏法生产维生素

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的精制第二十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期一１、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%第二十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期一（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，以免氢气发生爆炸第二十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期一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第二十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期一在发酵罐中培养（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

第二十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期一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.

第二十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期一5.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5-7h50-52℃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C6、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

第二十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期一步骤粗品（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第二十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期一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-古龙酸第二十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期一两步发酵工艺第三十页，共四十五页，编辑于2023年，星期一两步发酵工艺

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%。第三十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期一2）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第三十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期一提取部分一次交换：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至蛋白等电点第三十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期一加热至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出料第三十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期一同样条件二次浓缩，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，来提高产物的浓度第三十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期一注意事项及“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第三十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期一1.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

第三十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期一工艺过程酯化：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，冷却，离心分离，弃去硫酸钠，加少量活性炭