维生素C生产工艺(1)课件

2024/5/12维生素C生产工艺(1)概述

基本概念

维生素是生物体内一类量微、化学结构各异，具有特殊功能的小分子有机化合物，它们大多需从外界摄取。维生素有以下特点：（1）维生素是天然食物中的一种成分，是一种活性物质，对机体代谢起调节和整合作用。（2）维生素需求量很小。（3）大多数维生素在体内不能合成，要从外界摄取。（4）绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的的形式参与体内酶促反应体系。（5）人体内维生素缺乏时，会发生一类特殊的疾病，称“维生素缺乏症”。维生素并不是补品，人体每日需要量是一定的，多摄入并不一定好，使用不当，反而会导致疾病。5/12/20242生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物

维生素分为脂溶性和水溶性两大类。

脂溶性：维生素A，D，E，K，Q和硫辛酸等。

水溶性：维生素B1、B2、B6、B12、烟酸、泛酸、叶酸、生物素和维生素C等。

概述

5/12/20243生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物维生素与辅酶、辅基的关系

长期以来，人们就认识到食物中缺乏某种维生素，会导致某种疾病，维生素在机体的代谢中起着十分重要的作用，后来陆续发现大部分维生素或者其本身就是辅酶、辅基，或者是辅酶、辅基的组成部分。例如维生素B1（硫胺素），它在体内的辅酶形式是硫胺素焦磷酸（TPP），是α—酮酸氧化脱羧酶的辅酶，又如泛酸，其辅酶形式是COA，是转乙酰基酶的辅酶。概述

5/12/20244生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物

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。

概述

5/12/20245生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺维生素C

又名抗坏血酸（Ascorbicacid）是细胞氧化-还原反应中的催化剂，它释放两个氢原子后变成氧化型维生素C，有供氢体存在时，脱氢抗坏血酸可以接受两个氢原子变成抗坏血酸，参与机体新陈代谢，增加机体对感染的抵抗力。用于防止坏血酸和抵抗传染性疾病，促进创伤和骨折愈合，以及用作辅助药物治疗。5/12/20246生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺

1、化学结构和性质

维生素C(多羟基不饱和内酯衍生物)分子中有两个手性碳原子，故有4种光学异构体，其中L（+）抗坏血酸效果最好，其他三种临床效果很低或无效。5/12/20247生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物

1、化学结构和性质白色粉末，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。

维生素C生产工艺5/12/20248生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物维生素C生产工艺2、莱氏法化学合成工艺5/12/20249生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物（1）工艺路线[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-古龙酸维生素C生产工艺5/12/202410生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物（2）工艺过程

①山梨醇发酵菌种

醋酸菌属可使山梨醇氧化成山梨糖，一般用A.Suboxyclans和A.Melangenum。

②发酵条件

温度为26-30℃，最适pH为4.4-6.8。pH4.0以下菌的活性受影响。用0.5%酵母浸膏为主要营养源，山梨醇浓度为19.8%，通气量1800ml/min，30℃培养33h，山梨糖收率可达97.6%。氮源：无机氮源不能利用，使用有机氮源。金属离子的影响：Ni2+、Cu2+能阻止菌的发育，铁能妨碍发酵，为了使发酵顺利进行，需用阳离子交换树脂将山梨醇中的金属离子去掉。

5/12/202411生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物

整个合成过程中必须保持第4位碳原子的构型不变；维生素C的总收率约60%。C-4内酯化、C-2烯醇化：酸转化：配料比2-酮基-L-古龙酸：38%盐酸：丙酮=1：0.4：0.3（质量/体积）碱转化：先形成2-酮基-L-古龙酸甲酯，加NaHCO3转化生成维生素C钠盐，经氢型离子交换树脂酸化，在50-55℃下减压烘干，得粗品维生素C。5/12/202412生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物3、两步发酵工艺5/12/202413生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物3、两步发酵工艺2-酮-L-古龙酸[内酯化，烯醇化]

[生物转化]假单孢菌D-山梨醇维生素C（L-抗坏血酸）L-山梨糖[氧化]醋酸杆菌5/12/202414生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物3、两步发酵工艺（1）D-山梨醇的化学合成50%葡萄糖溶液在75℃下加入活性炭，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%。5/12/202415生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物3、两步发酵工艺（2）2-酮-L-古龙酸的微生物发酵第一步发酵：黑醋酸杆菌（从D-山梨醇到L-山梨糖）第二步发酵：葡萄糖酸杆菌和巨大芽孢杆菌混合培养发酵罐：气升式反应器，100立方米。（3）2-酮-L-古龙酸的分离纯化发酵液中：2-酮-L-古龙酸8%，杂质有菌丝体、蛋白质和悬浮的固体颗粒等。除杂操作：加热、离心。5/12/202416生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物

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。5/12/202417生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物两步发酵工艺发酵：此法省略了酮化和NaClO氧化过程,简化了工艺，极大地改善了操作环境。除主耗山梨醇消耗较高外，其他辅料消耗较低。且多为液体反应，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。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。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。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。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。5/12/202418生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物两步发酵工艺

转化工艺(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9216%,但质量较差,且甲醇钠价格贵,造成成本较高。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。5/12/202419生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物思考题1、简述维生素的特点及区分脂溶性维生素和水溶性维生素。2、简述维生素C的生产工艺。5/12/202420生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物总复习思考题1、生物制药工艺学研究的内容或对象。2、生物药物的分类方法及分类。3、简述生物制药的一般过程。4、对比生化药物的各种沉析(浓缩)方法的异同。5、详细阐述超滤、离子交换法、凝胶层析和亲合层析的异同（包括基本原理、所用的介质、分离的对象以及主要应用等）。5/12/202421生物制药工艺学——维生素及辅酶类药物总复习思考题6、叙述酸解法生产胱氨酸的生产工艺（包括工艺路线和过程）以及对工艺过程的评价。7、叙述发酵法生产L-异亮氨酸的生产工艺（包括工艺路线和过程）以及对工艺过程的评价。8、多肽及蛋白质类药物的分类。9、简述CMC精制法制备促皮质腺素的生产工艺。10、阐述胰