维生素分类及生产工艺.ppt

1、,维生素(Vitamin) ,维生素,维生素,维生素,维生素,维生素,维生素,维生素,维生素,维生素,工 艺 美 院,维生素,维生素,维生素,维 生 素,维 生 素,维 生 素,维 生 素,维 生 素,维 生 素,维 生 素,维 生 素,维 生 素,维 生 素,维 生 素,欢迎进入,维生素(Vitamin),维生素概论,维生素的发现是20世纪的伟大发现之一。1897年，C.艾克曼在爪哇发现只吃精磨的白米即可患脚气病，未经碾磨的糙米能治疗这种病。并发现可治脚气病的物质能用水或酒精提取，当时称这种物质为“水溶性B”。1906年证明食物中含有除蛋白质、脂类、碳水化合物、无机盐和水以外的“辅助因素”，

2、其量很小，但为动物生长所必需。 1912年波兰学者冯克发现，在米糠中有一种物质能预防脚气病，将米糠中这种物质提纯加以研究，发现它是含有氨基的一种有机物(即维生素B1)，冯克将此物命名为“Vitamin”，我国译为维生素，音译为维他命。“Vitamin”这个名称一直沿用到现在，并为国际所通用。,一、维生素的发现,二、维生素（vitamin）的特点,维生素又名维他命，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，是维持人体生命活动必需的一类有机物质，也是保持人体健康的重要活性物质。 维生素在体内含量很少，但在人体生长、代谢、发育过程中却发挥着重要的作用。,

3、1,各种维生素的化学结构以及性质虽然不同，但它 们却有着以下共同点： 维生素存在于食物中，它不能供给能量，也不是组织细胞的结构组成，而是一种活性物质，对机体代谢起调节和整合作用。 人体对维生素的需要量很小，日需要量常以毫克(mg)或微克(g)计算，但一旦缺乏就会引发相应的维生素缺乏症，对人体健康造成损害。 大多数的维生素，机体不能合成或合成量不足，不能满足机体的需要，必须经常通过食物中获得。 绝大多数维生素是通过辅酶或辅基的形式参与体内酶促反应体系，起调节代谢作用，少数维生素还具有一些特殊的生理功能。,2,三、维生素与辅酶,维生素是人体代谢中必不可少的有机化合物。人体犹如一座极为复杂的化工厂，

4、不断地进行着各种生化反应。其反应与酶的催化作用有密切关系。酶要产生活性，必须有辅酶参加。已知许多维生素是酶的辅酶或者是辅酶的组成分子。 例如，维生素B1（硫胺素）在体内的辅酶形式是硫胺素焦磷酸（TPP），是酮酸氧化脱羧酶的辅酶；又如，泛酸，辅酶形式是CoA，是转乙酰基的辅酶。辅酶、辅基和维生素的关系见表5-1。 因此，维生素是维持和调节机体正常代谢的重要物质。,4,表5-1 辅酶、辅基和相对应的维生素,14,表5-2 维生素及辅酶类药物一览表,15,vitamin A（视黄醇） vitamin D vitamin E（生育酚） vitamin K,维生素,脂溶性 维生素,水溶性 维生素,vit

5、amin B1（硫胺素） vitamin B2（核黄素） vitamin PP（尼克酸） vitamin B6（吡哆醇） vitamin B12（氰钴素） 叶酸、泛酸、生物素,vitamin C（抗坏血酸）,B族维生素,四、分类,五、维生素及辅酶类药物的一般生产方法,维生素及辅酶类药物的化学结构各不相 同，决定了它们生产方法的多样性，在工业 上大多数维生素是通过化学合成法获得的， 近年来发展起来的微生物发酵法代表着维生 素生产的今后发展方向。从生物材料中直接 提取的不多。,4,7,1化学合成法,化学合成法是根据已知维生素的化学结构，采用有机化学合成原理和方法，制造维生素的过程。 近代的化学合成

6、，常与酶促合成、酶拆分等结合在一起，以改进工艺条件，提高收率和经济效益。用化学合成法生产的维生素有：烟酸、烟酰胺、叶酸、维生素B1、硫辛酸、维生素B6、维生素D，E，K等。,8,2发酵法,即用人工培养微生物方法生产各种维生素，整个生产过程包括：菌种培养、发酵、提取、纯化等。 目前完全采用微生物发酵法或微生物转化制备中间体的有维生素Bl2、B2，维生素C和生物素，维生素A原（-胡萝卜素）等。,9,3生物提取法,主要从生物组织中，采用缓冲液抽提，有机溶剂萃取等， 如从提取链霉素后的废液中制取B12。 在实际生产中，有的维生素既用合成法又用发酵法。如维生素C、叶酸、维生素B2 等，也有既用生物提取法

7、又用发酵法的，如维生素B12。,10,正在缓冲,1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9%,10%,11%,12%,13%,14%,15%,16%,17%,18%,19%,20%,21%,22%,23%,24%,25%,26%,27%,28%,29%,30%,31%,32%,33%,34%,35%,36%,37%,38%,39%,40%,41%,42%,43%,44%,45%,46%,47%,48%,49%,50%,51%,52%,53%,54%,55%,56%,57%,58%,59%,60%,61%,62%,63%,64%,65%,66%,67%,68%,69%,70%,71%,7

8、2%,73%,74%,75%,76%,77%,78%,79%,80%,81%,82%,83%,84%,85%,86%,87%,88%,89%,90%,100%,91%,92%,93%,94%,95%,96%,97%,98%,99%,维生素C,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,维生素C为白色粉末，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。 维生素C分子中有两个手征性碳原子，故有4种光学异构体，其中L（+）抗坏血酸效用最好，其他三种临床效用很低或无效。 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

9、存在时，分解更快，但干燥结晶较稳定。,三、主要生理功能,维生素C是一种活性很强的还原性物质，参与机体的羟化反应和还原反应，促进胶原纤维的合成； 维持牙齿、骨骼、血管的正常功能，促进伤口愈合； 促进铁的吸收和转运，促进叶酸的吸收； 有降低血清胆固醇作用； 有解毒作用； 抗癌防癌作用和保护心血管作用等。,第二节 合成路线,一、莱氏法（P340） 以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。,莱氏法合成,第二节 合成路线,二、两步发酵法（P341） 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，

10、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

11、C的精制,莱氏法,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,莱氏法,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1.7时，需更换交换柱。 d.减压浓缩结晶 先将二次交换液进行一级真空浓缩，温度45，至浓缩液的相对密度达1.2左右，即可出料。接着，又在同样条件下进行二级浓缩，然后加入少量乙醇，冷却结晶，甩滤并用冰乙醇洗涤，得2-酮基-L-古龙酸。 如果以后工序使用碱转化，则需将2-酮基-L-古龙酸进行真空干燥，以除去部分水分。,2-酮基-L-古龙酸的制备,两步法,注意事项及“三废处理” a.调好等电点是

12、凝聚菌体蛋白的重要因素。 b.树脂再生的好坏直接影响2-酮基-L-古龙酸的提取。标准为进出酸差小于1%、无Cl-。 c.浓缩时，温度控制在45左右较好，以防止跑料和炭化。 d.结晶母液可再浓缩和结晶甩滤，加以回收以提高收率；废盐酸回收后可再用于第一次交换。,2-酮基-L-古龙酸的制备,两步法,（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 ，,两步法,（三）粗维生素C的制备,关闭蒸汽，自然

13、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,两步法,（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,两步法,（三）粗维生素C的制备,2、碱转化 （1）工艺原理,两步法,（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

14、， 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,两步法,（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,两步法,（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,两步法,

15、（三）粗维生素C的制备,工艺原理,两步法,（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,两步法,（三）粗维生素C的制备,优点 提高产品质量和收率 有机溶剂回收套用率高 反应条件、温度要求不高 大量使用液体投料，有利于自动化控制 缺点 反应在惰性气体（氮气、氩气）保护下进行,两步法,（三）粗维生素C的制备,酸转化新工艺 工艺过程 将古龙酸钠盐加到乙醇和丙酮的混合溶液中 室温下搅拌，通入氢气 60反应，析出氯

16、化钠晶体 过滤，乙醇和丙酮的混合溶液洗涤 合并滤液，加入惰性溶剂 保温、搅拌、冷却、析晶 得维生素C,两步法,（三）粗维生素C的制备,优点 析晶纯度高 反应温度低 工艺时间缩短 去除了维生素C精制过程中的水溶解 提高产品的质量和收率 溶剂经分馏后可重新使用,两步法,（三）粗维生素C的制备,（4）两条转化路线的比较 各占50% 酸转化 优点 设备简单 操作方便 中间过程少，利于收率提高 缺点 设备易被腐蚀,两步法,（三）粗维生素C的制备,碱转化 优点 产品质量较好 缺点 设备多，操作过程长， 不利于提高总收率 转化过程中使用大量的甲醇，需注意劳动保护,两步法,（四）、维生素C的精制,（1）工艺原

17、理 L-抗坏血酸易遭破坏 温度 金属离子 空气接触 pH 易氧化 易分解 变质的标志：色泽变黄,两步法,4、维生素C的精制,（2）工艺过程 配料比 粗维生素C：蒸馏水：活性炭：晶种 = 1：1.1：0.58：0.00023 步骤 粗维生素C真空干燥 加蒸馏水搅拌溶解 加活性炭，搅拌5-10min，压滤 滤液加入结晶罐，再加入50L左右的乙醇，搅拌 降温、加晶种，结晶,4、维生素C的精制,将晶体离心甩滤，冰乙醇洗涤 甩滤、干燥器中干燥，得精制VC 整个过程耗时76-80h 总收率42.7-47.1%（以山梨醇计） （3）注意事项 结晶时，结晶罐中最高温度不得高于45，最低不得低于-4，不能再高温

18、下加晶种 回旋干燥要严格控制循环水温和时间，夏天循环水温高，可用小冷凝器降温 压滤时遇停电，应立即关空压阀保压,三、莱氏法和两步发酵法的工艺比较,（1）莱氏法工艺 葡萄糖高压催化氢化黑醋菌氧化丙酮保护次氯酸钠氧化盐酸转化维生素C 优点 生产工艺成熟、各项技术指标先进、生产技术水平较高、 总收率达65%、优级品率100% 缺点 需要丙酮保护羟基、反应步骤增多，连续操作有困难 丙酮用量大，苯的毒性大 劳动保护强度大，并污染环境,三、莱氏法和两步发酵法的工艺比较,（2）两步发酵法 葡萄糖高压催化氢化两步微生物氧化酸（碱）转化维生素C 优点 生物氧化具有特异性，省去了保护和脱保护两步 革除了大量有机溶

19、剂 改善了劳动条件和环境保护问题 革除了动力搅拌，大大节约了能源,THE END 谢谢大家！,二、维生素B2的制备,1. 结构与性质 （1）结构,22,（2）性质,维生素B2又称核黄素(Riboflavin)，为黄或橙黄色结晶性粉末，味微苦，熔点约280。 两性化合物，在碱性溶液中呈左旋性 为-120-140(C=0.125，0.1mol/LNaOH)。 微溶于水，几乎不溶于乙醇和氯仿，不溶于丙酮、乙醚。其水溶液呈荧光。在中性与酸性溶液中稳定，但在碱性溶液中易分解。 维生素B2的欠缺会导致口腔、唇、皮肤的炎症和机能障碍，称为核黄素缺乏病。,23,2. 生产工艺发酵法,（1）维生素B2的发酵 培养基的配制 米糠油 4，玉米