维生素生产工艺.ppt

第十三章第十三章 维生素发酵生产工艺维生素发酵生产工艺 l第一节 维生素概述l第二节 维生素C的生产工艺1第一节第一节 维生素概述维生素概述 l 维生素是维持人体正常生理功能所必须的一类有机化合物。它们种类繁多、性质各异，基本上可分为水溶性维生素和脂溶性维生素两类，并具有以下共同特点：(1)维生素或其前体都在天然食物中存在，但是没有一种天然食物含有人体所需的全部维生素。(2)它们在体内不提供热能，一般也不是机体的组成成分。(3)它们参与维持机体正常生理功能，需要量极少，通常以毫克、有的甚至以微克计，但是绝对不可缺少。(4)它们一般不能在体内合成，或合成的量少，不能满足机体需要，必须经常由食物供给。2维生素命名维生素命名l维生素有三种命名系统。l一是按发现的历史顺序，以英文字母顺次命名，如维生素、维生素、维生素、维生素等；l二是按其特有的功能命名，如抗干眼病维生素、抗癞皮病维生素、抗坏血酸等；l三是按其化学结构命名，如视黄醇、硫胺素、核黄素等。三种命名系统互相通用。3维生素的种类维生素的种类l维生素的种类很多，化学结构差异很大，通常按照其溶解性质将其分为脂肪溶性和水溶性两大类。脂溶性维生素包括维生素、维生素、维生素、维生素.水溶性维生素包括族维生素（维生素1、维生素2、尼克酸、泛酸、维生素6、叶酸、维生素12、生物素、胆碱）和维生素。脂溶性维生素在机体内的吸收往往与机体对脂肪的吸收有关，且排泄效率不高，摄入过多可在体内蓄积，以至产生有害影响，而水溶性维生素排泄率高，一般不在体内蓄积，毒性较低，但超过生理需要量过多时，可能出现维生素和其他营养素代谢不正常等不良作用。l还有一些化合物，如生物类黄酮、牛磺酸、肉碱、肌醇、辅酶等，它们的活性类似维生素，称类维生素。4脂溶性维生素与水溶性维生素的不同点脂溶性维生素与水溶性维生素的不同点脂溶性维生素水溶性维生素化学组成仅含C,H,O除C,H,O 外，有的尚有N,S,Co等元素溶解性溶于脂肪及脂溶剂溶于水吸收、排泄随脂肪经淋巴系统吸收，从胆汁少量排泄经血液吸收过量时，很快从尿中排出积存性摄入后，大部分积存在体内 一般在体内无积存缺乏症出现时间缓慢较快毒性大剂量摄入(6-10倍RDA)易引起中毒几无毒性，除非极大量56维生素生产工艺研究维生素生产工艺研究l维生素的结构无相似之处，主要有三种生产方式：l微生物发酵l化学合成l天然提取78维生素生产现状维生素生产现状l起源于20世纪50年代 维生素C的生产l20世纪80年代 可生产除维生素H外各种维生素l目前，全球最大出口国之一。9一、抗坏血酸一、抗坏血酸(维生素维生素C)的生产工艺的生产工艺l1结构 抗坏血酸即维生素C。它具有酸性和强还原性，为高度水溶性维生素。此性质归因于其内酯环中与碳基共轭的烯醇式结构。天然的抗坏血酸是L-型。其异构体D-型抗坏血酸的生物活性大约是L-型的10，常用于非维生素的目的，例如在食品加工中作为抗氧化剂等添加于食品之中。抗坏血酸易氧化脱氢形成L-脱氢抗坏血酸。因其在体内可还原为L-抗坏血酸，故仍有生物活性。其活性约为L-抗坏血酸的80。10它是含有内脂结构的多元醇类，其特点是具有可解离出H+的烯醇式羟基，因而其水溶液有较强的酸性。1112 2生理作用生理作用l 抗坏血酸的作用与其激活羟化酶，促进组织中胶原的形成密切有关。胶原中含大量羟脯氨酸与羟赖氨酸。前胶原肽链上的脯氢酸与赖氨酸需经羟化，必须有抗坏血酸参与。否则，胶原合成受阻。这已由维生素C不足或缺乏时伤口愈合减慢所证明。由色氨酸合成5-羟色氨酸，其中的羟化作用也需维生素C参与。此外它还参与肉碱和类固醇化合物的合成以及酪氨酸的代谢等。13抗坏血酸可参与体内氧化还原反应，并且是体内一种重抗坏血酸可参与体内氧化还原反应，并且是体内一种重要的抗氧化剂。它作为抗氧化剂可以清除自由基，在保要的抗氧化剂。它作为抗氧化剂可以清除自由基，在保护护DNA、蛋白质和膜结构免道损伤方面起着重要作用、蛋白质和膜结构免道损伤方面起着重要作用。14l此外，抗坏血酸在细胞内作为铁与铁蛋白间相互作用的一种电子供体，可使三价铁还原为二价铁而促进铁的吸收。对改善缺铁性贫血有一定的作用。它还可提高机体的免疫机能和应激能力。至于对大剂量服用维生素C预防疾病的观点颇有争论。尤其是近年来有不少报道大剂量服用维生素C对机体不利，如每日摄取维生素C 28g可出现恶心、腹部痉挛、腹泻，铁吸收过度、红细胞破坏及泌尿道结石等副作用，并可能造成对大剂量维生素C的依赖性，故不推荐常规大剂量摄取维生素C。153稳定性稳定性l 抗坏血酸是最不稳定的维生素，影响其稳定性的因素很多，包括温度、pH、氧、酶、金属离子、紫外线、x射线和射线的辐射，抗坏血酸的初始浓度、糖和盐的浓度，以及抗坏血酸和脱氢抗坏血酸的比例等。既然影响因素如此之多，要清楚了解其降解途径和各种反应产物很不容易。目前对上述反应机制的确定，除了测定被分离产物的结构之外，则是在pH2、高浓度条件下的模拟体系中进行动力学和物理化学测定的结果。16l (2)温度 如前所述，抗坏血酸在冷冻或冷藏时，特别是在-7-18范围内有大量损失。但是，通常其稳定性随着温度的降低而增加。非柑橘类食品的最大损失主要在热加工期间。除烹调外加工时烫漂，沥滤的损失远远超过其它加工的损失。l(3)食品添加剂 在食品加工时常常要加人某些食品添加剂。例如在果蔬加工中添加漂白剂亚硫酸盐，它可降低抗坏血酸的损失。此外，在腌肉时添加发色剂亚硝酸盐则可破坏维生素C的活性17生产工艺路线生产工艺路线p 国际上采用莱氏法化学合成国际上采用莱氏法化学合成p两步发酵工艺两步发酵工艺-我国独创我国独创-主要生产工艺主要生产工艺 利用一种微生物将利用一种微生物将L-山梨糖转化为山梨糖转化为2-酮基酮基-L古龙酸，再古龙酸，再经化学转化生产维生素经化学转化生产维生素C，称为两步发酵工艺。此法，称为两步发酵工艺。此法使产品产量得到大幅度提高使产品产量得到大幅度提高18化化学学合合成成第第一一步步发发酵酵第第二二步步发发酵酵提提取取后后碱碱转转化化19微生物两步发酵法微生物两步发酵法l第一步发酵第一步发酵黑醋酸杆菌（或弱氧化醋杆菌）经过二级种子扩大培养，种子液质量达到转种液标黑醋酸杆菌（或弱氧化醋杆菌）经过二级种子扩大培养，种子液质量达到转种液标准时，将其转移至含有山梨醇、玉米粉、磷酸盐、碳酸钙等组分的发酵培养基中，准时，将其转移至含有山梨醇、玉米粉、磷酸盐、碳酸钙等组分的发酵培养基中，在在2834下进行发酵培养。在发酵过程中可采用流加山梨醇的方式，其发酵收下进行发酵培养。在发酵过程中可采用流加山梨醇的方式，其发酵收率达率达95，培养基山梨醇浓度达到，培养基山梨醇浓度达到25时也能继续发酵。发酵结束，发酵液经低时也能继续发酵。发酵结束，发酵液经低温灭菌，得到无菌的含有的发酵液，作为第二步发酵的原料。温灭菌，得到无菌的含有的发酵液，作为第二步发酵的原料。l 第二步发酵第二步发酵 醋酸杆菌杆菌和芽孢杆菌搭配使用，经过二级种子扩大培养，种子液达到标准后，醋酸杆菌杆菌和芽孢杆菌搭配使用，经过二级种子扩大培养，种子液达到标准后，转移至含有第一步发酵液的发酵培养基中，在转移至含有第一步发酵液的发酵培养基中，在2834下培养下培养6072h。L-山梨山梨糖生成糖生成2-酮基酮基-L-古龙酸。古龙酸。l提取提取 最后发酵液浓缩，冷却最后发酵液浓缩，冷却 结晶结晶l转化转化 经化学转化和精制获得维生素经化学转化和精制获得维生素C。20