《维生素C生产工艺》PPT课件.ppt

维生素 C 的工艺原理 一、维生素 C ( Vitamin C VC) 维生素 C又名抗坏血酸 (Ascorbic acid)，呈白色 粉末，无臭，味酸，熔点 190 192 ，易溶于水 和甲醇，略溶于乙醇，不溶于乙醚、氯仿及石油 醚等。具有较强的还原性，易受光、热、氧等破 坏，在碱液中或有微量金属离子存在时，分解更 快，但干燥结晶后较稳定。 VC是一种人体必需的 水溶性维生素，也是一种抗氧化剂，广泛应用于 医药、食品、饲料等领域。 获得维生素的方法 提取法： 从富含维生素的天然食物和药用 植物中浓缩、 提 取。目前只有极少数维生素采用提取法，例如维生素 A、 E。 生物合成法： 微生物发酵法和微藻类的生物转化法，目前发 展很快 。 化学合成法： 目前生产维生素的主要方法。 维 c合成方法 莱氏化学合成法 微生物发酵合成法 二、目前合成方法 1、莱氏法 1933年瑞士化学家莱齐特因等用化学合成方法合成维生素 C，也 称莱氏法。该法主要以 D-山梨醇作为原料，是最早生产维生素 C的方 法，也是国外采用的方法。工艺路线主要如下： D-山梨醇 L-山梨糖 黑菌醋的发 酵氧化 二丙酮 -L-山梨糖 丙酮 发酵硫酸 双丙酮 -2-酮基 -L-古龙酸钠 次 氯 酸 纳 氧化 双丙酮 -2-酮基 - L-古龙酸 酸化 维生素 C HCl 化学 转化 优点：该法生产的维生素 C产品质量好、收率高，达 60， 而且生产原料易获得，中间产物化学性质稳定，一直是国外 生产维生素 C的重要方法 缺点：生产工序繁多、劳动强度大、大量有机溶剂的使用易 造成环境污染等 2、微生物发酵合成法 D-山梨醇途径 L-山梨糖途径 L-艾杜糖酸途径 2-酮 -D-葡糖糖酸途径 2,5-二酮 -D-葡糖糖酸途径 2-酮 -L-古龙酸途径 羊角风最新治疗方法 腹型羊角风的治疗方法 看羊角风最好的医院 如何治疗癫痫大发作 治疗羊角风的药 治疗羊角风最好的药物 三、二步发酵法生产工艺 六条不同的途径最终都是以 2-酮 -L-古龙酸为最终 产物，在经过化学转化合成维生素 C。其中只有第二 条实现了工业化生产，此即为我国自行开发的二步发 酵法。二步发酵工艺是中国科学院微生物研究所和北 京制药厂于 1975年合作发明的，此法进一步发展了维 生素 C的生产，是目前唯一成功应用于维生素 C工业生 产的微生物转化法 。 制备工艺简单，生产周期短和三废污染少等。 有什么 优点呢 1985年转让给世界上生产维生素最大的企业 瑞士 霍夫曼 罗氏制药公司。 （一）二步发酵法生产维生素 C的工艺流程 主要分为发酵、提取、转化、精制四个过程。总的工艺路线： 第一步： D-葡萄糖 D-山梨醇 H2 催化 L-山梨糖 黑醋酸菌 第二步： L-山梨糖 2-酮基 -L-古龙酸 （ 2KGA) 小菌氧化葡萄糖酸杆菌和 大菌巨大芽孢杆菌、蜡状 芽孢杆菌等伴生菌混合发 酵 维生素 C 内脂化 烯醇化 （二）、具体步骤 1、发酵 ：在氢气、黑醋酸菌的作用下通过一步和二步发酵得到古龙酸钠 发酵液。 发酵液 2、提取 : 上清液 离子交换 加热凝聚 离心过滤 滤液 二次离子交换 浓缩 结晶 干燥 古龙酸去转化 3、转化 ： 甲酯化、类酯化 离心分离 维 c钠 酸化脱色 离心分离 浓缩 结晶 离心分离 粗维 c 粗维 c 溶解脱色 活性炭、热的去离子水 过滤 结晶 离心过滤 母液回收 真空干燥 过筛、包装 维 c成品 4.精制 四、菌种的制备及种子的扩大培养 （ 1）、第一步发酵 1、菌种： 一步发酵中所用菌种为生黑葡萄糖酸杆菌 (Gluconobacter melagenus)， 简称黑醋菌。最常用的生产菌株为 R 30，其主要特征是：细胞椭圆至短杆状，革 兰氏染色阳性，无芽孢大小为 (0.5一 0.8)um x(1.0-2.2)um。端生草根鞭毛运动，菌 落边缘整介，微显浅褐色。生长最适温度为 34 l ，氧化 D-山梨醇的发酵收率 可达 98以上。 2、一级种子扩大培养： 种子培养基成分为：山梨醇 20，酵母膏 0.7，碳酸钙 0.15%，无机盐溶液 0.4。其中，无机盐溶液的组成为： MgSO47H2O1.25g 100 mL， (NH4)H2PO47 5g 100mL， KH2PO45g 100mI,K2SO41.25g 100ml.PH6.7,121 ,30min灭菌。 3、第一步发酵培养： 发酵液培养基成分为：酵母膏 0.035，碳酸钙 0.1，玉米 浆 0.1，复合维生素 B 0.001，山梨醇浓度视需要而定，该氧化反应的耗氧量较 大，所以通气比要求 1:1VVM以上。即使在通气量较大，且搅拌转速较高的条件下， 发酵至 4h后溶解氧浓度急剧下降，甚至接近于零。直到 10h左右才逐渐回升。当溶 解氧浓度回复至最高点，成水平直线时，表示该反应已达终点。 D-山梨醇转化为 L- 山梨糖的生物转化率达 98%以上。发酵液经低温 60 灭菌 20min,冷却至 30 ，作为 第二步发酵的原料。 （ 2）、第二步发酵法 1、菌种： 第二步发酵采用的菌种为由大、小两株细菌组成的混合菌种。小 菌为氧化葡萄糖酸杆菌（ Gluconobacter Oxydans） ,大菌可采用巨大芽孢杆 菌（ Bacillus megateriam） ,称 2980菌；或蜡状芽孢杆菌（ Bacillus cereus） , 称 152菌，或浸麻芽孢杆菌（ Bacillus macerans） ,称 169菌。也可采用其他 一些杆菌与小菌混合培养。但工业上使用最多的是 2980及 152菌混合菌。 2、二级种子的扩大培养： 种子培养基成分为：酵母膏 0.3%,牛肉膏 0.3%，玉 米浆 0.3%，蛋白胨 1.0%，尿素 0.1%，山梨糖 2.0%，另加某些无机盐。 PH6.7,121 ,30min灭菌。 3、第二步发酵培养： 发酵液培养成分为：玉米浆 0.5%，尿素 0.1%，无机盐 及山梨糖。第二步发酵为混合菌种发酵。由于大、小菌两者的最适培养条件 是不同的，所以操作适宜条件是兼顾大、小菌两者的条件。通常操作温度为 30 ；初始 pH控制在 6.8左右。该反应虽属氧化反应，但对氧的消耗并不很 大。气升式发酵罐非常适合该发酵过程。溶氧浓度在 20%即可。山梨糖的初 始浓度对产物的生成影响较大。间歇发酵时初始山梨糖浓度超过 80g/L，会对 产物产生抑制。所以要取得最高浓度 2KGA，需采用高浓度山梨糖流加发酵 的方式。若采用建立在数学模型基础上的流加控制策略，可获得高浓度的 2KGA，二步收率可达 83%。 五、发酵工艺中的部分设备 1、机械搅拌罐： 第一步发酵采用机械搅拌 发酵罐。机械搅拌通风发酵罐是利用机械搅 拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧 在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、 代谢所需要的氧气。 2、气升式发酵罐： 第二步发酵采用气升 式发酵罐。在反应器内没有搅拌器，其中 央有一个导流筒，将发酵液分为上升区 （导流筒内）和下降区（导流筒外），在 上升区的下部安装了空气喷嘴，或环型空 气分布管，空气分布管的下方有许多喷孔。 反应溶液分布均匀，基质和溶氧均匀分散， 使基质在发酵罐内各处的浓度均匀，溶解 氧恒定。 六 无 菌 空 气 的 制 备 微生物在生产过程中需要氧气，因此需要通入空气。然而空气是氧 气、二氧化碳、氮气等的混合物，其中还有水汽及悬浮的尘埃，包 括各种微粒、灰尘及微生物。这就需要对空气严格灭菌，达到无菌 状态，才能使用。 1、空气的预处理和设备： （ 1）采风塔 在工厂的上风头，高度一般在 10m左右，设计流速 8m/s。 可建在高压机房的屋顶上。 （ 2）粗过滤器 安装在空压机吸入口前，前置过滤器。作用是截留空 气中较大的灰尘，保护压缩机，减轻总过滤器的负担，也能起到一定的 除菌作用。介质为泡沫塑料（平板式）或无纺布（折叠式），流速 0.1- 0.5m/s。要求是阻力小，灰容量大。 （ 3）空气压缩机 作用是提供空气流动的动力。常用往复式、螺杆式、 涡轮式空压机。 （ 4）空气储罐 消除压缩空气的脉动，用于往复式空压机。螺杆式和 涡轮式空压机提供均匀连续空气可省去。设置在空压站附近。 （ 5）冷却器 空气压缩机出口气温一般在 120 ，必须冷却。在潮湿季 节，除湿。空气冷却器的传热系数为 105W/(m2 )。采用双程或四程 结构，两级串联使用。第一级循环水冷却，第二级低温水（ 9 ）冷却。 设置在发酵车间外。压缩空气每经过 1m管道，温度下降 0.5-1.0 。 2、空气的净化 A、两级冷却、加热除菌流程 尤其适合用于潮湿地区 B、冷热空气直接混合式空气除菌流程 适用于中等湿含量地区，不适合于空气湿含量高的 地区 C、高效前置过滤空气除菌流程 可获得无菌程度很高的空气 维 c的益处 ： 1、治疗坏血病。 2、预防牙龈萎缩、出血。 3、预防动脉硬化：可促进胆固醇的排泄，防止胆固醇在动脉内壁沉积， 甚至可以使沉积的粥样斑块溶解。 4、抗氧化剂：可以保护其它抗氧化剂，如维生素 A、维生素 E、不饱 和脂肪酸，防止自由基对人体的伤害。 5、治疗贫血：使难以吸收利用的三价铁还原成二价铁，促进肠道对铁 的吸收，提高肝脏对铁的利用率，有助于治疗缺铁性贫血。 6、提高人体的免疫力 ：白细胞含有丰富的 VC，当机体感染时白细胞 内的 VC急剧减少。 VC可增强中性粒细胞的趋化性和变形能力，提高杀 菌能力。 天然维生素 C： 真正纯天然维生 素 C，源于新鲜水果、蔬菜浓缩物，不 含防腐剂，不含合成色素，不含人造 香精。处于自然状态，含有人工合成 维生素中所没有的活性物质，就算大 量摄取也无害，但不能一下子摄取过 多，因为大量摄取后不见得人会全部 被吸收，最后的结果还是被排出体外。 最佳方法就是将时间间隔开来，分段 使用，这样才能提升维生素 C的体内吸 收率。 合成维生素 C：更方便更快捷的补充 VC。 谢谢！