1、组员：刘娜 刘祥玲 刘园园 罗标 马子祥 茆昌霆 孟祥升 潘双斌 钱红亚 强玉根,维生素C的发酵生产工艺,4发酵法比较,3,维生素C的工艺流程,2,1,维生素C简介,维生素C的市场应用前景,CONTENTS,目,录,录,一课堂回顾 二课外链接,维生素C简介,课堂回顾,自我介绍 我叫维生素C （ Vitamin C ),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)。,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
2、有微量金属离子存在时，分解更快，但干燥结晶较稳定。,化学性质:易溶于水和甲醇，呈酸性，有旋光性。 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。 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。,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。 促进抗体形成。 促进铁的吸收。 促进四氢叶酸形成。 维持巯基酶的活性。,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,羟化反应是体内许多重要物质合成
3、或分解的必要步骤，在羟化过程中 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。 促进神经递质（5-羟色胺及去甲肾上腺素）合成。 促进类固醇羟化。高胆固醇患者，应补给足量的维生素C。 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。,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。 促进抗体形成。 促进铁的吸收。 促进四氢叶酸形成。 维持巯基酶的活性。,解毒。 预防癌症。 清除自由基。,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、
4、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。,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。,2.化妆品行业 护肤：抗氧化剂，防止氧化损伤，皮肤美白
5、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。,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,维生素C的生产工艺,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
6、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。,生产工艺. 1.莱氏法化学合成工艺3. 两步发酵工艺,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。,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,、D-山梨醇的制备 （1）工艺过程 在70-75下加水溶解葡萄糖
7、，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%,（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
8、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,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,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（
9、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= 1:9:0.4:0.6 5 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,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
10、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.,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
11、 蒸汽加温，升至37左右关蒸汽 自然升温至52-54 ，保温5-7h 50-52 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C 6、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,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.
12、5h） 得精制维生素C,莱氏法合成工艺流程,两步发酵工艺,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%。,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0.05
13、MPa，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,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,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
14、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,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,注意事项及“三废”处理 调好等电点是凝聚菌
15、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,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
16、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,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，
17、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。,碱转化,四、维生素C的精制 工艺原理： L-抗坏血酸易遭破坏，如：温度，空气，等等 易氧化，易分解 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 将晶体离心甩滤，冰乙醇洗涤 甩滤、干燥器中干燥，得精制VC 注意事项 结晶时，最高温度不得高于45，最低不得低于-4，不能再高温下加晶种 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
18、降温,两条转化路线的比较,酸转化和碱转化各有优缺点，目前用于生产的各占50%。 （1）酸转化的优点是设备简单，操作方便，中间过程少，有利于提高收率。缺点是维生素C破坏较严重，质量较差，设备腐蚀严重，三废问题没有很好解决。 （2）碱转化的优点是产品质量较好，设备腐蚀少，中间体易分离。缺点是设备多，操作过程长，不利于提高收率，投资较大。,改进后的转化工艺,碳酸氢钠转化有许多不足之处。由于使用碳酸氢钠后，带入,莱氏法和两步发酵法的工艺比较,.莱氏法工艺 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 2两步发酵法 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,
