維生素C生產(chǎn)工藝

維生素概述維生素C生產(chǎn)工藝1/10/20231概述

基本概念

維生素是生物體內(nèi)一類量微、化學(xué)結(jié)構(gòu)各異，具有特殊功能的小分子有機(jī)化合物，它們大多需從外界攝取。維生素有以下特點(diǎn)：（1）維生素是天然食物中的一種成分，是一種活性物質(zhì)，對(duì)機(jī)體代謝起調(diào)節(jié)和整合作用。（2）維生素需求量很小。（3）大多數(shù)維生素在體內(nèi)不能合成，要從外界攝取。（4）絕大多數(shù)維生素是通過輔酶或輔基的的形式參與體內(nèi)酶促反應(yīng)體系。（5）人體內(nèi)維生素缺乏時(shí)，會(huì)發(fā)生一類特殊的疾病，稱“維生素缺乏癥”。維生素并不是補(bǔ)品，人體每日需要量是一定的，多攝入并不一定好，使用不當(dāng)，反而會(huì)導(dǎo)致疾病。1/10/20232

維生素分為脂溶性和水溶性兩大類。

脂溶性：維生素A，D，E，K，Q和硫辛酸等。

水溶性：維生素B1、B2、B6、B12、煙酸、泛酸、葉酸、生物素和維生素C等。

概述

1/10/20233維生素與輔酶、輔基的關(guān)系

長期以來，人們就認(rèn)識(shí)到食物中缺乏某種維生素，會(huì)導(dǎo)致某種疾病，維生素在機(jī)體的代謝中起著十分重要的作用，后來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大部分維生素或者其本身就是輔酶、輔基，或者是輔酶、輔基的組成部分。例如維生素B1（硫胺素），它在體內(nèi)的輔酶形式是硫胺素焦磷酸（TPP），是α—酮酸氧化脫羧酶的輔酶，又如泛酸，其輔酶形式是COA，是轉(zhuǎn)乙?；傅妮o酶。概述

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生產(chǎn)方法

（1）化學(xué)合成法煙酸、煙酰胺、葉酸、維生素B1、B6、D、E、K等。（2）發(fā)酵法B12、B2，維生素C和生物素，維生素原等。（3）生物提取法從豬心中提取輔酶Q10，從槐花米中提取蘆丁，從提取鏈霉素后的廢液中提取B12等。

概述

1/10/20235維生素C生產(chǎn)工藝維生素C

又名抗壞血酸（Ascorbicacid）是細(xì)胞氧化-還原反應(yīng)中的催化劑，它釋放兩個(gè)氫原子后變成氧化型維生素C，有供氫體存在時(shí)，脫氫抗壞血酸可以接受兩個(gè)氫原子變成抗壞血酸，參與機(jī)體新陳代謝，增加機(jī)體對(duì)感染的抵抗力。用于防止壞血酸和抵抗傳染性疾病，促進(jìn)創(chuàng)傷和骨折愈合，以及用作輔助藥物治療。1/10/20236維生素C生產(chǎn)工藝

1、化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

維生素C(多羥基不飽和內(nèi)酯衍生物)分子中有兩個(gè)手性碳原子，故有4種光學(xué)異構(gòu)體，其中L（+）抗壞血酸效果最好，其他三種臨床效果很低或無效。1/10/20237

1、化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)白色粉末，無臭、味酸、熔點(diǎn)190-192℃，易溶于水，略溶于乙醇，不溶于乙醚，氯仿及石油醚等。它是一種還原劑，易受光、熱、氧等破壞，尤其在堿液中或有微量金屬離子存在時(shí)，分解更快，但干燥結(jié)晶較穩(wěn)定。

維生素C生產(chǎn)工藝1/10/20238維生素C生產(chǎn)工藝2、萊氏法化學(xué)合成工藝1/10/20239（1）工藝路線[轉(zhuǎn)化]

[酸化]HCl[氧化]NaOH,O2,KMnO4

[酮化]H2SO4丙酮[加氫]H2D-葡萄糖D-山梨醇雙丙酮-L-山梨糖維生素CL-山梨糖[酶菌氧化]O2雙丙酮-L-古龍酸2-酮-L-古龍酸維生素C生產(chǎn)工藝1/10/202310（2））工工藝藝過過程程①山山梨梨醇醇發(fā)發(fā)酵酵菌菌種種醋酸酸菌菌屬屬可可使使山山梨梨醇醇氧氧化化成成山山梨梨糖糖，，一一般般用用A.Suboxyclans和和A.Melangenum。。②發(fā)發(fā)酵酵條條件件溫度度為為26-30℃℃，，最最適適pH為為4.4-6.8。。pH4.0以以下下菌菌的的活活性性受受影影響響。。用0.5%酵酵母母浸浸膏膏為為主主要要營營養(yǎng)養(yǎng)源源，，山山梨梨醇醇濃濃度度為為19.8%，，通通氣氣量量1800ml/min，，30℃℃培培養(yǎng)養(yǎng)33h，，山山梨梨糖糖收收率率可可達(dá)達(dá)97.6%。。氮源源：：無機(jī)機(jī)氮氮源源不不能能利利用用，，使使用用有有機(jī)機(jī)氮氮源源。。金屬屬離離子子的的影影響響：：Ni2+、Cu2+能阻阻止止菌菌的的發(fā)發(fā)育育，，鐵鐵能能妨妨礙礙發(fā)發(fā)酵酵，，為為了了使使發(fā)發(fā)酵酵順順利利進(jìn)進(jìn)行行，，需需用用陽陽離離子子交交換換樹樹脂脂將將山山梨梨醇醇中中的的金金屬屬離離子子去去掉掉。。12/29/202211整個(gè)個(gè)合合成成過過程程中中必必須須保保持持第第4位位碳碳原原子子的的構(gòu)構(gòu)型型不不變變；；維維生生素素C的的總總收收率率約約60%。。C-4內(nèi)內(nèi)酯酯化化、、C-2烯烯醇醇化化：：酸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化：：配配料料比比2-酮酮基基-L-古古龍龍酸酸：：38%鹽鹽酸酸：：丙丙酮酮=1：：0.4：：0.3（（質(zhì)質(zhì)量量/體體積積））堿轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化：：先先形形成成2-酮酮基基-L-古古龍龍酸酸甲甲酯酯，，加加NaHCO3轉(zhuǎn)化化生生成成維維生生素素C鈉鈉鹽鹽，，經(jīng)經(jīng)氫氫型型離離子子交交換換樹樹脂脂酸酸化化，，在在50-55℃下減減壓壓烘烘干干，，得得粗粗品品維維生生素素C。。12/29/2022123、兩兩步發(fā)發(fā)酵工工藝12/29/2022133、兩步發(fā)發(fā)酵工藝2-酮-L-古龍酸[內(nèi)酯化，烯醇化]

[生物轉(zhuǎn)化]假單孢菌D-山梨醇維生素C（L-抗壞血酸）L-山梨糖[氧化]醋酸桿菌12/29/2022143、兩步發(fā)發(fā)酵工藝（1）D-山梨醇的的化學(xué)合成成50%葡葡萄糖溶溶液在75℃下下加入活活性炭，，用石灰灰乳液調(diào)調(diào)節(jié)pH8.4，加鎳鎳催化劑劑，通氫氫氣，壓壓力3.43MPa，，反應(yīng)應(yīng)溫度140℃℃。反應(yīng)應(yīng)結(jié)束后后，靜置置沉降出出去催化化劑，反反應(yīng)液經(jīng)經(jīng)離子交交換樹脂脂、活性性炭處理理后，減減壓濃縮縮，得到到含量60-70%的的D-山山梨醇，，無色透透明或微微黃色透透明粘稠稠液體，，收率約約97%。12/29/2022153、兩步步發(fā)酵工工藝（2）2-酮-L-古古龍酸的的微生物物發(fā)酵第一步發(fā)發(fā)酵：黑黑醋酸桿桿菌（從從D-山山梨醇到到L-山山梨糖））第二步發(fā)發(fā)酵：葡葡萄糖酸酸桿菌和和巨大芽芽孢桿菌菌混合培培養(yǎng)發(fā)酵罐：：氣升式式反應(yīng)器器，100立方方米。（3）2-酮-L-古古龍酸的的分離純純化發(fā)酵液中中：2-酮-L-古龍龍酸8%，雜質(zhì)質(zhì)有菌絲絲體、蛋蛋白質(zhì)和和懸浮的的固體顆顆粒等。。除雜操操作：加加熱、離離心。12/29/202216萊氏法是是最早生生產(chǎn)維生生素C的的方法,其以葡葡萄糖為為原料,先經(jīng)黑黑醋菌發(fā)發(fā)酵生成成L-山山梨糖,再經(jīng)丙丙酮化及及NaClO氧氧化、、水解得得到2-酮-L古龍酸酸鈉,然然后進(jìn)行行化學(xué)合合成得到到維生素素C。此法存在在著很多多缺陷,如生產(chǎn)產(chǎn)工藝復(fù)復(fù)雜、勞勞動(dòng)強(qiáng)度度大、生生產(chǎn)環(huán)境境惡劣、、易對(duì)人人體造成成傷害,因此人人們不斷斷對(duì)此工工藝進(jìn)行行改進(jìn)。。12/29/202217兩步發(fā)酵工藝藝發(fā)酵：此法省省略了酮化和和NaClO氧化過程程,簡化了工工藝，極大地地改善了操作作環(huán)境。除主主耗山梨醇消消耗較高外，，其他輔料消消耗較低。且且多為液體反反應(yīng)，物料輸輸送方便，更更有利于生產(chǎn)產(chǎn)連續(xù)化和操操作自動(dòng)化。。但此法仍存存在很多缺點(diǎn)點(diǎn)，如占地面面積大、發(fā)酵酵基質(zhì)濃度低低、在高濕高高溫條件下染染菌機(jī)率高、、設(shè)備利用率率低、后續(xù)處處理能耗高等等問題。在未未來的工藝優(yōu)優(yōu)化過程中，，除了進(jìn)行發(fā)發(fā)酵工藝改進(jìn)進(jìn)外,更應(yīng)注注重優(yōu)良菌種種的選育。發(fā)發(fā)酵液的提取取工藝是維生生素C生產(chǎn)產(chǎn)行業(yè)中較為為重視的問題題。經(jīng)過兩次次發(fā)酵后,發(fā)發(fā)酵液的含量量僅為6%～9%，，且殘留有有菌絲體、蛋蛋白質(zhì)和懸浮浮微粒等，分分離提純較為為困難。傳統(tǒng)統(tǒng)的處理方法法有加熱沉淀淀法和化學(xué)凝凝聚法。針對(duì)對(duì)以上兩種方方法中存在的的缺點(diǎn)和不足足，一種新的的處理方法————超濾法法在維生素生生產(chǎn)中得以應(yīng)應(yīng)用。此法具具有操作方便便、節(jié)能、不不造成新的環(huán)環(huán)境污染等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。此法與與加熱沉淀法法相比，可在在常溫下操作作，減少了有有效成分的損損失;且為后后步樹脂交換換提供了有利利的條件,減減少了樹脂的的污染，從而而有利于提高高樹脂的使用用率。與化學(xué)學(xué)凝聚法相比比,在處理染染菌的發(fā)酵液液時(shí)仍可達(dá)到到較好的處理理效果。隨著著新型膜材料料技術(shù)的開發(fā)發(fā),如陶瓷膜膜、不銹鋼膜膜等的應(yīng)用,超濾法的應(yīng)應(yīng)用效果會(huì)有有進(jìn)一步的提提高。同時(shí),國內(nèi)外正在在探索反滲透透、納濾等后后序處理新工工藝的應(yīng),用用完善工藝聯(lián)聯(lián)結(jié)。12/29/202218兩步發(fā)發(fā)酵工工藝轉(zhuǎn)化工工藝(1)酸酸轉(zhuǎn)化化法。。傳統(tǒng)統(tǒng)的酸酸轉(zhuǎn)化化法是是采用用濃HCl將將古龍龍酸直直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為為Vc，，但酸酸轉(zhuǎn)化化對(duì)設(shè)設(shè)備的的腐蝕蝕嚴(yán)重重,污污染環(huán)環(huán)境，，影響響產(chǎn)品品質(zhì)量量,現(xiàn)現(xiàn)已逐逐漸被被堿轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化法法所取取代。。(2)堿堿轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化法法。堿堿轉(zhuǎn)化化法是是先將將古龍龍酸與與甲醇醇在濃濃硫酸酸催化化作用用下生生成古古龍酸酸甲酯酯,再再使用用NaHCO3進(jìn)進(jìn)行堿堿轉(zhuǎn)化化，使使古龍龍酸甲甲酯轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為為Vc-Na。。采用用此法法可避避免酸酸轉(zhuǎn)化化的缺缺點(diǎn),且操操作簡簡單,適用用于Vc的的規(guī)規(guī)?；a(chǎn)產(chǎn),但但是堿堿轉(zhuǎn)化化存在在著反反應(yīng)周周期較較長,甲醇醇單耗耗高。。目前前有些些單位位及生生產(chǎn)廠廠家研研究采采用CH3ONa代代替NaHCO3進(jìn)行堿堿轉(zhuǎn)化化,此此法轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化率率高,可達(dá)達(dá)9216%,但質(zhì)質(zhì)量較較差,且甲甲醇鈉鈉價(jià)格格貴,造成成成本本較高高。酸化酸酸化化是將將維生生素C-Na轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)榫S維生素素C的的過過程。。目前前采用用的普普遍方方法是是硫酸酸酸化化法和和樹脂脂交換換法。。采用用硫酸酸酸化化操作作簡單單,但但要控控制好好甲醇醇的濃濃度和和pH值值,才才能使使硫酸酸鈉與與維生生素C分分離出出來,從而而提高高Vc的的質(zhì)量量。采采用氫氫型離離子樹樹脂交交換設(shè)設(shè)備龐龐大,操作作復(fù)雜雜,且且需經(jīng)經(jīng)常再再生樹樹脂,增加加了酸酸耗,酸液液大量量排放放污染染環(huán)境境。目目前有有些單單位及及個(gè)人人正在在探索索使用用電滲滲析法法代替替?zhèn)鹘y(tǒng)統(tǒng)的酸酸化方方法,此法法過程程簡單單,能能耗低低,投投資少少,轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化率率高,可望望應(yīng)用用到實(shí)實(shí)際生生產(chǎn)中中。綜上上所所述述，，我我們們?cè)谠谝砸院蠛蟮牡木S維生生素素C工工藝藝發(fā)發(fā)展展過過程程中中，，要要以以兩兩步步發(fā)發(fā)酵酵法法為為基基礎(chǔ)礎(chǔ),不不斷斷優(yōu)優(yōu)化化工工藝藝，，同同時(shí)時(shí)借借鑒鑒國國外外的的新新技技術(shù)術(shù)、、新新信信息息,避避免免低低水水平平重重復(fù)復(fù),提提高高Vc的的產(chǎn)產(chǎn)量量和和質(zhì)質(zhì)量量,同同時(shí)時(shí)注注重重Vc系系列列產(chǎn)產(chǎn)品品的的開開發(fā)發(fā)和和應(yīng)應(yīng)用用,創(chuàng)創(chuàng)造造出出更更大大的的經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)效效益益。。12/29/202219思考考題題1、、簡簡述述維維生生素素的的特特點(diǎn)點(diǎn)及及區(qū)區(qū)分分脂脂溶溶性性維維生生素素和和水水溶溶性性維維生生素素。。2、、簡簡述述維維生生素素C的的生生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝。。12/29/202220總復(fù)復(fù)習(xí)習(xí)思思考考題題1、、生生物物制制藥藥工工藝藝學(xué)學(xué)研研究究的的內(nèi)內(nèi)容容或或?qū)?duì)象象。。2、、生生物物藥藥物物的的分分類類方方法法及及分分類類。。3、、簡簡述述生生物物制制藥藥的的一一般般過過程程。。4、、對(duì)對(duì)比比生生化化藥藥物物的的各各種種沉沉析析(濃濃縮縮)方方法法的的異異同同。。5、、詳詳細(xì)細(xì)闡闡述述超超濾濾、、離離子子交交換換法法、、凝凝膠膠層層析析和和親親合合層層析析的的異異同同（（包包括括基基本本原原理理、、所所用用的的介介質(zhì)質(zhì)、、分分離離的的對(duì)對(duì)象象以以及及主主要要應(yīng)應(yīng)用用等等））。。12/29/202221總復(fù)習(xí)習(xí)思思考題題6、敘述述酸解法法生產(chǎn)胱胱氨酸的的生產(chǎn)工工藝（包包括工藝藝路線和和過程））以及